Рекуперативное торможение

Заряжает при менее 80% .

Рекуперативное торможение - это механизм рекуперации энергии, который замедляет движущееся транспортное средство или объект путем преобразования его кинетической энергии в форму, которая может быть использована немедленно или сохранена до необходимости. В этом механизме электрический тяговый двигатель использует импульс автомобиля для восстановления энергии, которая в противном случае была бы потеряна тормозными дисками в виде тепла. Этот метод отличается от обычных тормозных систем. В этих системах избыточная кинетическая энергия преобразуется в нежелательное и потраченное впустую тепло из-за трения в тормозах или с помощью реостатных тормозов, где энергия восстанавливается с помощью электродвигателей в качестве генераторов, но немедленно рассеивается в виде тепла в резисторах. В дополнение к повышению общей эффективности автомобиля, регенерация может значительно продлить срок службы тормозной системы, поскольку механические детали не будут быстро изнашиваться.

Общий принцип

Наиболее распространенная форма рекуперативного торможения включает в себя электродвигатель, функционирующий как электрогенератор. На железных дорогах с электроприводом вырабатываемая электроэнергия подается обратно в тяговый источник питания. В транспортных средствах, работающих на аккумуляторах и гибридных электромобилях, энергия накапливается химическим путем в батарее, электрически - в группе конденсаторов или механически - во вращающемся маховике. В гидравлических гибридных автомобилях используются гидравлические двигатели для накопления энергии в виде сжатого воздуха. В автомобиле, работающем на водородных топливных элементах, электрическая энергия, вырабатываемая двигателем, накапливается химическим путем в аккумуляторе, аналогично автомобилям с аккумуляторами и гибридным электромобилям.

Практическое рекуперативное торможение

Рекуперативное торможение само по себе недостаточно в качестве единственного средства безопасной остановки транспортного средства или замедления его по мере необходимости, поэтому его необходимо использовать в сочетании с другой тормозной системой, такой как торможение на основе трения.

Эффект рекуперативного торможения ослабевает на более низких скоростях и не может привести транспортное средство к полной остановке достаточно быстро при современных технологиях. Однако некоторые автомобили, такие как Chevrolet Bolt, могут полностью останавливать автомобиль на ровных поверхностях, когда водитель знает расстояние рекуперативного торможения автомобиля. Это называется вождением с одной педалью.

Современные рекуперативные тормоза не обездвиживают неподвижное транспортное средство; требуется физическая блокировка, например, для предотвращения скатывания транспортных средств с холмов.

Многие дорожные транспортные средства с рекуперативным торможением не имеют приводных двигателей на всех колесах (как в двухколесном автомобиле); рекуперативное торможение обычно применимо только к колесам с двигателями. В целях безопасности требуется способность тормозить всеми колесами.

Доступный эффект рекуперативного торможения ограничен, и механическое торможение по-прежнему необходимо для существенного снижения скорости, для остановки транспортного средства или для удержания транспортного средства на стоянке.

Рекуперативное и фрикционное торможение должны использоваться одновременно, что создает необходимость контролировать их для обеспечения требуемого полного торможения. GM EV-1 был первым коммерческим автомобилем, который сделал это. В 1997 и 1998 годах инженерам Абрахаму Фарагу и Лорену Майерсику были выданы два патента на эту проводную технологию торможения.

Ранние приложения обычно страдали от серьезной угрозы безопасности: во многих ранних электромобилях с рекуперативным торможением одни и те же положения контроллера использовались для подачи мощности и для включения рекуперативного торможения, при этом функции переключались отдельным ручным переключателем. Это привело к ряду серьезных аварий, когда водители случайно ускорялись, намереваясь затормозить, таких как авария поезда-беглеца в Ваденсвиле, Швейцария, в 1948 году, в результате которой погиб двадцать один человек.

Преобразование в электрическую энергию: двигатель как генератор

Электродвигатели при использовании заднего хода функционируют как генераторы и затем преобразуют механическую энергию в электрическую. Транспортные средства, приводимые в движение электродвигателями, используют их в качестве генераторов при использовании рекуперативного торможения, торможения путем передачи механической энергии от колес к электрической нагрузке.

История

В 1886 году компания Sprague Electric Railway & Motor Company, основанная Фрэнком Дж. Спрэгом, представила два важных изобретения: двигатель с постоянной частотой вращения, неискрящий с неподвижными щетками, и рекуперативное торможение.

Ранними примерами этой системы в дорожных транспортных средствах были переднеприводные кэбы, запряженные лошадьми, которые Луи Антуан Кригер переделал в1890-х годах в Париже на конные. Электрический ландолет Krieger имел приводной двигатель на каждом переднем колесе со вторым набором параллельных обмоток (бифилярная катушка) для рекуперативного торможения. Электрический грузовик Оруэлла, представленный Ransomes, Sims & Jefferies в Англии во время Первой мировой войны, использовал рекуперативное торможение, включаемое водителем.

В Англии "автоматическое рекуперативное управление" было введено для операторов трамвайных путей благодаря патентам 1903-1908 годов Джона С. Рауорта на тяговое усилие, что дало им экономические и эксплуатационные преимущества, что было подробно объяснено его сыном Альфредом Рауортом. К ним относились трамвайные системы в Девонпорте (1903), Ротенстолле, Бирмингеме, Кристал Пэлас-Кройдоне (1906) и многих других. Снижая скорость автомобилей или удерживая ее под контролем на спусках, двигатели работали как генераторы и тормозили транспортные средства. Трамвайные вагоны также имели колесные тормоза и рельсовые скользящие тормоза, которые могли остановить трамвай в случае отказа электрических тормозных систем. В нескольких случаях двигатели трамвайных вагонов были заведены шунтирующим способом вместо последовательного, а в системах линии Crystal Palace использовались последовательно-параллельные контроллеры.требуется пояснение] После серьезной аварии в Ротенсталле в 1911 году на этот вид тяги было наложено эмбарго; система рекуперативного торможения была вновь введена двадцать лет спустя.

Рекуперативное торможение широко используется на железных дорогах на протяжении многих десятилетий. Железная дорога Баку-Тбилиси-Батуми (Закавказская железная дорога или Грузинская железная дорога) начала использовать рекуперативное торможение в начале 1930-х годов. Это было особенно эффективно на крутом и опасном перевале Сурами. В Скандинавии электрифицированная железная дорога Кируна -Нарвик, известная как Мальмбанан на шведской стороне и Офотенская линия на норвежской, по сей день перевозит железную руду по крутому маршруту от шахт в Кируне, на севере Швеции, до порта Нарвик в Норвегии. По пути в Нарвик железнодорожные вагоны заполнены тысячами тонн железной руды, и эти поезда вырабатывают большое количество электроэнергии за счет рекуперативного торможения с максимальной силой рекуперативного торможения 750 кН. От Риксгрансена на национальной границе до порта Нарвик поезда используют лишь пятую часть энергии, которую они регенерируют. Регенерированной энергии достаточно, чтобы питать порожние поезда обратно до государственной границы. Любая избыточная энергия от железной дороги подается в электросеть для снабжения домов и предприятий в регионе, а железная дорога является сетевым генератором электроэнергии.

В электромобилях рекуперативное торможение использовалось с самых ранних экспериментов, но первоначально для его использования водителю приходилось переключать различные режимы работы. Baker Electric Runabout и Owen Magnetic были ранними примерами, в которых в качестве части их электрической системы использовалось множество переключателей и режимов, управляемых дорогостоящим "черным ящиком" или "барабанным переключателем". Они, как и конструкция Кригера, практически могли использоваться только на участках спуска, и их приходилось включать вручную.

Усовершенствования в электронике позволили полностью автоматизировать этот процесс, начиная с экспериментального электромобиля AMC Amitron 1967 года выпуска. Разработанный компанией Gulton Industries контроллер двигателя автоматически начинал зарядку аккумулятора при нажатии на педаль тормоза. Многие современные гибридные и электрические транспортные средства используют этот метод для расширения диапазона работы аккумуляторной батареи, особенно те, которые используют трансмиссию переменного тока (большинство ранних конструкций использовали постоянный ток).

Для хранения регенерированной энергии могут использоваться выпрямитель переменного / постоянного тока и конденсатор очень большой емкости, а не аккумулятор. Использование конденсатора обеспечивает гораздо более быстрое пиковое накопление энергии и при более высоких напряжениях. Mazda использовала эту систему в некоторых автомобилях 2018 года выпуска, где она называется i-ELOOP.

Электрические железные дороги

Во время торможения соединения с тяговым двигателем изменяются, превращаясь в электрические генераторы. Поля двигателя подключены к главному тяговому генератору (MG), а якоря двигателя подключены к нагрузке. Теперь MG возбуждает моторные поля. Движущийся локомотив или несколько единичных колес вращают якоря двигателей, и двигатели действуют как генераторы, либо посылая генерируемый ток через бортовые резисторы (динамическое торможение), либо обратно в источник питания (рекуперативное торможение). По сравнению с электропневматическими фрикционными тормозами торможение тяговыми двигателями можно регулировать быстрее, повышая эффективность защиты колес от скольжения.

При заданном направлении движения ток, протекающий через якоря двигателя во время торможения, будет противоположен току, протекающему во время движения. Таким образом, двигатель создает крутящий момент в направлении, противоположном направлению качения.

Тормозное усилие пропорционально произведению магнитной силы обмоток возбуждения, умноженному на магнитную силу обмоток якоря.

Для British Rail Class 390 заявлена экономия в 17% и меньший износ компонентов фрикционного торможения. Делийский метрополитен сократил количество углекислого газа (CO

2), выбрасываемого в атмосферу, примерно на 90 000 тонн за счет регенерации 112 500 мегаватт-часов электроэнергии за счет использования систем рекуперативного торможения в период с 2004 по 2007 год. Ожидалось, что Делийский метрополитен сократит выбросы более чем на 100 000 тонн CO

2 в год после завершения второго этапа за счет использования рекуперативного торможения.

Электроэнергия, вырабатываемая рекуперативным торможением, может подаваться обратно в тяговый источник питания; либо компенсируется другим спросом на электроэнергию в сети в данный момент, используется для основных силовых нагрузок, либо сохраняется в линейных системах хранения для последующего использования.

В некоторых частях лондонского метрополитена используется то, что можно описать как рекуперативное торможение, достигаемое за счет наличия небольших спусков, ведущих вверх и вниз от станций. Поезд замедляется при подъеме, а затем съезжает под уклон, поэтому кинетическая энергия преобразуется в гравитационную потенциальную энергию на станции. Это обычно встречается на участках сети с глубоким туннелированием, а не обычно над землей или на участках cut and cover линий Metropolitan и District.

Сравнение динамического и рекуперативного торможения

То, что описывается как динамические тормоза ("реостатные тормоза" на британском английском) в системах электрической тяги, в отличие от рекуперативных тормозов, рассеивает электрическую энергию в виде тепла, а не использует ее, пропуская ток через большие группы резисторов. К транспортным средствам, использующим динамические тормоза, относятся вилочные погрузчики, дизель-электрические локомотивы и трамваи. Это тепло может использоваться для обогрева салона автомобиля или отводиться наружу с помощью больших капотов, похожих на радиатор, для размещения блоков резисторов.

Экспериментальные паровозные турбовозы General Electric 1936 года отличались настоящей регенерацией. Эти два локомотива пропускали водяной пар через пакеты резисторов, в отличие от воздушного охлаждения, используемого в большинстве динамических тормозов. Эта энергия вытеснила масло, обычно сжигаемое для поддержания температуры воды, и тем самым восстановила энергию, которую можно было использовать для повторного ускорения.[22]

Основным недостатком рекуперативных тормозов по сравнению с динамическими тормозами является необходимость точного соответствия генерируемого тока характеристикам источника питания и повышенная стоимость обслуживания линий. При использовании источников постоянного тока это требует тщательного регулирования напряжения. Пионер в области питания переменным током и преобразователя частоты Миро Зорич и его первая силовая электроника переменного тока также сделали это возможным с помощью источников переменного тока.[требуется цитирование] Частота питания также должна быть согласована (в основном это относится к локомотивам, в которых питание переменным током выпрямлено для двигателей постоянного тока).

В областях, где существует постоянная потребность в мощности, не связанной с движением транспортного средства, например, для обогрева электропоездов или кондиционирования воздуха, эта потребность в нагрузке может быть использована в качестве поглотителя рекуперированной энергии с помощью современных тяговых систем переменного тока. Этот метод стал популярным на пассажирских железных дорогах Северной Америки, где нагрузка на головную мощность обычно составляет около 500 кВт круглый год. Использование нагрузок HEP таким образом привело к тому, что в последних конструкциях электровозов, таких как ALP-46 и ACS-64, было исключено использование динамических тормозных резисторных решеток, а также отпала необходимость в какой-либо внешней энергетической инфраструктуре для обеспечения рекуперации энергии, что позволило автономным транспортным средствам также использовать рекуперативное торможение.

На небольшом количестве железных дорог с крутыми уклонами используются 3-фазные источники питания и асинхронные двигатели. Это приводит к почти постоянной скорости для всех поездов, поскольку двигатели вращаются с частотой питания как при движении, так и при торможении.

Системы рекуперации кинетической энергии

Основная статья: Система рекуперации кинетической энергии

Системы рекуперации кинетической энергии (KERS) использовались в автоспорте Формулы-1 в сезоне 2009 года и находятся в стадии разработки для дорожных транспортных средств. KERS был заброшен на сезон 2010 Формулы-1, но вновь представлен в сезоне 2011. К 2013 году все команды использовали KERS, а Marussia F1 начала использовать их в сезоне 2013. Одна из основных причин, по которой не все автомобили сразу использовали KERS, заключается в том, что она поднимает центр тяжести автомобиля и уменьшает количество балласта, доступного для балансировки автомобиля, что делает его более предсказуемым при поворотах. Правила FIA также ограничивают эксплуатацию системы. Концепция передачи кинетической энергии автомобиля с использованием накопителя энергии маховика была постулирована физиком Ричардом Фейнманом в 1950-х годах и иллюстрируется в таких системах, как Zytek, Flybrid, Torotrak и Xtrac, используемых в Формуле-1. Также существуют системы на основе дифференциала, такие как Cambridge Passenger/Commercial Vehicle Kinetic Energy Recovery System (CPC-KERS).

Xtrac и Flybrid являются лицензиатами технологий Torotrak, в которых используется небольшая и сложная вспомогательная коробка передач, включающая бесступенчатую трансмиссию (CVT). CPC-KERS аналогичен, поскольку он также является частью трансмиссии в сборе. Однако весь механизм, включая маховик, полностью расположен в ступице автомобиля (выглядит как барабанный тормоз). В CPC-KERS дифференциал заменяет CVT и передает крутящий момент между маховиком, ведущим колесом и опорным колесом.

Автоспорт

Первой из этих систем, которая была представлена, был Flybrid. Эта система весит 24 кг и обладает энергетической емкостью 400 кДж с учетом внутренних потерь. Доступно увеличение максимальной мощности на 60 кВт (82 л.с.; 80 л.с.) за 6,67 секунды. Маховик диаметром 240 мм весит 5,0 кг и вращается со скоростью до 64 500 оборотов в минуту. Максимальный крутящий момент составляет 18 Нм (13,3 фтлб). Система занимает объем 13 литров.

Формула-1

Маховик KERS

Формула-1 заявила, что поддерживает ответственные решения мировых экологических проблем,[30] а FIA разрешила использовать KERS мощностью 60 кВт (82 л.с.; 80 л.с.) в регламенте на сезон Формулы-1 2009. Команды начали тестировать системы в 2008 году: энергия может накапливаться либо в виде механической энергии (как в маховике), либо в виде электрической энергии (как в батарее или суперконденсаторе).[32]

Во время тестирования систем KERS в 2008 году было зарегистрировано два незначительных инцидента. Первое произошло, когда команда Red Bull Racing впервые в июле протестировала свой аккумулятор KERS: он вышел из строя и вызвал пожар, который привел к эвакуации завода команды.[33] Вторая произошла менее чем через неделю, когда механика BMW Sauber ударило током, когда он дотронулся до автомобиля Кристиана Клиена, оснащенного KERS, во время теста на автодроме в Хересе.

С введением KERS в сезоне 2009 года четыре команды использовали его в какой-то момент сезона: Ferrari, Renault, BMW и McLaren. В течение сезона Renault и BMW прекратили использовать эту систему. McLaren Mercedes стала первой командой, выигравшей Гран-при Формулы-1 на автомобиле, оборудованном KERS, когда Льюис Хэмилтон выиграл Гран-при Венгрии2009 года 26 июля 2009 года. Их вторая машина, оснащенная KERS, финишировала пятой. В следующей гонке Льюис Хэмилтон стал первым гонщиком, занявшим поул-позицию на машине KERS, его товарищ по команде Хейкки Ковалайнен прошел квалификацию вторым. Это был также первый случай использования всех KERS в первом ряду. 30 августа 2009 года Кими Райкконен выиграл Гран-при Бельгии на своем Ferrari, оснащенном KERS. Это был первый случай, когда KERS напрямую способствовал победе в гонке, а занявший второе место Джанкарло Физикелла заявил: "На самом деле, я был быстрее Кими. Вначале он взял меня только из-за KERS".

Хотя KERS все еще был легален в Формуле 1 в сезоне 2010, все команды согласились не использовать его.[36] Новые правила для сезона 2011 Формулы-1, которые повысили минимальный вес автомобиля и пилота на 20 кг до 640 кг,[37] наряду с тем, что команды FOTA согласились еще раз использовать устройства KERS, означали, что KERS вернулись к сезону 2011.[38] Это все еще необязательно, как и в сезоне 2009; в сезоне 2011 3 команды решили не использовать его.[23] В сезоне 2012 только Marussia и HRT участвовали в гонках без KERS, а к 2013 году, с отменой HRT, все 11 команд на стартовой решетке использовали KERS.

В сезоне 2014 выходная мощность MGU-K (замена KERS и части системы ERS, которая также включает систему рекуперации турбонагнетателем) была увеличена с 60 кВт до 120 кВт, что позволило восстанавливать 2 мега джоулей за круг. Это было сделано для того, чтобы сбалансировать переход sport с 2,4-литровых двигателей V8 на 1,6-литровые двигатели V6. Безотказные настройки системы торможения по проводам, которая теперь дополняет KERS, были рассмотрены как фактор, способствующий фатальной аварии Жюля Бьянки на Гран-при Японии 2014.

Производители автопартнеров

Bosch Motorsport Service разрабатывает KERS для использования в автоспорте. Эти системы накопления электроэнергии для работы гибрида и двигателя включают в себя литий-ионный аккумулятор с масштабируемой емкостью или маховик, электродвигатель весом от четырех до восьми килограммов (с максимальным уровнем мощности 60 кВт или 80 л.с.), а также контроллер KERS для управления питанием и аккумуляторами. Bosch также предлагает ряд электрических гибридных систем для коммерческого применения и для легких транспортных средств

Производители автомобилей

Автопроизводители, включая Honda, тестировали системы KERS. На 1000 км трассы Сильверстоун в 2008 году Peugeot Sport представила Peugeot 908 HY, гибридный электрический вариант дизельного 908 с KERS. Peugeot планировал провести кампанию автомобиля в сезоне серии Ле-Ман 2009, хотя он и не был способен набрать чемпионские очки. Peugeot планирует также силовую установку для рекуперативного торможения сжатым воздухом под названием Hybrid Air.

McLaren начала испытания своих KERS в сентябре 2008 года на тестовой трассе в Хересе в рамках подготовки к сезону Формулы-1 2009, хотя в то время еще не было известно, будет ли у них электрическая или механическая система.В ноябре 2008 года было объявлено, что Freescale Semiconductor будет сотрудничать с McLaren Electronic Systems для дальнейшей разработки KERS для болидов Формулы-1 McLaren начиная с 2010 года. Обе стороны верили, что это сотрудничество улучшит систему KERS McLaren и поможет системе адаптироваться к технологиям дорожных автомобилей.[46]

Toyota использовала суперконденсатор для регенерации на гибридном гоночном автомобиле Supra HV-R, который выиграл гонку 24 часа в Токачи в июле 2007 года.

BMW использовала рекуперативное торможение на своих моделях E90 3 серии, а также в текущих моделях, таких как F25 5 серии под названием EfficientDynamics. У Volkswagen есть технологии рекуперативного торможения под брендом BlueMotion в таких моделях, как Volkswagen Golf Mk7 и Mk7 Golf Универсал, другие бренды VW group, такие как SEAT, Skoda и Audi.

Мотоциклы

Руководитель гонок KTM Харальд Бартол сообщил, что во время завершающегося сезона 2008 года 125-кубового Гран-при Валенсии на заводе использовалась секретная система рекуперации кинетической энергии (KERS), установленная на мотоцикле Томми Коямы. Это было против правил, поэтому впоследствии им запретили это делать.

Гонки

Автомобильный клуб Запада, организатор ежегодных соревнований 24 часа Ле-Мана и серии Ле-Ман, в 2007 году "изучал особые правила для LMP1, которые будут оснащены системой рекуперации кинетической энергии". Peugeot был первым производителем, представившим полностью функционирующий автомобиль LMP1 в виде 908 HY на 1000-километровой гонке Autosport 2008 в Сильверстоуне.

Гражданский транспорт

Велосипеды

На электровелосипедах рекуперативное торможение в принципе можно использовать. Однако по состоянию на 2023 год оно редко используется на велосипедах, главным образом потому, что для него требуется мотор-ступица с прямым приводом (в то время как многие велосипеды используют двигатель среднего привода, который приводит в движение цепь), и потому, что его нельзя комбинировать с механизмом свободного хода. Кроме того, количество регенерируемой энергии обычно слишком мало, чтобы быть целесообразным.

Рекуперативное торможение возможно также на неэлектрическом велосипеде. Агентство по охране окружающей среды США, работая со студентами из Мичиганского университета, разработало гидравлическую систему помощи при запуске рекуперативного тормоза (RBLA).[54]

Автомобили

Многие гибридные электрические и полностью электрические транспортные средства используют рекуперативное торможение в сочетании с фрикционным торможением,

Системы рекуперативного торможения не способны полностью имитировать обычную функцию торможения для водителей, но усовершенствования продолжаются. Калибровки, используемые для определения того, когда энергия будет рекуперирована и когда для замедления автомобиля используется фрикционное торможение, влияют на то, как водитель ощущает торможение.

Термодинамика

Маховик KERS

Энергия маховика может быть описана этим общим уравнением энергии, предполагая, что маховик является системой:

�in−�out=Δ� system {\displaystyle E_{\text{in}}-E_{\text{out}}=\Delta E_{\text{system}}} где

�in E_{\текст{в}} энергия поступает в маховик. �out E_{\текст{удалено}} это отвод энергии из маховика. Δ� system {\displaystyle \Delta E_{\text{system}}} представляет собой изменение энергии маховика. Предполагается, что во время торможения не происходит изменения потенциальной энергии, энтальпии маховика, давления или объема маховика, поэтому будет учитываться только кинетическая энергия. При торможении автомобиля маховик не расходует никакой энергии, и единственной энергией, поступающей в маховик, является начальная кинетическая энергия автомобиля. Уравнение можно упростить до:

��22=Δ�fly {\displaystyle {\frac {mv^{2}}{2}}=\ Дельта E_{\текст{fly}}} где

�m это масса автомобиля. �v это начальная скорость автомобиля непосредственно перед торможением. Маховик накапливает определенный процент от начальной кинетической энергии автомобиля, и этот процент может быть представлен �fly {\displaystyle \eta _{\text{fly}}}. Маховик накапливает энергию в виде кинетической энергии вращения. Поскольку энергия сохраняется в виде кинетической энергии, а не преобразуется в другой тип энергии, этот процесс эффективен. Однако маховик может накапливать только определенное количество энергии, и это ограничено его максимальной кинетической энергией вращения. Это определяется на основе инерции маховика и его угловой скорости. Когда автомобиль простаивает, со временем теряется небольшая кинетическая энергия вращения, поэтому можно предположить, что начальное количество энергии в маховике равно конечному количеству энергии, распределяемой маховиком. Следовательно, количество кинетической энергии, распределяемой маховиком, равно:

��fly=�fly��22 {\displaystyle KE_{\text{fly}}={\frac {\eta _{\text{fly}}mv^{2}}{2}}} Рекуперативные тормоза Энергетическое уравнение рекуперативного торможения аналогично уравнению для механического маховика. Рекуперативное торможение - это двухэтапный процесс, включающий двигатель / генератор и аккумулятор. Начальная кинетическая энергия преобразуется генератором в электрическую энергию, а затем батареей в химическую энергию. Этот процесс менее эффективен, чем маховик. Эффективность генератора может быть представлена:

�gen=�out�in {\displaystyle \eta _{\text{gen}}={\frac {W_{\text{out}}}{W_{\text{in}}}}} где

�in {\displaystyle W_{\text{in}}} это работа в генераторе. �out {\displaystyle W_{\text{out}}} это работа, производимая генератором. Единственная работа, затрачиваемая генератором, - это начальная кинетическая энергия автомобиля, а единственная работа, производимая генератором, - это электрическая энергия. Перестановка этого уравнения для вычисления мощности, вырабатываемой генератором, дает следующее уравнение:

�gen=�gen��22Δ� {\displaystyle P_{\text{gen}}={\frac {\eta _{\text{gen}}mv^{2}}{2\,\ Дельта t}}} где

Δ�\Delta t это количество времени, в течение которого автомобиль тормозит. �m это масса автомобиля. �v это начальная скорость автомобиля непосредственно перед торможением. Эффективность аккумулятора можно описать как:

�batt=�out�in {\displaystyle \eta _{\text{batt}}={\frac {P_{\text{out}}}{P_{\text{in}}}}} где

�in=�gen {\displaystyle P_{\text{in}}=P_{\text{gen}}}�out=�outΔ� {\displaystyle P_{\text{out}}={\frac {W_{\text{out}}}{\Delta t}}} Выработка батареи представляет собой количество энергии, вырабатываемой рекуперативными тормозами. Это может быть представлено:

�out=�batt�gen��22 {\displaystyle W_{\text{out}}={\frac {\eta _{\text{batt}}\eta _{\text{gen}}mv^{2}}{2}}}

В автомобилях

Энергоэффективность автомобилей в городах и на автомагистралях в соответствии с DoE

Диаграмма, составленная Министерством энергетики США (DoE), показывает, что автомобили с двигателями внутреннего сгорания обычно имеют КПД 13% при городской езде и 20% в условиях шоссе. Торможение пропорционально полезной механической энергии составляет 6/13, т.е. 46% в городах, и 2/20, т.е. 10% на автомагистралях.

Министерство энергетики утверждает, что электромобили преобразуют более 77% электрической энергии из сети в мощность на колесах.[59] Эффективность электромобиля с учетом потерь из-за электрической сети, отопления и кондиционирования воздуха составляет около 50%, согласно Жан-Марку Янковичи[60] (однако для общего преобразования см. Воплощенная энергия#Воплощенная энергия в энергетическом поле).

Энергоэффективность электромобилей в городах и на автомагистралях по данным Министерства энергетики США

Учитывайте эффективность электродвигателя � eng = 0.5 {\displaystyle \eta _{\text{eng}}=0.5} и коэффициент торможения в городах � = 0.46 {\displaystyle p=0.46} и на автомагистралях � = 0.1 {\displaystyle p=0.1}.

Давайте представим, � recup {\displaystyle \eta _{\text{recup}}} что представляет собой рекуперированная доля энергии торможения. Давайте предположим � recup = 0.6 {\displaystyle \eta _{\text{recup}}=0.6}.[61]

Описание потока энергии в случае рекуперативного торможения При таких обстоятельствах, � E учитывая поток энергии, поступающий в электродвигатель, � braking {\displaystyle E_{\text{торможение}}} поток энергии, потерянный при торможении, и � recup {\displaystyle E_{\text{recup}}} восстановленный поток энергии, достигается равновесие в соответствии с уравнениями

� braking = ( � + � recup ) ⋅ � eng ⋅ � {\displaystyle E_{\text{торможение}}=(E+ E_{\text{восстановление}})\cdot \eta _{\text{eng}}\cdot p} и � recup = � recup ⋅ � braking {\displaystyle E_{\text{recup}}=\eta _{\text{recup}}\cdot E_{\text{торможение}}}

таким образом � braking = � ⋅ � eng ⋅ � 1 − � eng ⋅ � ⋅ � recup {\displaystyle E_{\text{торможение}}={\frac {E\cdot \eta _{\text{eng}}\cdot p}{1-\eta _{\text{eng}}\cdot p\cdot \eta _{\text{recup}}}}}}

Это как если бы старый поток энергии � E был заменен новым � ⋅ ( 1 − � eng ⋅ � ⋅ � recup ) {\displaystyle E\cdot (1-\eta _{\text{eng}}\cdot p\cdot \eta _{\text{recup}})}

Ожидаемый выигрыш составляет � eng ⋅ � ⋅ � recup {\displaystyle \eta _{\text{eng}}\cdot p\cdot \eta _{\text{recup}}}

Чем выше эффективность рекуперации, тем выше рекуперация.

Чем выше КПД между электродвигателем и колесами, тем выше рекуперация.

Чем выше коэффициент торможения, тем выше рекуперация.

На автомагистралях этот показатель составил бы 3%, а в городах - 14%.

Описание потока энергии в случае рекуперативного торможения

Смотри также

Система рекуперации кинетической энергии Тормоз (железнодорожный) * Электромагнитный тормоз

• Рекуперативное (конструкция)

Регенеративный амортизатор * Гибридный синергетический привод * Поршневая воздушная турбина * Динамическое торможение

• Электродвигатель

Часы с автоподзаводом * Пробег при торможении * Электромагнитное сцепление * Вихретоковый тормоз