Рекуперативная система торможения для велосипеда: Электровелосипеды с функцией рекуперации энергии при торможении — Официальная продажа грузовиков MAN и Mercedes, а также полуприцепов Wielton и Shmitz по России

Содержание

Электровелосипеды с функцией рекуперации энергии при торможении

Системы рекуперативного торможения получили широкое распространение на электрических и гибридных автомобилях. Они встречаются и на электрических велосипедах, хотя и существенно реже. Как работает регенеративное торможение? Очень просто. Электрический мотор гасит кинетическую энергию движения автомобиля, вырабатывая при этом электричество, которое запасается в аккумуляторах. Благодаря энергии рекуперативного торможения увеличивается эффективность электрического велосипеда и расстояние, проезжаемое на одной зарядке аккумуляторов. Именно благодаря системе рекуперативного торможения у Toyota Prius расход топлива не зависит от режима езды — едете ли вы по городу с постоянными остановками или мчитесь по шоссе.

Система рекуперативного торможения на электрических велосипедах устроена гораздо проще, чем на автомобиле. Электровелосипед с регенеративным торможением может только включать и выключать эту функцию. Обычно тормозной мощности электромотора недостаточно и параллельно приходится задействовать обычные тормоза.

На электрическом велосипеде регенерация активируется при мягком нажатии на тормозную ручку. При этом можно ощутить, как задействуется система рекуперативного торможения. Если надавить на ручку посильнее, то включаются обычные тормоза. На данный момент система рекуперативного торможения, способная регулировать тормозное усилие, реализована исключительно на электрических велосипедах BionX.

Эффективность системы рекуперативного торможения на велосипеде.

Эффективность использования энергии системы регенеративного торможения зависит от от вашего стиля езды и обилия спусков и подъёмов на маршруте движения. Чем чаще вы останавливаетесь и чем энергичней вы любите тормозить, тем больший эффект вы получите. В среднем система регенеративного торможения даёт увеличение эффективности на 5 — 20%. Среднестатистический велосипедист на среднестатистическом маршруте на одной зарядке аккумуляторов может проехать примерно на 10% большее расстояние.

Накат электровелосипеда с регенеративным торможением.

Система рекуперативного торможения на электрическом велосипеде создает дополнительное сопротивление, даже тогда, когда тормоза не используются, так как двигатель постоянно подключён к трансмиссии велосипеда. Двигатель постоянно вращается, даже во время спуска. Это дополнительное сопротивление немного снижает накат велосипеда, но настолько незначительно, что вы вряд ли его почувствуете во время езды и оно никак не скажется на общей эффективности. Положительный эффект от системы регенерации энергии превышает отрицательный эффект дополнительного сопротивления.

Влияние рекуперативного торможение на износ тормозов.

Применение рекуперативного торможения позволяет существенно снизить износ тормозов, а также их нагрев во время продолжительных спусков. Кроме того рекуперативное торможение работает плавно и не издаёт лишнего шума. И что немаловажно, вы тратите энергию на подзарядку аккумулятора, а не на нагревание окружающего пространства, как это происходит в случае с обычными тормозами.

На какие велосипеды можно установить систему рекуперативного торможения.

Систему рекуперативного торможения можно установить практически на любой велосипед. Её нельзя установить на велосипеды с планетарной передачей, чему препятствует наличие трещотки. На электровелосипеды с двигателями Mid также можно установить систему рекуперации, хотя сделать это будет сложнее.

Насколько сложно производителю оборудовать свои велосипеды системами рекуперативного торможения?

Ни один электрический велосипед Pedego не оборудован системой рекуперативного торможения… жаль!

Установить рекуперативное торможение на велосипеды без планетарной передачи достаточно просто. Удивительно, что лидеры рынка электрических велосипедов, создавшие популярные модели с прямым приводом, так и не смогли оборудовать их системами регенеративного торможения. Так, например, ни один электрический велосипед Pedego не имеет встроенной системы регенеративного торможения. Если бы это было слишком сложно или дорого, но нет — установка системы рекуперации обойдётся компании не более, чем в 10 долларов.

Для этого требуется всего лишь немного доработать контроллер.

Электрические велосипеды с регенеративным торможением отличаются только схемой контроллера. Никакую дополнительную электропроводку устанавливать не требуется.

Модели электрических велосипедов с рекуперативным торможением.

Хотя большинство современных электрических велосипедов оснащается компактными редукторными электродвигателями, но системы регенеративного торможения встречаются нечасто. Приятным исключением являются электровелосипеды на базе комплекта BionX: Ohm, Smart, Grace, Trek, и т. д.

Хотя установить рекуперативное торможение на электровелосипед с редукторным мотором достаточно просто, но только несколько компаний смогли освоить выпуск таких велосипедов. Большинство высококачественных электрических велосипедов с прямым приводом имеют встроенную систему регенеративного торможения:

Электрические велосипеды Stromer St1 и Magura Hydraulic Brakes.

Электровелосипеды Smart Bike на базе комплекта BionX.

Электрические велосипеды Speciailized Turbo.

Электровелосипеды Stealth Bomber.

Электрические велосипеды Grace.

Электровелосипеды Ohm.

Как своими руками сделать электрический велосипед с рекуперативным торможением?

Сделать своими руками электровелосипед с регенеративным торможением совсем несложно. Просто вы должны выбрать электрический велосипед на базе мотор-колеса с прямым приводом, например, Crystallyte или 9c, и купить контроллером со встроенной системой регенеративного торможения. Самый простой способ собрать велосипед с системой рекуперативного торможения — купить комплект BionX, исходно оснащённый регенеративным торможением.

Электрические велосипеды с изменяемой силой регенеративного торможения.

Возможность изменять силу регенеративного торможения на электровелосипеде была бы очень удобна, но к сожалению она пока ещё недоступна. За исключением электровелосипедов BionX, имеющих четыре степени регулировки силы рекуперативного торможения.

На всех остальных электрических велосипедах регенерация устроена очень примитивно — она только попеременно включается и выключается.

На электрическом велосипеде на базе комплекта BionX вы можете контролировать уровень регенерации, который отражается на пульте управления, что особенно полезно на длительных спусках. На фотографии выше можно увидеть четыре деления, отражающие степень помощи при педалировании. Если на пульте управления нажать кнопку минус, то вы сможете выбирать между четырьмя степенями регенерации. Довольно неплохо. BionX совершенна во всём. Если бы она ещё встроила эту регулировку в тормозную ручку, то было бы просто замечательно. BionX заслужила свою высокую репутацию в том числе и за счёт изобретения самой лучшей системы регенеративного торможения.

Включить рекуперацию на электровелосипеде Об электровелосипедах

При рекуперативном торможении велосипеда с тяговым мотором прямого привода, поддерживающим функционирование в режиме генерации энергии, электроэнергия трансформируется в другую форму и поступает обратно в сеть или копится в АКБ.

Известно, что порядка 30% кинетической энергии при торможении превращается в тепло и рассеивается. Рекуперация позволяет избежать этих потерь и направить сохраненную энергию на питание АКБ, тем самым немного увеличивая дальность хода электровелосипеда без подзарядки.

Как включить рекуперацию на электровелосипеде?

Рекуперация как торможение электродвигателем, способным функционировать в режиме генератора, обеспечивается путем перехода механической энергии в электрическую. В процессе торможения электромотор играет роль генератора, преобразует тепловую энергию, и она в дальнейшем протекает через сеть и идет в АКБ. Данная система была разработана более 50 лет назад и на данный момент востребована в гибридных и электрических моделях транспорта. Особенно она эффективна для средств передвижения с длинным тормозным путем.

Конструкция мотор-колеса электровелосипеда дает возможность накапливать кинетическую энергию, которая высвобождается при торможении или езде с горки, и пользоваться ею при потребности транспорта в импульсе для ускорения езды. Рекуперация обеспечивается благодаря снятию напряжения со статорных обмоток мотора и его переходу в режим генератора.

Рекуперация энергии: ожидания и реальность

При выборе набора для электрификации велосипеда многие покупатели задаются вопросом, поддерживает ли электроника выбранного набора функции рекуперации? Возможность преобразования тепловой энергии при торможении интересна многим велосипедистам. Но важно понимать, что увеличение пробега за счет рекуперативного торможения электрического велосипеда будет достигать максимум 10% энергии АКБ.

Возможности мотор-колеса не безграничны, поэтому и результаты использования системы рекуперативного торможения будут не слишком впечатляющими. Тем не менее, в некоторых ситуациях и незначительный объем рекуперированной энергии может сыграть значимую роль, например, позволит вам доехать оставшиеся пару километров до пункта назначения на электротяге. Кстати, целесообразность рекуперации возрастает с увеличением веса средства передвижения.

Принцип и особенности рекуперации

Рекуперативное торможение – 2-ступенчатый процесс, протекающий при взаимодействии мотора-генератора и АКБ. Кинетическая энергия благодаря генератору трансформируется в электроэнергию, а после этого – в химическую энергию АКБ. На объем генерируемой энергии существенно влияет протяженность холмистых спусков на маршруте, угол их уклона, результативность применения системы тормозов, качество работы мотора, контроллера и АКБ.

По расчетам, чтобы полностью восполнить заряд АКБ электробайка при спусках со склонов, нужно спускаться с очень крутого склона протяженностью свыше 322 км. На практике с помощью рекуперации удается восполнять небольшую часть энергии – порядка 5%. К тому же, ни один из современных типов АКБ не может принимать энергию со скоростью, соответствующей интенсивности ее выделения при торможении. Но продолжают разрабатываться новые методики по более результативному использованию энергии рекуперативного торможения с применением специальных конденсаторов.

Нужна ли электровелосипеду рекуперация?

Функцию рекуперации не стоит считать бесполезной опцией, но и ожидать от нее фантастического эффекта также не нужно. Если вы рассчитываете, что контроллер и мотор-колесо, работающее в режиме генерации энергии, помогут в разы увеличить пробег без подзарядки, вы будете разочарованы функцией рекуперации в действии. Большой экономии она не обеспечит, зато позволит проезжать на одном заряде на пару километров больше. В некоторых случаях такой запас может оказаться очень полезным. К тому же, динамическое торможение благотворно сказывается на долговечности тормозных колодок.

Рекуперативная система – полезное дополнение электровелосипеда, только не нужно переоценивать ее функционал. А продлить пробег электробайка на одном заряде помогут другие методы – использование более емкой аккумуляторной батареи, езда в экономичном режиме и сочетание электропривода с педалированием.

А вместо прямоприводного мотора, поддерживающего функцию рекуперации, в большинстве случаев лучше использовать редукторные моторы с обгонной муфтой. Они более экономно расходуют энергию АКБ, легче весят и не притормаживают при отсутствии питания.

Узнайте в нашем предыдущем материале о причинах растущей популярности электробайков – 7 причин купить электровелосипед.

Эта таинственная рекуперация / Хабр

Двигатель постоянного тока, стоящий в моноколесе, может работать как генератор, заряжая батареи на торможении. Однако возможность еще не означает, что рекуперация непременно есть. Из того, что у людей заряжались колеса при, например, спуске с горы, можно сделать вывод, что рекуперация в моноколесах все-таки используется, но ее точный вклад в торможение оставался неизвестным. Но недавно пользователи форума Электротранспорт.ру сделали полноценный ваттметр с логгером и посмотрели, что происходит с током и напряжением при езде. По результатам измерений рекуперация есть точно, но куда-то пропал еще один тип торможения.

Немного физики

Электродвигатели постоянного тока, которые стоят на моноколесах, имеют три варианта торможения.

Рекуперативное торможение. В этом случае двигатель превращается в генератор и переводит кинетическую энергию в электрический ток, который уходит в сеть (электровозы и метро) или в аккумуляторы (электрокары). Рекуперативное торможение возможно, когда скорость вращения превышает скорость идеального холостого хода.

Реостатное торможение. Здесь двигатель также работает, как генератор, но получаемая энергия уходит в нагрев тормозных резисторов. Довольно распространено на железной дороге.

Тормозные резисторы

Реверсивное торможение, оно же торможение противотоком или противовключением. В этом случае двигатель не превращается в генератор, но начинает тянуть в противоположную движению сторону. Например, если электромотор тянет вверх груз, и на этот груз запрыгивает хулиган, перевешивая возможности мотора, то груз начнет опускаться, а двигатель окажется в режиме реверсивного торможения. В таком режиме протекающий через обмотки ток гораздо выше, чем при нормальной работе, и это может создать определенные проблемы.

Специфика моноколеса

У многих моноколес нет передней и задней части, и контроллер не разгоняется и не тормозит, а все время решает задачу обратного маятника, пытаясь подъехать под ездока, который может пользоваться этим для эффектных трюков.

Например, здесь райдер очень резко тормозит и начинает разгоняться вправо.

Также, известно, что в конструкции моноколеса нет тормозных резисторов, и реостатное торможение в принципе невозможно. Теоретически, логично предположить, что в процессе торможения сначала на высокой скорости будет задействоваться рекуперативное торможение, которое на каком-то этапе перейдет в торможение противовключением, которое, если мы не прекратим давить на педаль в ту же сторону, перейдет уже в двигательный режим, и мы поедем в противоположную сторону. Но реальные измерения оказались очень любопытными.

Исследования на железе

Пользователь форума Drift3r собрал из Raspberry Pi и «nRF24L01+» ваттметр с логгером, который устанавливался в разрыв кабеля от аккумуляторных батарей.

В собранном виде на колесе другого пользователя Ripido

Ваттметр учитывал направление тока, там, где батареи заряжались, ток и мощность уходили в минус.

График в полном размере

Если посмотреть на красные линии, то получается, что в глубоком устоявшемся торможении не видны следы торможения противотоком — пока скорость падает, ток идет в батареи.

Интересно, что показатели встроенного логгера, если не учитывать ток по модулю, отличаются от данных ваттметра только на участках довольно резких маневров.

График в полном размере, Awhe, Vwhe — встроенный логгер колеса, Alog, Vlog — логи ваттметра

Гипотезы и возможные эксперименты

Как можно объяснить такие графики?

Торможение противотоком пропало из-за усреднения или рассинхронизации данных, графики не отражают реального положения вещей.
Очень низкое значение скорости идеального холостого хода позволяет тормозить почти до нуля, и переход на торможение противотоком мы не замечаем

Также, попробуем провести следующий мысленный эксперимент. Ситуация первая — мы катимся с горки со скоростью 20 км/ч. В этом случае, очевидно, работает рекуперация. Ситуация вторая — мы стоим на горке (моноколесо стоять не может, так что мы легко касаемся пальцами столба и за счет этого не заваливаемся набок). В этом случае мы, очевидно, работаем в тяговом режиме, потому что надо прикладывать усилие, чтобы не покатиться вниз. Ситуация третья — мы спускаемся со скоростью 1 миллиметр в секунду с крутой горки, придерживаясь за столб. В этом случае колесо, очевидно, работает в режиме противовключения, потому что итоговый баланс энергии отрицательный — она расходуется на то, чтобы не скатиться под горку быстрее, чем мы движемся. И где-то между ситуациями 1 и 3 у нас будет переходный момент, когда итоговый энергетический баланс будет околонулевым — скатываться быстрее будет выгодно энергетически, а движение медленнее будет требовать энергетических затрат.

Практическое применение

У всех этих рассуждений есть очень простые следствия:

Есть забавная история о том, как на трассе заряжали электромобиль Tesla — его взяли на буксир, и водитель Tesla давил на педаль тормоза, чтобы рекуперация заряжала батареи. С моноколесами то же самое — если у вас почти сел аккумулятор, пусть вас возьмет на буксир соратник на велосипеде, самокате, роликах или моноколесе (пожалуйста, берегите себя и не пробуйте цепляться за машины или общественный транспорт!).

У моноколес есть защита от перезаряда батарей. То есть, если вы оказались на вершине горы с полной батареей, попытка спуститься будет сопряжена с тревожными сигналами моноколеса о перезаряде аккумуляторов — обычно они начинают пищать и задирать педали (вместо горизонтального положения их передняя часть будет выше задней). Но это легко исправить — проехав метров сто вверх, желательно побыстрее, вы сможете спуститься на километр-два. Лайфхак повторять до окончания спуска.

Заключение

В публикации использованы фотографии пользователей

Ripido

Drift3r

, темы, где обсуждалась рекуперация

тут

. Также использованы стоп-кадры из рекламного ролика с участием недавнего победителя конкурса моноколесных талантов Дамьена Гоме. Дамьен — профессиональный акробат, поэтому ролик, на мой взгляд, красив сам по себе и наглядно показывает возможности любого хорошего моноколеса.

Что такое рекуперативное торможение | MBH News

С момента выхода в свет Toyota Prius стукнуло уже за 20 лет, и с тех пор концепция рекуперативного(регенеративного) торможения стала достаточно известной, как метод повышения дальности пробега в гибридных и электрических транспортных средствах. Но знаете ли вы, что применение не ограничивается EV автомобилями? В наши дни вы можете найти ее во всем, в том числе велосипедах, скейтбордах и самокатах.

(демонстрация системы рекуперации энергии в bmw)

Давайте же разберемся, как работает эта технология, насколько она продуктивна в различных средствах передвижения и разумно ли везде ее устанавливать.

Что такое рекуперативное торможение

Движущиеся объекты обладают кинетической энергией, а когда применяется тормоз для замедления, всей этой мощи необходимо куда-то идти.

Вернемся немного в прошлое, давние времена эры неандертальцев или просто машин с ДВС. В таких автомобилях тормоза основаны исключительно на трении, поэтому при замедлении вся энергия превращается в тепло, а значит уходит в никуда, просто теряется в окружающей среде.

Но мы все же эволюционировали и нашли пути получше. Регенеративное торможение использует мотор электромобиля в качестве генератора для преобразования основной доли кинетической энергии, теряемой при замедлении, назад в батарею. В следующий раз, когда машина ускоряется, она расходует часть энергии, ранее сохраненную от рекуперативного торможения.

(Регенеративная система bmw i3)

Важно понять, что регенеративное торможение не является магическим увеличителем диапазона пробега электромобилей. Оно не делает машины более эффективными как таковые, а просто делает их менее неэффективными. В принципе, самым лучшим вариантом езды будет разгон до постоянной скорости, а затем никогда не касаться педали тормоза. Поскольку чтобы замедлиться, а потом снова вернуться к прежней скорости, потребуются лишние затраты сил, то вы получите куда больший диапазон хода, в первую очередь просто не замедляясь.

Но, очевидно, что это не реалистично. Так как нам приходится снижать скорость многократно, рекуперация — это следующий лучший вариант, так как она делает этот процесс менее бесполезным.

Насколько хорошо рекуперативное торможение

Чтобы правильно оценить данную технологию, нам нужно посмотреть на два разных параметра: коэффициент полезного действия(КПД) и эффективность. Несмотря на кажущееся сходство, они совершенно разные. КПД говорит о том, с каким успехом захватывается «потерянная» мощность торможения. Все превратилось в тепло или удалось перевести кинетический потенциал в нужное русло? С другой стороны, эффективность относится к тому, как сильно влияет регенеративное торможение на длину пути. Значительно ли увеличится ваш диапазон, или вы даже не заметите большой разницы?

КПД

Никакая машина не способна достичь коэффициента полезного действия в 100% (без нарушения законов физики), так как любая передача энергии неизбежно повлечет за собой потерю в форме тепла, света, шума и т. д. КПД процесса зависит от многих факторов, таких как двигатель, батарея и контроллер, но часто значение оценивается в районе 60-70%. По словам Tesla, их технология обычно теряет 10-20% кинетического потенциала при попытке его захватить, а затем еще 10-20% при преобразовании отложенных запасов обратно в ускорение. Это довольно стандартные числа для основной массы электрических транспортных средств, включая машины, грузовики, велосипеды, самокаты и т. д.

Отметим, что эти 70% не говорят нам, что регенеративное торможение даст 70% -ный рост пути от одного заряда. Технология не приведет к увеличению диапазона от 100 км до 170 км. Это лишь означает, что 70% кинетической энергии, потерянной во время торможения, может быть снова возвращено.

Поэтому рассмотрение лишь КПД системы мало что значит. Что должно нас больше заинтересовать, так это эффективность рекуперативного торможения.

Эффективность

Здесь все куда интереснее. Эффективность рекуперативного торможения — это показатель того, насколько система способна увеличить запас хода транспортного средства.

Как вы, наверное, уже догадались, показатель значительно варьируется в зависимости от факторов, включая условия движения, местность и размер транспортного средства.

Немалое влияние оказывают условия вождения. Вы увидите значительно лучшую отдачу в городе, где приходится многократно сбрасывать скорость на светофорах или в пробках, чем на шоссе. Ландшафт также играет весомую роль. Подъем в гору не дает вам много шансов на остановку, а вот при спуске для безопасности часто нужно притормаживать, что позволит преобразовать больший объем кинетических запасов. На длинных склонах рекуперативная система может применяться почти без остановок, чтобы регулировать скорость, тем самым заряжая аккумулятор в течении продолжительного промежутка.

Размер транспортного средства может быть самым значительным фактором для данного показателя по той простой причине, что более тяжелые тела содержат в себе гораздо больший импульс и кинетическую энергию. Подобно тому, как большой маховик является более эффективным, четырехколесный автомобиль имеет куда больше кинетической энергии при движении, чем мотоцикл или самокат.

Эффективность системы регенерации в автомобилях

Данные для сравнения могут быть несколько сложными. Машины Tesla выдают мощность рекуперативного торможения в 60 кВт при жесткой остановке, но это не отвечает на более интересный вопрос. Мы хотим знать, сколько энергии мы регенерируем во время поездки, а не насколько сильны наши тормоза каждый раз, когда мы месим педаль.

К счастью, ряд водителей Tesla смогли посчитать возврат энергии, используя различные приложения для отслеживания данных. Владельцы Model S сообщили о возмещении около 32% от общего потребления энергии в момент подъема, а затем спуска на холмистой местности. Таким образом, при таком коэффициенте ход увеличивается со 100 до 132 км. Другой собственник рассказал о регенерации 28% энергии (форум на датском языке). Остальные же пишут, что во время обычных поездок возвращается в среднем 15-20% от общего потребления.

Другие автопроизводители также использую данную систему в своих машинах. Например Audi говорит, что технология рекуперативного торможения, установленная в Audi Q7 позволит сэкономить до 3% топлива. Но если брать только электромобили, то компания обещает увеличение длины пути на 30% в их будущей модели Audi e-Tron.

Эффективность рекуперативного торможения в велосипедах, самокатах, скейтбордах и других персональных EV

Для небольших электрических транспортных средств цифры не столь оптимистичны. На многих велосипедах с функцией рекуперативного торможения средним показателем является 4-5% регенерации, максимум 8% в холмистых районах. Другие персональные электромобили, включая самокаты и скейтборды, имеют схожие результаты.

Как мы писали выше, столь небольшие цифры во многом связаны с меньшим весом данных средств. У них просто нет большого импульса и, следовательно, они имеют меньшую кинетическую энергию для преобразования обратно аккумулятор.

А это вообще важно, насколько хорошо работают рекуперативные тормоза?

В индустрии электрических велосипедов регенеративное торможение иногда может использоваться скорее как маркетинговый инструмент, чем как целесообразное нововведение. Поскольку технология, как правило, возможна только в электрических байках с более крупными безредукторными двигателями, то производители таких велосипедов будут обязательно использовать столь эффективную разработку в своих моделях. В то же время компании, выпускающие байки со среднеразмерными приводами и другими редукторными моторами, которые не приспособлены к регенеративному торможению, относят технологию в разряд неэффективных и просто не ставят.

Истина заключается в том, что для небольших и персональных транспортных средств рекуперация не так эффективна, как в крупных электромобилях, однако эта функция все равно имеет множество преимуществ.

Одним из самых весомых плюсов разработки можно назвать применение в качестве еще одной замедляющей силы для небольших персональных EV. К примеру, электрический самокат Xiaomi M365 для переднего моторного колеса использует только остановку регенерацией, в то время как для заднего колеса применяется традиционный дисковый тормоз. Это означает, что самокат имеет два независимых элемента замедления хода с одним рычагом управления для их активации, что снижает стоимость, вес и сложность сборки.

Рекуперация также позволяет внести механизм остановки в скейтборды — подвиг, который ранее выполнялся через трение подошвы вашей обуви о тротуар. Данная функция является очень полезной для безопасности в связи с появлением популярных моделей, достигающих скоростей более 30 км/ч.

Еще одним преимуществом регенеративного торможения является продление срока службы обычным тормозным деталям, таким как кабели и тормозные колодки. Постоянное обслуживание и замена данных частей раздражает, а если учесть, что электрические велосипеды и самокаты путешествуют намного дальше и быстрее, чем их не электрические братья, то детали изнашиваются намного раньше.

В конце концов, регенеративное торможение никогда не будет столь полезным в небольших средствах передвижения, как в крупных, просто из-за законов физики. Поэтому отсутствие технологии на электрических велосипедах и других малых EV для личного пользования не есть что-то ужасное. Однако преимущества использования этой разработки, без учета простого перехвата мощностей, нельзя игнорировать. И эй, вы будете получать бесплатный 5%-ный рост диапазона каждый день!

Рекуперативное торможение это

Рекуперативное торможение — что это и когда будет наших авто?

Рекуперативное торможение — что это такое и как работает?

Друзья, вы наверняка замечали, что в последние годы тема всевозможных возобновляемых и экологически чистых источников энергии муссируется очень активно.

В связи с этим хотелось бы поговорить о системе, которая просто таки творит чудеса — система рекуперативного торможения.

Во первых хочется сказать, эта новомодная система добралась все-таки и до любимых нами легковушек. Теперь уже практический каждый автопроизводитель имеет в своём арсенале по парочке моделей с гибридной силовой установкой, а то и вообще электромобиль.

Рекуперативное торможение — источник энергии

В чём же суть данной технологии? Оказывается, что во время движения наши с Вами автомобили не только поглощают энергию, съедая топливо, но и выделяют её.

Происходит это, как правило, во время торможения, когда масса кинетической энергии улетучивается в виде тепла от тормозных механизмов в атмосферу. «Зачем же нам греть воздух, если можно использовать её в других целях», — как-то раз задумались инженеры.

Результатом их трудов и стала система рекуперативного торможения, то есть такая, которая возвращает часть выделяющейся энергии обратно, в организм автомобиля, где потом используется вновь, а это значит, что мы экономим.

Проще всего такой фокус можно реализовать на гибридных машинах и электромобилях. Почему? Ответ будет дальше.

Кстати, автомобильный транспорт не единственный, где можно встретить рекуперационные системы. Довольно активно и давно они используется на железной дороге у электровозов, а также на городском электротранспорте – трамваях и метро.

Как сохранить энергию торможения?

С сутью рекуперации мы, кажется, разобрались, теперь остаётся выяснить, как она реализована на практике. Есть несколько способов повернуть энергию, выделяющуюся при торможении, в нужное русло. Мне известны только два:

электрический;
механический.

Электрический метод

Электрическое рекуперативное торможение, с технологической точки зрения можно назвать самым доступным, и именно он наиболее точно подходит под определение этой системе.

Система рекуперативного торможения

Электрический метод актуален для автомобилей с гибридными моторами (ДВС + электропривод) или для электромобилей.

Главную роль тут играют электродвигатели, которые благодаря своим свойствам, могут не только крутить колёса, но и крутиться сами под воздействием внешних сил, превращаясь в генераторы.

В момент рекуперативного торможения, электромотор переключается в генераторный режим и создаёт дополнительное останавливающее усилие на осях. В этом случае он уже не потребляет энергию аккумулятора, а наоборот, подзаряжает его, и так повторяется каждый раз, когда вы нажимаете на тормоз.

Таким образом, по подсчётам автопроизводителей, подобная система рекуперации на гибридном авто экономит до 30% запасов топлива.

Необходимо отметить, что в зависимости от скорости машины, электроника сама выбирает как ей лучше оттормаживаться – с помощью электродвигателя или традиционными методами.

Механический способ

Механическое рекуперативное торможение. По сути, это не система рекуперативного торможения, а система рекуперации кинетической энергии, так как она не способствует тому, чтобы автомобиль остановился, а просто накапливает часть энергии, выделяющейся во время снижения скорости.

В данном методе в качестве ключевого элемента используется маховик, который раскручивается во время торможения и затем отдаёт эту кинетическую энергию по мере дальнейшего движения авто.

Вращается маховик в вакуумной камере, а при торможении автомобиля раскручивается до 60000 об/мин. Конструкция такова, что она сохраняет энергию во вращательном маховике до 600 кДж, а при отдаче выдает мощность до 60 кВт, что составляет 80 л.с.

Такая система, получившая название KERS, несколько лет назад эксплуатировалась на гоночных машинах Формулы-1, где позволяла кратковременно добавить двигателю внутреннего сгорания ещё несколько десятков лошадиных сил.

В гражданской технике рекуперативное торможение пока является экзотикой и серийно не устанавливается.

Система KERS — рекуперация кинетической энергии (Kinetic Energy Recovery Systems)

Таким образом, наши дорогие читатели, мы видим, что игры с кинетической энергией, выделяющейся при торможении, могут давать вполне ощутимые результаты в виде экономии топливных ресурсов.

Но, справедливости ради, нужно заметить, что все эти системы довольно дорогое удовольствие, которое пока что очень осторожно становится массовым продуктом.

На этом всё, спасибо за внимание и до новых встреч!

Что такое рекуперативное торможение

(демонстрация системы рекуперации энергии в bmw)

(Регенеративная система bmw i3)

Насколько хорошо рекуперативное торможение

(визуализация работы системы рекуперация энергии торможения в машинах VW — Volkswagen)

КПД

Эффективность

Эффективность системы регенерации в автомобилях

Эффективность рекуперативного торможения в велосипедах, самокатах, скейтбордах и других персональных EV

А это вообще важно, насколько хорошо работают рекуперативные тормоза?

Рекуперативное торможение в электромобилях: как это работает — HEvCars

Рекуперативное торможение как активная система транспортных средств с электрическим приводом известно довольно давно и сегодня не ограничивается исключительно электрокарами, а является неотъемлемой частью электрических велосипедов, скутеров, скейтбордов. Но на деле многие ли понимают реальный принцип работы рекуперативного торможения и его эффективности использования в электрокарах?

Что такое рекуперативное торможение?

Любые движущиеся транспортные средства обладают большой кинетической энергией, которая должна куда-то уходить когда происходит процесс торможения. Во времена автомобилей с ДВС кинетической энергией попросту пренебрегали и не придавали ей особого значения, она уходила в тормозные колодки попросту стирая их. То есть она не только не приносила пользы, но еще и оказывало негативное воздействие.

Схема рекуперация энергии в электромобиле BMW i3 при торможении

В эру электромобилей, к ней стали относится куда более трепетно, осознав ее потенциал в вопросе сохранности заряда аккумуляторных батарей и увеличения запаса хода. Именно поэтому фактически во всех электрокарах, при торможении электрический мотор начинает работать в режиме генератора, возвращая преобразованную кинетическую энергию в аккумулятор. Затем большая часть этой энергии используется при очередном ускорении автомобиля и только после начинается использование основного заряда АКБ.

Насколько эффективно рекуперативное торможение?

Эффективность процесса рекуперативного торможения зависит от многих факторов: типа транспортного средства, электрического двигателя, аккумуляторных батарей, но в целом этот показатель составляет 60-70%. По словам отдельных производителей электрокаров, системы рекуперативного торможения теряют 10-20% от захваченной энергии, после теряют еще столько же в процессе ее преобразования в заряд для аккумуляторных батарей. Эти показатели стандартны для большинства транспортных средств включая электромобили, грузовики, мопеды и велосипеды.

Таким образом, использование системы рекуперативного торможения позволяют вернуть 70% кинетической энергии потерянной во время торможения, чтобы потом снова использовать ее для ускорения транспортного средства.

Как влияет рекуперация энергии на запас хода в электромобилях

Еще одним определяющим эффективность рекуперативного торможения критерием, является запас хода, а точнее насколько он увеличивается с использованием системы. Здесь тоже не все однозначно, как вы уже догадались, эффективность рекуперативного торможения в контексте величины диапазона езды зависит от условий передвижения, местности, стиля вождения и размеров транспортного средства.

Наилучшую эффективность и увеличение дистанции пробега системы рекуперации демонстрируют в городе с его «старт-стоп» трафиком.

Ландшафт местности также влияет, поскольку на постоянных прямых дорогах с отсутствием поворотов на рекуперацию можно и не рассчитывать, а вот на извилистых дорогах или долгих склонах система может работать практически непрерывно.

Ландшафт местности также влияет на запас хода в электромобилях

Размер транспортного средства играет вероятно определяющее значение, по той причине, что чем больше и тяжелее автомобиль, тем больше он высвобождает кинетической энергии при торможении.

В данном случае небольшие электрические транспортные средства находятся в менее выигрышном положении, поскольку попросту не могут противостоять законам физики. Таким образом, если сравнивать электрокары по габаритам можно быть уверенным, что чем больше электромобиль, тем выше показатели эффективности его рекуперативной системы.

Это не значит, что от системы нет пользы, просто надо понимать почему условный грузовик Tesla Semi будет более выгодным в вопросах рекуперации даже в сравнении с другими электрокарами Tesla.

В целом, сам факт того, что мы научились сохранять пусть и не 100%, а лишь большую долю кинетической энергии при помощи рекуперативного торможения и стали использовать ее во благо — огромная победа. Торможение с рекуперацией уже изменило формат управления автомобилями, предложив возможность ездить на электрокарах при помощи одной педали, сделав обычный «тормоз» атавизмом, который используют в случаях крайней необходимости.

Напоследок хотелось бы отметить наиболее «рекуперативные» электромобили, в число которых на сегодняшний день входят: Chevrolet Bolt, Hyundai Ioniq, BMW i3, Nissan Leaf.

Автор: hevcars. com.ua

HEVCARS 🔌 Автор

Читайте самые интересные новости и статьи о электрокарах в Telegram и Facebook!

Рекуперативное торможение. Как работает?

На что прежде всего пользователь обращает внимания при покупке любого транспорта. Это мощность двигателя и запас хода, особенно актуальный последний показатель для электротранспорта. Не очень хочется больше водить в руках тот самый электросамокат или велосипед чем ездить, если аккумулятора будет хватать максимум на пол часа использования. Вот производители и стараются с каждой новой моделью увеличить ёмкость аккумулятора, но это не может продолжаться вечно. Чем мощнее аккумулятор, тем он больше и тяжелее что негативно сказывается на весе и внешнем виде самого электротранспорта. И тут на помощь приходит рекуперация.

Рекуперативное торможение – это функция которая позволяет подзарядить аккумулятор во время торможения.

Данная функция уже активно используется на трамваях, электричках, и в современных электромобилях. В нашем магазине представлено множество моделей с рекупирацией, если мы говорим об электросамокатах, то это электросамокат Kleefer E-Pure Green, электросамокат Dualtron 2 Ultra 60v 35ah и еще очень много различных моделей. Так же рекуперативный тормоз очень часто используют на электробайках. Поскольку данный вид транспорта может развивать очень большую скорость, так как на маленькой скорости рекуперация не эффективна. Конечно же такие электробайки стоят подороже чем без нее, но зато у них ход значительно больше.

Для того чтобы торможение осуществлялось двигателем устройства нам необходимо: мотор-колесо без редуктора, контроллер должен поддерживать данную функцию, аккумулятор, который сможет принять мощность заряда и специальные датчики на тормозных ручках.

Суть рекуперации

Двигатель в транспортном средстве используется для вращения колес, именно оно и потребляет энергию. Во время торможения мотор перестает работать, в этот момент он может выступать в роли генератора, который будет заряжать аккумулятор.

Рекуперативное торможение особенно актуально для городского транспорта, ведь по городу постоянно приходится тормозить, тем самым аккумулятор подзарядится и одной зарядки хватит на большее расстояние.

Насколько полезна рекуперация по сравнению с обычным транспортом?

Все зависит от трех основных моментов:

Момент 1.

Как часто в дороге вам приходится тормозить и останавливаться? Если вы ездите исключительно по городу, то соответственно и торможения будет больше, тем актуальней будет рекуперация.

Момент 2.

Есть ли на вашем пути горка, с которой можно просто скатится, не используя двигатель? В это время он может поработать в роли генератора.

Момент 3.

Обещанная производителем эффективность рекуперации на вашей модели электротранспорта.

В общей сложности, рекуперативный тормоз помогает добавить энергии аккумулятору на 5-10%. Казалось бы, это очень маленькие цифры, но на практике это дополнительные 2-4 километра пути, они могут вам пригодится в самый нужный момент.

Можно ли только рекуперацией зарядить аккумулятор до 100%?

Конечно можно, но для такого заряда вам придется очень долго ездить. Рекуперативный тормоз – это больше приятное дополнение к самому устройству, которое поможет подзарядить батарею если вы не уследили, и она разрядилась на полпути. Чтобы такие казусы происходили как можно реже, вам необходимо просто соблюдать правила эксплуатации от производителя вашего устройства. Перед покупкой электротранспорта вы должны понимать для каких целей он вам нужен и как вы планируете его эксплуатировать. К примеру, если вы собираетесь отправляться на дальние дистанции, тогда обратите внимание на модели с более мощными аккумуляторами, нежели если вы просто будете кататься пол часа в парке.

Так что, если вы активный пользователь электротранспорта, мы с чистой совестью рекомендуем приобрести устройство с рекуперацией.

О некоторых особенностях системы рекуперативного торможения

Одним из преимуществ гибридных и электромобилей (HEV) является их способность рекуперировать энергию торможения благодаря наличию системы рекуперативного торможения. В этой статье мы объясним, как работает эта энергосберегающая система. А также затронем особенности ее технического обслуживания.

Что представляет собой система рекуперативного торможения?

Из школьного курса физики мы знаем, что энергию невозможно создать или уничтожить — ее можно только преобразовать из одной формы в другую. На этом же принципе основана работа тормозной системы. Чтобы машина остановилась, кинетическая энергия, накопленная во время движения, должна куда-то уйти. В обычной гидравлической тормозной системе для преобразования кинетической энергии автомобиля в тепло используется сила трения, возникающая между тормозной колодкой и диском или барабаном. Затем тепло рассеивается в атмосфере, и машина замедляет свой ход.

В гибридных и электромобилях с системой рекуперативного торможения эта энергия используется гораздо эффективнее. Вместо того, чтобы просто рассеивать ее в воздухе в виде тепла, автомобиль превращает ее в электрическую энергию, которая сохраняется в его аккумуляторах. Помогая затормозить автомобиль сохраненная энергия обеспечивает электричество для будущей работы электродвигателя, повышая его эффективность.

Как работает система рекуперативного торможения?

Приводя в движение автомобиль с системой рекуперативного торможения электродвигатель получает энергию от аккумулятора, создавая кинетическую энергию, необходимую для вращения колес. Однако, когда включается тормоз, этот процесс работает в обратном режиме. Теперь кинетическая энергия, которая изначально использовалась для приведения автомобиля в движение, заставляет колеса вращать электродвигатель, превращая его в подобие генератора. Вместо потребления электричества двигатель/генератор начинает производить его, используя кинетическую энергию автомобиля. Эта электрическая энергия сохраняется в высоковольтной батарее и затем повторно используется для обеспечения движения автомобиля. Поскольку система рекуперативного торможения преобразует кинетическую энергию автомобиля в электричество, она может замедлять его так же, как это делает гидравлический тормоз, использующий силу трения.

Оснащаются ли электромобили гидравлической тормозной системой?

В большинстве случаев электродвигатель/генератор обеспечивает достаточное тормозное усилие для замедления автомобиля. Тем не менее, когда автомобиль движется с высокой или очень низкой скоростью, стоит или его батарея полностью заряжена, слишком сильно нагрелась или охладилась, электродвигатель не может самостоятельно обеспечить достаточное тормозное усилие и нуждается в поддержке гидравлической тормозной системы. Степень необходимости ее использования во многом будет зависеть от автомобиля. Например, на автомобилях Toyota Prius раннего поколения (2001-2004) гидравлические тормоза не использовались до тех пор, пока скорость автомобиля не опускалась ниже одиннадцати километров в час, за исключением случаев экстренного торможения

Что это означает для обслуживания тормозной системы?

Поскольку гидравлические тормоза — это, по сути, резервная система, они используются реже и теоретически должны служить дольше. Однако реальная ситуация может быть совсем другой — в связи с менее активным использованием гидравлических тормозов в них может накапливаться ржавчина и загрязняющие вещества, которые влияют как на фрикционную поверхность диска и крепления тормозных колодок, так и на поршень/направляющие штифты суппорта.. Вот почему основные компоненты тормозной системы все еще изнашиваются, только это обусловлено другими причинами.

Возьмем для примера держатель суппорта. Из-за коррозии, вызванной недостаточным использованием тормозов, тормозные колодки могут не полностью отходить от диска, что приводит к их ускоренному и неравномерному износу. Или же, в зависимости от мест возникновения коррозии, колодки могут неплотно прилегать к диску. В результате, какая-либо коррозия на фрикционной поверхности диска не будет полностью счищаться, что также приведет к появлению раковин на тормозном диске.

Конечно, возраст, условия эксплуатации и такие факторы окружающей среды, как вода, солевые брызги и изменения температуры, могут вызвать износ компонентов системы, как и на любом другом автомобиле. Таким образом, по прежнему рекомендуется проводить регулярную проверку технического состояния всей тормозной системы, будь то автомобиль с гибридным приводом, электрическим двигателем или двигателем внутреннего сгорания. Просто не забывайте соблюдать меры предосторожности, изложенные в руководстве, составленном автопроизводителем.

Все о системах рекуперации электроэнергии торможением: применение в транспорте

(демонстрация системы рекуперации энергии в bmw)
Давайте же разберемся, как работает эта технология, насколько она продуктивна в различных средствах передвижения и разумно ли везде ее устанавливать.
Движущиеся объекты обладают кинетической энергией, а когда применяется тормоз для замедления, всей этой мощи необходимо куда-то идти.

(Регенеративная система bmw i3)

В принципе, самым лучшим вариантом езды будет разгон до постоянной скорости, а затем никогда не касаться педали тормоза.

Поскольку чтобы замедлиться, а потом снова вернуться к прежней скорости, потребуются лишние затраты сил, то вы получите куда больший диапазон хода, в первую очередь просто не замедляясь.

Насколько хорошо рекуперативное торможение

КПД говорит о том, с каким успехом захватывается «потерянная» мощность торможения. Все превратилось в тепло или удалось перевести кинетический потенциал в нужное русло? С другой стороны, эффективность относится к тому, как сильно влияет регенеративное торможение на длину пути.

Значительно ли увеличится ваш диапазон, или вы даже не заметите большой разницы?

(визуализация работы системы рекуперация энергии торможения в машинах VW — Volkswagen)

КПД

КПД процесса зависит от многих факторов, таких как двигатель, батарея и контроллер, но часто значение оценивается в районе 60-70%. По словам Tesla, их технология обычно теряет 10-20% кинетического потенциала при попытке его захватить, а затем еще 10-20% при преобразовании отложенных запасов обратно в ускорение.

Это довольно стандартные числа для основной массы электрических транспортных средств, включая машины, грузовики, велосипеды, самокаты и т. д.

Эффективность

Подъем в гору не дает вам много шансов на остановку, а вот при спуске для безопасности часто нужно притормаживать, что позволит преобразовать больший объем кинетических запасов.

На длинных склонах рекуперативная система может применяться почти без остановок, чтобы регулировать скорость, тем самым заряжая аккумулятор в течении продолжительного промежутка.

Эффективность системы регенерации в автомобилях

Таким образом, при таком коэффициенте ход увеличивается со 100 до 132 км. Другой собственник рассказал о регенерации 28% энергии (форум на датском языке). Остальные же пишут, что во время обычных поездок возвращается в среднем 15-20% от общего потребления.

Эффективность рекуперативного торможения в велосипедах, самокатах, скейтбордах и других персональных EV

А это вообще важно, насколько хорошо работают рекуперативные тормоза?

Одним из самых весомых плюсов разработки можно назвать применение в качестве еще одной замедляющей силы для небольших персональных EV.

К примеру, электрический самокат Xiaomi M365 для переднего моторного колеса использует только остановку регенерацией, в то время как для заднего колеса применяется традиционный дисковый тормоз.

Это означает, что самокат имеет два независимых элемента замедления хода с одним рычагом управления для их активации, что снижает стоимость, вес и сложность сборки.

В конце концов, регенеративное торможение никогда не будет столь полезным в небольших средствах передвижения, как в крупных, просто из-за законов физики.

Поэтому отсутствие технологии на электрических велосипедах и других малых EV для личного пользования не есть что-то ужасное.

Однако преимущества использования этой разработки, без учета простого перехвата мощностей, нельзя игнорировать. И эй, вы будете получать бесплатный 5%-ный рост диапазона каждый день!

Источник: https://mbhn.ru/rekuperaciya-ili-preobrazovanie-kineticheskoy-energii-tormojeniya

Рекуперативное торможение в электромобилях: как работает технология и насколько реально можно увеличить запас хода

Понять, что такое рекуперативное торможение в электромобилях совсем не сложно, для этого нужно лишь обратить внимание на основные характеристики этого вида транспорта.
В отличие от машин с ДВС, где важным фактором является динамика, большинство электромобилей выбирают по запасу хода.
И вот именно этот показатель и можно увеличить с помощью рекуперативной тормозной системы.

Рис. 1. Схема рекуперации энергии в электромобиле.

Технологию рекуперативного торможения используют не только электрические машины, но и автомобили с бензиновым или дизельным мотором (гибриды).
Основанием для её
разработки стали высокие цены на топливо и стремление снизить расходы.
Автопроизводители искали
варианты решения проблемы, одним из которых стало получение энергии из процесса торможения.

Своё название система получила от термина recuperatio (лат. «возвращение» или «компенсация»).

Возвращая часть затраченной на торможение энергии, она расходует полученное электричество на разгон транспортного средства с двигателем внутреннего сгорания.

Рекуперация на электромобиле имеет одно серьёзное отличие – выработанная электроэнергия не тратится сразу, а может аккумулироваться.

Это позволяет подзаряжать аккумулятор, а запас хода увеличивается, хотя и незначительно. В то же время для электрического транспорта, который непросто подзарядить в дороге, даже этот небольшой заряд может оказаться решающим.

Принцип работы

Работу системы
рекуперации электрической энергии можно
описать следующим образом:

При торможении электромобиля его силовой агрегат отключается от источника питания (аккумулятора) и переходит в генераторный режим, самостоятельно вырабатывая энергию.
В таком режиме в обмотках ротора и статора возникают противоположно направленные токи.
На валу электромотора возникает тормозной момент. Он обеспечивает торможение транспортного средства, снижая скорость.
Одновременно с этим запасённая машиной кинетическая энергия переходит в электроэнергию и тепло.
Электрическая энергия поступает в аккумулятор, увеличивая его заряд.
Чем чаще тормозит автомобиль, тем больше заряжается его аккумуляторная батарея.

Рис. 2. Колесо электромобиля с рекуперативной системой.

Система
рекуперативного торможения получила распространение, в первую очередь, при
поездках на транспорте, оборудованном электродвигателями постоянного тока.
Следует отметить, что она применяется не для полного
торможения состава, масса которого слишком большая, чтобы компенсировать её
таким способом, а лишь для небольшого снижения скорости.
Однако тормозной
момент создаётся достаточно большой, и экономия в течение года только для
одного состава достигает сотен тысяч гривен.

Проблемы небольших электромобилей

В отличие от тяжёлых и перемещающихся на высокой скорости электропоездов, получившие такую систему электромобили не получают таких же преимуществ:

В городе, особенно при движении в плотном потоке, электромобиль практически не может нормально разогнаться (даже при хороших динамических характеристиках, как у Tesla Model S).
Рекуперация мало эффективна, так как скорость в начале торможения небольшая (до 60 км/ч), а масса автомобиля не превышает 1-2 т.
Энергии вырабатывается мало, и запас хода увеличивается незначительно.
Стоимость установки оборудования, обеспечивающего рекуперацию достаточно большая, а из-за низкой эффективности работы рекуперации она почти не окупается.

Важно: Ситуация немного улучшается при движении с горки и торможениях на высокой скорости. Но так разогнаться электромобили могут только за городом. А большинство доступных по цене электрических моделей не обладает запасом хода для загородных поездок и динамикой для нормального разгона.

Эффективность рекуперативного торможения

Использующую рекуперацию тормозную систему нельзя назвать достаточно эффективной.
Хотя её КПД довольно большой – производители электромобилей и другого электрического транспорта (велосипедов, мопедов и грузовых авто) называют цифру в 60-70% возврата.
При этом первые
10-20% теряются сразу, при захвате кинетической энергии – ещё примерно такое же
количество аккумулятор недополучает в процессе преобразования в электроэнергию.
С одной стороны, показатель достаточно большой – 70% кинетической энергии подзаряжают аккумулятор электромобиля.
Запас хода увеличивается, и транспортное средство может проехать дальше на одном заряде.
С другой стороны, кинетической энергии на торможение тратится немного, и цифры нельзя назвать впечатляющими.

Рис. 3. Индикация системы рекуперации модели Volkswagen e-Golf.

Владельцы автомобилей
Tesla Model S говорят, что во время поездок по городу пользы от системы
рекуперативного торможения практически нет.
Заметить её влияние получается только при поездке по холмистой местности, когда водителю приходится тормозить во время спуска.
Иногда запас хода транспортного средства увеличивается при этом на 15-20%.

Рис. 4. Тормоза премиального электромобиля Tesla Model S.

Повысить эффективность рекуперативной системы позволяет её использование не только при торможении, но и во время обычной поездки.
Предполагается, что энергия будет возвращаться благодаря инновационной подвеске, которую уже разрабатывают компании Levant Power и ZF.
В будущем такими устройствами могут оснащаться все серийно выпускаемые авто.
Принцип действия системы в подвеске следующий:

Рекуперативное устройство будет состоять из небольшого электромотора, 4 электрогидравлических насосов и управляющего блока.
Приспособление будет устанавливаться возле амортизаторов каждого автомобильного колеса.
При движении входящего в конструкцию штока кинетическая энергия будет переходить в электрическую.
Полученная электроэнергия будет передаваться к аккумулятору электромобиля. Если устройство будет устанавливаться на машинах с ДВС, энергия поступит в их электрическую сеть.

Совместная работа рекуперативной системы торможения и
устройств, аккумулирующих энергию от обычного движения, должна повысить эффективность примерно вдвое. Однако проект пока
находится в разработке. До его завершения и, тем более, установки на серийные
авто, может пройти несколько лет.

Выводы

Возможность
возвращать хотя бы часть потраченной на торможение энергии и дальнейшее
развитие технологий в этом направлении позволяет рассчитывать, что
электромобили в будущем станут ещё эффективнее.
Запас хода даже
бюджетного электрического транспорта увеличится до 150-200 км, и на таком авто можно
будет ездить целый день без подзарядки.
В то же время эффективность рекуперации на компактных электрических авто, таких как Chevrolet Bolt, Hyundai Ioniq или Nissan Leaf, всё равно останется небольшой.
Намного заметнее увеличение запаса хода на грузовиках с электромоторами и на тяжёлых электромобилях типа Tesla Model X, вес которого даже без водителя достигает 2,4 т.

Источник: https://autogeek.com.ua/rekuperativnoe-tormozhenie-v-jelektromobiljah-kak-rabotaet-tehnologija-i-naskolko-realno-mozhno-uvelichit-zapas-hoda/

Использование рекуперации на железной дороге в целях повышения эффективности

Рекуперативное торможение характеризуется возвращением части затраченной электроэнергии для её повторного использования.

Рекуперацией называют вид электрического торможения, при котором электроэнергия, вырабатываемая тяговыми электродвигателями, работающими в генераторном режиме, возвращается в электрическую сеть.

Процессы рекуперации играют большую роль в обеспечении надёжности движения поездов на линиях с горным профилем, а также для эффективного использования высокоскоростного подвижного состава.

Большая часть грузовых электровозов серий ВЛ11, 2ЭС6 и 2ЭС10 российской железной дороги, по замечанию руководителей холдинга, практически полностью оборудованы системой рекуперативного торможения. Однако, схема рекуперации используется не в полной мере [3]. Тому есть несколько причин, среди которой выделяют следующие проблемы:

большое количество полуторасекционных электровозов ВЛ11 с ненастроенной схемой, оборудованных системой САУРТ-034;
неприменение схем рекуперации даже при наличии подготовленных электровозах серии ВЛ11 по причине срабатывания защиты высоковольтных цепей моторного режима, а также неисправности в низковольтных электрических цепях.

Еще специалисты [2, с.147-158] на протяжении последних двадцати лет выделяют проблемы применения рекуперации на отечественных электровозах переменного тока:

низкая мощность электровоза и низкий коэффициент полезного действия инвертора;
низкое качество электроэнергии, возвращаемой в контактную сеть.

В качестве причин специалисты назвали принятый алгоритм управления инвертором. Этот алгоритм состоит из поочередной коммутации плеч тиристоров ВИП и наличие значительного угла запаса.

При этом, о необходимости использования схем рекуперации говорят на самых разных уровнях, в том числе имеют место публикации в научной литературе.

Интересен зарубежный опыт использования энергии рекуперативного торможения на электрифицированных участках железных дорог: специалисты отмечают высокую степень эффективности, например, в Великобритании доля возврата энергии рекуперации в контактную сеть составляет 7,2 % от расхода энергии по тяговым подстанциям, а в систему внешнего электроснабжения возвращается около 1,7 %, в Испании размер этого возврата составляет 1,9%, примерно те же объемы характерны для железных дорог Швеции.

Следует отметить, что научные публикации сложны для восприятия, перегружены сложными схемами и расчетами, а для начала необходимо разобраться в самом эффекте рекуперации и воспринять необходимость использования различных технических нововведений, которые будут способствовать повышению эффективности российских железных дорог.

Имеет смысл рассматривать не только техническую сторону вопроса, но говорить об эффективности этого процесса. Только понимая значения и отмечая количественное значение экономии энергии, можно предполагать использование процесса рекуперации на практике.

Как отметили специалисты, преимущество рекуперативного торможения перед другими видами электрического торможения состоит в значительной (до 20%) экономии электрической энергии, возвращаемой тормозящим электровозом в контактную сеть, в повышении безопасности движения тяжелых грузовых поездов на участках со сложным профилем пути [4, с.346-355].

Техническую скорость поезда и пропускную способность железной дороги повышают жесткие тормозные характеристики электровоза при рекуперативном торможении. В качестве преимущества электрической тяги специалисты выделили возврат электрической энергия в контактную сеть, что приводит к повторному использованию этой энергии другими электровозами на одном участке и работающим в режиме тяги.

Для того, чтобы эти процессы протекали, электровоз должен быть оборудован устройствами рекуперативного торможения. К таким устройствам относят ВЛ85, ВЛ80Р и ВЛ65.

Такие оснащенные электровозы в целом на тягу поезда расходуют примерно 1,5 млрд.

кВт ч электроэнергии в год, а рекуперация позволяет экономить эту энергию в значительном объеме — каждый процент сэкономленной энергии в год составляет 15 млн. кВт-ч. [6, с.192]

При ежегодном росте объёмов энергии, рекуперируемой подвижным составом, особую актуальность приобретает оценка использования такой энергии.

Сергей Геннадьевич Шрамко рассматривает повышение энергетических показателей электровозов переменного тока в режиме рекуперативного торможения и предлагает решение повышения эффективности энергетических показателей электровозов переменного тока в режиме рекуперативного торможения и снижение расхода песка [6, с.193].

Российские железные дороги электрифицированы на переменном токе, а эксплуатируемые электровозы оборудуются полупроводниковыми преобразователями для питания тяговых двигателей, в том числе около 15% — выпрямительно-инверторными преобразователями (ВИП) с зонно-фазовым регулированием (рисунок 1).

Рисунок 1. Выпрямительно-инверторный преобразователь (ВИП)

Повышение коэффициента мощности в режиме рекуперативного торможения – это перспективное направление для повышения энергетических показателей электровозов с ВИП. В настоящее время этот показатель на 25-30% ниже, чем в тяговом режиме Км = 0,84, а в режиме рекуперативного торможения Км от 0,45 до 0,65.

Использование энергии рекуперации на практике затруднено отсутствием простых и доступных методик оценки этой эффективности. Группа авторов предприняла попытку разработки методики по оценке этой эффективности [5, с.34-45].

Для определения меры эффективности и направлений использования энергии рекуперации специалисты предлагают оценить:

абсолютное значение полезного использования энергии рекуперации, выработанной ЭПС;
относительную величину полезного использования энергии рекуперации (в процентах) от абсолютного её значения по показаниям счётчиков рекуперации электроподвижного состава (ЭПС).

Эффективное использование энергии рекуперации начинается с её потребления на собственные нужды рекуперирующего электроподвижного состава. Составляющие использования энергии рекуперации на участках постоянного тока, определяемые по методике, можно проиллюстрировать в виде блок-схемы (рисунок 2) .

Рисунок 2. Схема составляющих использования энергии рекуперации на участках постоянного тока

Составляющие эффективного использования энергии рекуперации на участках переменного тока можно проиллюстрировать в виде блок-схемы, представленной на рисунке 3.

Рисунок 3. Схема составляющих использования энергии рекуперации на участках переменного тока

Специалисты, включили в предлагаемую методику[5, с.34-45] указанные схемы. Выполненные исследования и разработанная в результате методика, предлагаемая авторами, позволяет оценить меру эффективности использования энергии рекуперации на отдельных участках железных дорог и полигоне в целом .

Методология оценки эффективности включает принцип, основанный на получении значений пяти коэффициентов, определяющих эффективность использования энергии рекуперации и подчёркивающих уникальность авторской методики .

Методика помогает аналитическим путём, без затрат на оснащение участков дополнительной измерительной техникой выполнять оценку влияния на эффективность использования энергии рекуперации режимов работы системы торможения электровоза, организации движения поездов, деятельности подразделений локомотивного хозяйства с целью интенсификации применения рекуперативного торможения .

Список литературы:

Источник: https://sibac.info/studconf/science/lxxxii/159048

Все о системах рекуперации электроэнергии торможением: применение в транспорте

(демонстрация системы рекуперации энергии в bmw)

Система рекуперации на «гибридах» и электромобилях

На данных автомобилях устанавливают электрические системы возврата энергии. Как это работает? Сначала немного теории. Любой электродвигатель постоянного тока при подаче на него напряжения начинает вращаться и работать как мотор. Если же раскрутить его вал механическим способом, то на клеммах вырабатывается напряжение.

То есть, электромотор может выполнять одновременно две функции: в первом случае двигателя, а во втором генератора. Этот принцип и лег в основу электрических систем рекуперации энергии, который с успехом реализуют на электро- и гибридных автомобилях. Ведь и те и другие изначально оборудованы электродвигателями, которые довольно просто перевести в режим генератора.

Принцип работы таких систем достаточно прост:

При наборе скорости (то есть при нажатии на педаль газа) электродвигатель питается от аккумуляторной батареи и передает через трансмиссию вращательный момент на колеса автомобиля.
В момент торможения встроенная электроника переключает его в режим генератора.
Усилие, необходимое для его «раскручивания» замедляет вращение трансмиссии и способствует процессу остановки транспортного средства.
Вырабатываемое мотором/генератором напряжение через специальный контроллер подзаряжает аккумуляторную батарею. То есть, часть энергии удается возвратить для ее последующего использования.

Важно! Естественно, при экстренном торможении рекуперативная система не может резко остановить автомобиль. Вследствие этого полностью отказываться от привычных конвекционных тормозов нельзя. Поэтому в зависимости от степени нажатия на педаль тормоза встроенный компьютер «принимает решение» и подключает в помощь к рекуперативному торможению стандартную тормозную систему автомобиля.

Достоинствами применения электрических систем рекуперации энергии являются:

для электромобилей – увеличение автономности без очередной подзарядки аккумуляторных батарей;
для гибридных транспортных средств – снижение расхода топлива.

Комбинированный режим

Комбинированные тормозные режимы применяются в электрических машинах, если необходимо быстро остановить и зафиксировать механизм. Для этого используют механический блок торможения в комбинации с электрическим торможением. Комбинация может быть различной. Это может быть и электрическая схема с противовключением, динамическим и рекуперативным режимами.

Вот мы и рассмотрели основные способы и схемы торможения электродвигателей. Если возникнут вопросы, задавайте их в х под статьей!

Система рекуперации на автомобилях со «Старт-Стопом»

Любому автомобилисту известно, что при запуске двигателя происходит наибольший расход энергии аккумулятора. Транспортные средства, оборудованные системой «Старт-Стоп», отличаются тем, что после каждой остановки мотор автоматически глушится и потом при возобновлении движения заводится.

То есть, батарея быстро теряет свою емкость и «требует» подзарядки. А времени, чтобы это сделать (с помощью штатного генератора) в условиях коротких пробегов и частых остановок на светофорах и в пробках, может просто не хватить.

И вот тут электрическая система рекуперации смогла бы обеспечить дополнительный заряд аккумулятора.

Существенным минусом ее применения на автомобилях «Старт-Стоп» является удорожание самого транспортного средства за счет установки специального генератора (подключаемого непосредственно к трансмиссии в момент торможения) и усложнение всей электронной «начинки».

Силовой спуск

Определение качества электроэнергии анализаторами

Недостатки устройств с рекуперацией, применяемых на транспорте, не позволяют использовать её как основной узел торможения. К основным минусам относятся:

отсутствие стояночного тормоза;
недопустимость полной остановки.

В связи с этим на всех устройствах и транспортных средствах применяют механические тормоза.

Эти же недостатки позволяют использовать рекуперацию для организации силового спуска. Её применяют при движении электротранспорта вниз на уклонах или для снижения скорости подачи груза вниз при опускании краном.

Силовой спуск при опускании грузов

SMART системы рекуперации

Как работает эта так называемая «умная» система? При разгоне транспортного средства, когда двигатель испытывает повышенные нагрузки, происходит отключение штатного генератора. Это позволяет мотору быстрее набрать обороты и израсходовать меньше топлива.

При торможении генератор включается в работу и происходит рекуперация энергии. В процессе движения электроника «отслеживает» величину емкости батареи.

При ее уменьшении (до 75% от номинальной) автоматически включает генератор, чтобы произвести подзарядку аккумулятора.

Аналитический метод расчета пусковых реостатов

При аналитическом методе расчет сопротивлений резисторов пускового реостата ведут по формулам:

В этих выражениях λ = I1/I2 представляет собой отношение начального пускового тока I1 к току переключений I2.

При работе двигателя от регулируемого преобразователя напряжения необходимость в пусковом реостате отпадает, так как пуск двигателя можно начинать с любого пониженного значения напряжения на обмотке якоря в соответствии с допустимым значением начального пускового тока.

Система рекуперации с накопительным конденсатором

Период торможения автомобиля длится достаточно короткое время. Поэтому из-за технологических особенностей устройства современных аккумуляторных батарей (а вернее химических процессов, происходящих при их подзарядке) сохранить большое количество энергии в них довольно трудно. Компания Mazda разработала систему рекуперации с использованием накопительного конденсатора.

В процессе торможения специальный генератор с напряжением 12÷25 В за короткий отрезок времени заряжает емкость. Далее накопленная энергия через конвертор (DC/DC) преобразуется в привычные 12 В и поступает либо на различные потребители (кондиционер, CD-плейер и так далее), либо подзаряжает штатную аккумуляторную батарею.

По утверждению производителя экономия топлива составляет не менее 10%.

Механическая рекуперация

Механический способ рекуперации кинетической энергии:

В момент торможения специальный маховик, установленный в заполненном вакуумом кожухе (для снижения потерь от трения), раскручивается до значительных оборотов (50000÷70000 об/мин).
При старте энергия от вращающегося маховика передается на колеса автомобиля в течение нескольких секунд и «помогает» двигателю «разогнать» авто до нужной скорости. Это приводит к тому, что в момент трогания с места автомобиль получает дополнительные 70÷80 лс мощности.

Для информации! Экспериментальный прототип Volvo S60 с карбоновым маховиком Ø=20 см и весом всего 6 кг) разгонялся до скорости в 100 км/час всего за 5,5 сек. При испытаниях в так называемом городском цикле (с большим количеством остановок) экономия топлива составила 25% (по сравнению с базовой комплектацией).

В настоящее время такой вид рекуперации энергии нашел свое практическое применение только в болидах Формулы-1, а также в эксклюзивных моделях от Porsche и Ferrari. Но инженеры-автомобилестроители считают, что в будущем такие системы могут быть установлены и на обычных городских легковых автомобилях.

Параметры режима работы тяговой сети переменного тока при рекуперации электроэнергии

Инвертор, преобразующий электроэнергию рекуперации постоянного тока тяговых двигателей в переменный ток СТЭ, располагается на ЭПС и относится к категории ведомых сетью.

При рекуперации электроэнергии на переменном токе 25 кВ активная энергия рекуперации генерируется ЭПС в СТЭ, а реактивная энергия потребляется из сети внешнего электроснабжения так же как в режиме тяги. Это увеличивает реактивное электропотребление электровозами в межподстанционной зоне.

————-> P ¦ Режим
————-> Q ¦ тяги
—————————————————
Q ¦ рекуперации

Рис. Направления электроэнергии в режимах тяги и рекуперации ЭПС.

Угловые сдвиги между током и напряжением ЭПС в режиме тяги составляют для диодных ЭПС φЭ = 370эл, для тиристорных ЭПС φЭ = 420эл.

Коэффициент реактивной мощности для режима тяги tg φЭ = Q/P диодных ЭПС составляет tg 370 = 0,754, тиристорных ЭПС — tg 420 = 0,9. Следовательно реактивное электропотребление ЭПС в режиме тяги QТ = (0,75÷ 0,9)P.

Реактивное электропотребление в режиме тяги составляет (75÷ 90) % от активного.

Вождения автомобиля для начинающих: за руль в первый раз

Угловые сдвиги между током и напряжением ЭПС в режиме рекуперации составляют φЭ = 60 эл. гр.

Коэффициент реактивной мощности для режима рекуперации tg φЭ = Q/P составляет tg 600 = 1,73. Следовательно, реактивное электропотребление ЭПС в режиме рекуперации QР = 1,73P.

Реактивное электропотребление в режиме рекуперации составляет 170 % от активного.

При совместной работе в межподстанционной зоне ЭПС в режимах тяги и рекуперации значительно увеличивается реактивное электропотребление.

Оптимальный режим в межподстанционной зоне соответствует равенству активного электропотребления ЭПС в режимах тяги Рт и активной генерации в режимах рекуперации Рр (Рт = Рр).

При этом реактивная мощность на тягу Qт = 0,9Р, реактивная мощность на рекуперацию равна Qр = 1,73Рт и суммарное реактивное электропотребление Q∑ = (0,9 + 1,73)Рт = 2,63Рт. Соотношение К = 2,63/0,9 = 2,92.

Следовательно, реактивное электропотребление в межподстанционной зоне в оптимальном режиме рекуперации увеличивается в 3 раза. Так как соотношения активного электропотребления ЭПС в режимах тяги и генерации меняется, то следует считать, что реактивное электропотребление увеличивается в диапазоне 1, 7 ÷ 3 раза по сравнению с режимом тяги.

Рассмотрим линейные и векторные диаграммы тока и напряжения тяговой сети в режимах тяги и рекуперации при одностороннем питании контактной сети.

Режим тяги.

Рис. Линейная диаграмма тока и напряжения ЭПС в режиме тяги: E1, U1 – кривая ЭДС и напряжения трансформатора ЭПС; i1t – кривая тока, i1(1) – кривая тока первой гармоники.

Потеря напряжения в режиме тяги
∆ Uтс = Iт RТС cos φТ + Iт Хтс sin φТ = Iат RТС + IрХТС.
Напряжение у источника
U1 = Uэпс + ∆ Uтс.
Режим рекуперации.

Рис. Линейная диаграмма тока и напряжения ЭПС в режиме рекуперации: E1, U1 – кривая ЭДС и напряжения трансформатора ЭПС; i1Р – кривая тока, i1(1) – кривая тока первой гармоники.

Рис. Векторная диаграмма тока и напряжения в режиме рекуперации: Iэ –полное значение тока; Iра, Iрр – активная и реактивная составляющие тока ЭПС; φр – угловой сдвиг между током и напряжением.

Гидравлическая система рекуперации

Автомобиль с гидравлической системой рекуперации энергии оборудован специальным мотором-помпой и двумя гидро аккумуляторами (низкого и высокого давления). Принцип работы:

При нажатии на педаль тормоза помпа подключается к трансмиссии автомобиля и перекачивает жидкость из гидро аккумулятора низкого давления в баллон, заполненный газообразным азотом (который является своего рода накопителем энергии). Газ при этом сжимается и давление в емкости повышается. Усилие, необходимое для работы помпы замедляет движение автомобиля и «помогает» его остановить.
До тех пор, пока водитель снова не нажмет на педаль газа, жидкость остается под давлением в аккумуляторе. После этого она поступает в мотор-помпу и передает (через трансмиссию) сохраненную энергию на колеса автомобиля.

Разработчики утверждают, что использование таких систем рекуперации позволяет «вернуть» в автомобиль до 80% энергии, обычно затрачиваемой «впустую» при торможении.

Однако значительные размеры и вес дополнительного оборудования, которое необходимо установить на автомобиль для реализации такой системы рекуперативного торможения, ограничивают ее применение.

Поэтому в настоящее время ее используют только на большегрузных транспортных средствах и общественном городском транспорте, работающим в режиме частых остановок и возобновления движения.

Использование на городском общественном транспорте

На современном городском электротранспорте системы управления обеспечивающие рекуперацию используются почти всегда.

У трамвайных вагонов моделей УКВЗ 71-619А и далее, вагонов ПТМЗ 71-134А и далее, вагонов Уралтрансмаш 71-405 и далее, а также МТТА и МТТА-2 имеется возможность рекуперативного торможения. Оно используется как основное. После замедления вагонов до скорости 1-2 км/ч электродинамический (реостатный) тормоз становится неэффективным и подключается стояночный.

Источник: https://AutoManya.ru/vozhdenie/rekuperativnoe-tormozhenie.html

Система рекуперативного торможения — DRIVE2

В современных гибридных автомобилях используется система рекуперативного торможения. В основу системы положен электрический способ рекуперации кинетической энергии.

Движение автомобиля сопровождается кинетической энергией. При торможении с использованием традиционной тормозной системы избыток кинетической энергии преобразуется в тепловую энергию трения тормозных колодок и тормозного диска и, соответственно, расходуется вхолостую.

В системе рекуперативного торможения для замедления используется электродвигатель, включенный в трансмиссию автомобиля. При торможении электродвигатель начинает работать в генераторном режиме, на валу двигателя создается тормозной момент и вырабатывается электрическая энергия, которая сохраняется в аккумуляторной батарее.

Запасенная электрическая энергия используется в дальнейшем для движения автомобиля.

Применение системы рекуперативного торможения обеспечивает максимальную отдачу от каждого заряда аккумуляторной батареи и высокую топливную экономичность. Рекуперативное торможение наиболее эффективно на передней оси автомобиля, т.к.

до 70% кинетической энергии при торможении приходится именно на переднюю ось.Эффективность системы рекуперативного торможения значительно снижается на низких скоростях движения автомобиля. Поэтому для доведения автомобиля до полной остановки используются традиционные фрикционные тормоза.

Совместная работа двух систем находится под управлением электроники.

Отдельный электронный блок управления реализует следующие функции:— контроль скорости вращения колес;— поддержание тормозного момента электродвигателя, необходимого для замедления автомобиля;— перераспределение тормозного усилия на фрикционную тормозную систему;
— поддержание крутящего момента, необходимого для зарядки аккумуляторной батареи.

В данной тормозной системе механическая связь между педалью тормоза и тормозными колодками отсутствует. Решение о торможении принимает электроника на основании анализа действий водителя и характера движения автомобиля.

В работе электронная система рекуперативного торможения взаимодействует с антиблокировочной системой тормозов, системой распределения тормозных усилий, системой курсовой устойчивости, усилителем экстренного торможения.

Система рекуперации кинетической энергииПомимо электрического способа рекуперации кинетической энергии существуют и другие способы: механический, гидравлический, пневматический.

Самый распространенный из них является механический способ и построенные на его основе система рекуперации кинетической энергии (Kinetic Energy Recovery Systems, KERS).

В данной системе кинетическая энергия движущегося автомобиля возвращается при торможении и сохраняется для дальнейшего использования с помощью маховика. В отличие от рекуперативного торможения система KERS не создает тормозной момент.

Маховик включен в трансмиссию автомобиля, вращается в вакуумной камере и при торможении разгоняется до 60000 об/мин. Конструкция обеспечивает сохранение энергии до 600 кДж и передачу мощности до 60 кВт (80 л.с.).

Запасенная энергия используется для кратковременного скоростного рывка в движении или при трогании с места.Система KERS применяется в автоспорте на автомобилях Formula 1 с 2009 года. На автомобилях массового использования применение данной системы только планируется.

Ближе всех к серийному применению системы рекуперации кинетической энергии находятся разработки компании Volvo.

Cистему KERS предлагается использовать при движении автомобиля в городском цикле. При торможении двигатель автомобиля выключается, маховик раскручивается и запасает энергию. При трогании с места используется энергия маховика, автомобиль трогается, а двигатель запускается уже в движении.

По заявлениям Volvo применение системы рекуперации кинетической энергии обеспечивает снижение расхода топлива на 20% и сокращение вредных выбросов.

Источник: https://www.drive2.ru/b/1435051/

Рекуперация: и дать, и взять

16 февраля 2011 годаЕще до появления легковых гибридов рекуперативное торможение широко применяли в многотонной колесной и рельсовой технике, работающей на электрической тяге. Например, троллейбусы, трамваи, электропоезда передают вырабатываемое при торможении в контактную сеть электричество, которое потом можно повторно использовать.Еще до появления легковых гибридов рекуперативное торможение широко применяли в многотонной колесной и рельсовой технике, работающей на электрической тяге. Например, троллейбусы, трамваи, электропоезда передают вырабатываемое при торможении в контактную сеть электричество, которое потом можно повторно использовать.

Термин «рекуперация» произошел от латинского recuperatio (обратное получение) и означает возвращение некоего количества вещества или энергии для последующего использования в том же технологическом процессе.

Например, существует рекуперация тепла в системах вентиляции, когда удаляемый из помещения воздух подогревает поток, нагнетаемый внутрь.

Или рекуперация драгоценных камней или металлов, которые извлекают из отработавших ресурс инструментов, восстанавливают и вновь пускают в производство.

В транспортных же машинах, в том числе в автомобилях, часто встречается рекуперация электрической энергии.

Как оно работает

Самый простой пример конструкции, позволяющей возвращать энергию, — умный генератор.

При интенсивном разгоне он отключается, чтобы разгрузить двигатель, — следовательно, уменьшается расход топлива и количество вредных выбросов. Потребители электричества в это время вытягивают энергию из аккумулятора.

Водитель убирает ногу с педали газа — генератор вновь подключается и пополняет заряд батареи, а автомобиль экономит до 3% горючего.

Направление потоков энергии при рекуперации. При разгоне электричество поступает из батареи в электродвигатель, где преобразуется в механическую энергию для вращения колес.Направление потоков энергии при рекуперации. При разгоне электричество поступает из батареи в электродвигатель, где преобразуется в механическую энергию для вращения колес.

Еще больше пользы приносит рекуперация в гибридных и электрических моделях. Тут электромотор выполняет две функции — движущей силы и генератора. Разгоняя автомобиль, он потребляет электричество, а при замедлении преобразует механическую энергию в электрическую. Стоит отпустить педаль акселератора, как электроны начинают двигаться в обратную сторону — и батарея заряжается.

При торможении колеса раскручивают электромотор, тот переходит в режим генератора и отдает электроэнергию обратно в батарею.При торможении колеса раскручивают электромотор, тот переходит в режим генератора и отдает электроэнергию обратно в батарею.

У таких машин тормозная система, как и силовая установка, — гибридная. Бессменная гидравлика, приводящая в действие колесные механизмы, работает обычно при интенсивном замедлении, а при плавном (до 0,2–0,3g) используется так называемое рекуперативное торможение.

Электродвигатель переходит в режим генератора, обмотки статора отдают ток в аккумуляторную батарею, что создает тормозной момент, заставляющий автомобиль останавливаться. Чем сильнее водитель давит на тормоз, тем выше противодействующий момент — и тем интенсивнее автомобиль замедляется, а электромотор заряжает батареи.

Таким образом, рекуперация позволяет не только экономить топливо (примерно 5–10%), но и в полтора-два раза реже менять тормозные колодки.

Повышенная энергоотдача в батарею происходит и в случае, если селектор режимов движения переведен в положение B (Brake). При этом автомобиль лучше тормозит двигателем, поэтому на горной дороге быстрее пополнится запас электричества в аккумуляторах, а тормозные диски и колодки не перегреются.

Использование

Принцип рекуперации пытаются использовать в автомобилях Формулы 1: редкий случай, когда технологию опробовали на серийных машинах, а потом предложили королеве автоспорта.

Правда, конструкции так называемого KERS (Kinetic Energy Recovery System — система возврата кинетической энергии) здесь более изощренные. Большинство команд используют электрическую рекуперацию.

У «Вильямса» в коробку встроен сверхкомпактный маховик, который раскручивается при торможении, накапливая механическую энергию, чтобы потом отдать ее обратно на колеса:

Обкатав KERS на формулах, Ferrari примерила систему рекуперации на дорожный автомобиль.

На базе купе 599 GTB Fiorano появился первый в истории Ferrari гибрид 599 GTB HY-KERS. Шестилитровому бензиновому двигателю на разгоне помогает 74-киловаттный электромотор, вырабатывающий энергию при торможении и позволяющий проехать на электротяге до 5 км.

Рекуперация: и дать, и взятьРекуперация: и дать, и взятьРекуперация: и дать, и взятьРекуперация: и дать, и взятьОшибка в тексте? Выделите её мышкой! И нажмите: Ctrl + Enter

Источник: https://www.zr.ru/content/articles/289783-rekuperacija_i_dat_i_vzat/

Как работает рекуперативное торможение для электрического велосипеда?

Электровелосипеды Stealth созданы не только для того, чтобы быть быстрыми, но и для долговечных.

Каждый компонент электрического велосипеда Stealth, от высокомоментных ступичных двигателей до сверхмощных монококовых рам CroMoly, рассчитан на долгий срок службы и исключительную долговечность. Неотъемлемой частью этого долговечности является система рекуперативного торможения. В стандартной комплектации Stealth B-52, F-37 H-52 торможение с рекуперацией восстанавливает кинетическую энергию, созданную во время торможения, и возвращает ее в аккумулятор.

Это один из элементов того, что делает Stealth самым прочным электровелосипедом в мире, и преимущества для пилотов впечатляют.

Как работает рекуперативное торможение электрического велосипеда

Традиционные тормозные системы используют гидравлическое давление для зажима спеченных тормозных колодок на роторах стальных дисков для замедления вращения колес. Трение, создаваемое в этом процессе, превращает кинетическую энергию (хранящуюся во вращающихся колесах) в тепло (низшую форму энергии), которая, говоря простым языком, тратится впустую и вызывает преждевременный износ роторов дисков и тормозных колодок.Хотя у пилотов есть возможность перейти на более мощную гидравлическую тормозную систему Magura MT7, при использовании в сочетании с рекуперативным торможением она может обеспечить более плавный и эффективный метод снижения скорости практически в любой ситуации.

Регенеративное торможение в электровелосипедах эффективно при увеличении запаса хода.

Вместо того, чтобы преобразовывать кинетическую энергию в тепло, рекуперативное торможение использует кинетическую энергию и преобразует ее в электрическую энергию перед подачей обратно в основную тяговую батарею.Наши инженеры наблюдали, как в идеальных условиях Stealth B-52 восстанавливается до 10 процентов от одной зарядки, что означает больше времени в седле и меньше времени на нажатие педали.

Поскольку тормозная система с рекуперацией может работать независимо от гидравлической системы (с помощью большого пальца левой руки), пилоты могут использовать рекуперацию при движении накатом под уклон или в большинстве обычных ситуаций торможения. Это сокращает использование гидравлической системы и, в свою очередь, снижает износ, вызванный трением. В экстренных ситуациях, когда требуется резкое торможение и точная модуляция, мы рекомендуем использовать либо гидравлическую систему, либо их комбинацию одновременно, чтобы резко тормозить и безопасно полностью останавливаться.

Как и любой другой аспект линейки Stealth, когда объединены независимые функции, синергия и интуиция объединяются, чтобы обеспечить скорость, контроль и безопасность в каждой поездке.

Но каково регенеративное торможение Stealth?

Одним из фундаментальных отличий рекуперативного торможения Stealth от традиционных тормозных систем является ощущение, которое испытывает гонщик при нажатии этой маленькой красной кнопки рекуперации. Те, кто видел, как истребитель приземляется на авианосец, видели, как быстро тормозная система замедляется, когда самолет приземляется.Тот самый момент, когда пилот-невидимка нажимает кнопку регенерации, очень похож на тот момент, когда трос цепляется и туго натягивается, толкая пилота вперед, прежде чем он остановится.

Велосипеды Stealth созданы для суровых гонок. Рама из авиационного материала CroMoly и вилка подвески DNM USD-8 в сочетании с износостойкой тормозной системой мирового класса гарантируют долговечность ваших компонентов.

Благодаря рекуперативному торможению вы значительно снижаете износ гидравлических дисковых тормозов.

Износ — это физическое явление, от которого Вселенная никогда не ускользнет. Благодаря революционному торможению с рекуперацией энергии Stealth и первоклассным компонентам вы, по крайней мере, можете рассчитывать на то, что проведете меньше времени в мастерской и больше времени в седле. Свяжитесь с нами для тестовой поездки сегодня и испытайте на себе регенерацию торможения.

Рекуперативное торможение в электровелосипедах

Электровелосипеды считаются альтернативным транспортом для быстрых путешествий, однако всегда есть опасения, что у них будет короткий запас хода.Чтобы решить эту проблему, доступны подробные исследования технологии рекуперации энергии торможения или рекуперативного торможения.

Но что такое рекуперативное торможение? Чтобы объяснить это простыми словами, можно сказать, что это процесс, в котором энергия двигателя используется для зарядки аккумулятора во время торможения. Регенеративное торможение является обычным явлением для электромобилей, но редко встречается на электровелосипедах.

В электровелосипедах система рекуперативного торможения содержит развитую систему управления на базе микроконтроллера.Регенерация означает, что электродвигатель используется для замедления всадника при остановке и выработки некоторой энергии. Затем энергия возвращается в аккумуляторную батарею, что в конечном итоге увеличивает эффективность водителя и дальность полета.

Регенеративное торможение значительно снижает износ тормозов и предотвращает нагрев тормозов, особенно при движении по склону. Кроме того, рекуперативное торможение никогда не скрипит и работает плавно. Электровелосипеды с безредукторным мотор-редуктором также имеют рекуперативное торможение.

Кроме того, рекуперативное торможение в электрических велосипедах не вызывает затруднений при езде. Водитель заметит небольшое ускорение двигателя с прямым приводом по сравнению с велосипедом с мотор-редуктором. Проще говоря, рекуперативное торможение действует как мощная динамо-машина при нажатии на рычаги.

Рекуперативное торможение — это усовершенствованная дополнительная тормозная система. До рекуперативного торможения было трение между тормозными колодками и тормозными дисками. Таким образом, кинетическая энергия автомобиля преобразуется в тепло, которое тратится впустую и рассеивается в воздухе.Тем не менее, рекуперативное торможение использует эту потерянную энергию, заряжая аккумулятор электронного велосипеда.

Рекуперативная система выполняет двойные функции. Он действует как двигатель в одном направлении, а как генератор в противоположном направлении. Как двигатель, он преобразует кинетическую энергию в механическую, приводя в движение колеса. Однако при торможении система действует как генератор, работающий в обратном направлении.

Регенеративное торможение улавливает кинетическую энергию гонщика, как только он нажимает на тормоз.Затем энергия возвращается в аккумулятор, чтобы использовать ее вместо того, чтобы тратить ее на остановку. Почти вся энергия батареи уходит на борьбу с сопротивлением воздуха.

Так как гонщик весит меньше автомобиля. Таким образом, можно уловить огромное количество энергии. Во время езды на велосипеде почти 90% усилий и энергии всадника прилагается к воздуху. Воздух сопротивляется, когда гонщики движутся вперед. Таким образом, велосипедист может проехать только 10%. Поскольку гонщик улавливает всю кинетическую энергию при торможении.

Регенеративные тормоза на электровелосипедах создают дополнительное сопротивление, даже если тормоз не используется. Поскольку в электронном велосипеде с системой рекуперации двигатель всегда задействован, он всегда вращается даже при движении накатом. Положительное влияние на эффективность регенеративной системы значительно перевешивает небольшой отрицательный эффект, создаваемый дополнительным сопротивлением.

Когда аккумулятор электровелосипедов полностью заряжен, энергия не поступает в аккумулятор. Это явление помогает защитить аккумулятор. Это также гарантирует, что при рекуперативном торможении в батарею преобразуется больше энергии, чем она может выдержать.Также, если тормозные рычаги слишком тугие. Может быть вероятность, что механические тормоза начнут останавливать велосипед до того, как сработает рекуперативное торможение.

В любом случае, регенерация эффективна только до определенных скоростей. На более низких скоростях это не очень эффективно. Таким образом, он эффективно помогает только при обычном торможении. Функции торможения возлагаются не только на рекуперативное торможение. Кроме того, даже в идеальных условиях аккумулятор электровелосипеда будет полностью заряжен только на 10%.Это связано с тем, что периоды торможения короткие, и батареи любят заряжаться малым током в течение длительного времени.

Во-первых, рекуперативное торможение требует гораздо более сложной взаимосвязанной системы торможения, аккумулятора и привода, чем то, что вы обычно имеете с обычным электронным велосипедом. Конструкция сложна и значительно увеличивает стоимость производства электронного велосипеда. Стоимость всех функций электронного велосипеда будет ложиться на потребителя, пока сама компания не снизит качество других компонентов.Сама по себе цена часто сильно отталкивает большинство компаний, производящих электронные велосипеды.

Во-вторых, рекуперативное торможение — это гораздо более тяжелая тормозная система, чем типичная тормозная система электронного велосипеда. Дополнительный вес означает, что это повлияет на общую производительность, особенно на дальность полета. В то время как рекуперативное торможение обычно добавляет от 10% до 15% запаса хода обратно к аккумулятору во время езды. Добавленный вес также потеряет от 2% до 5% диапазона. В результате общее расширение ассортимента довольно невелико по сравнению с той ценой, которую вы должны за это заплатить.

В-третьих, рекуперативное торможение пагубно, когда батарея электронного велосипеда разряжена. Как дополнительный вес и сложная моторная система, система рекуперативного торможения влияет на то, насколько сильно гонщик должен крутить педали, чтобы ускориться с вашим электронным велосипедом. Большинство электровелосипедов обеспечивают нормальное вращение педалей с включенным или выключенным двигателем, но это не относится к системам рекуперативного торможения.

Наконец, эта тормозная система заставляет аккумулятор электровелосипедов разряжаться быстрее. Аккумуляторы электровелосипедов имеют определенное количество циклов зарядки.Это зависит от типа и производителя используемой батареи. Каждый раз, когда аккумулятор заряжается, он теряет часть своей общей емкости. Следовательно, батарею необходимо заменить через несколько лет. Регенеративное торможение вызывает ухудшение работы. Ухудшение, вызванное рекуперативным торможением, намного менее эффективно, чем повышение мощности, обеспечиваемое специальным зарядным устройством.

Кроме того, рекуперативное торможение выполняет особую работу. Он преобразует кинетическую энергию в электричество, но в процессе этого также будет выделять тепло.Из-за их близости батареи будут подвергаться большему нагреву, чем при использовании традиционной тормозной системы. Это также может привести к более быстрой разрядке аккумулятора.

Надеюсь, эта статья помогла вам лучше понять концепцию рекуперативного торможения. По любым дополнительным вопросам, не стесняйтесь обращаться к нам в комментариях ниже.

Понимание проблем с рекуперативным торможением электровелосипедов

С увеличением числа людей, ездящих на электронных велосипедах, водители теперь думают более независимо об управлении емкостью аккумулятора и запасом хода — и в определенный момент этот мысленный эксперимент превращается в регенерацию энергии и вопрос о том, заряжаются ли электрические велосипеды, когда вы крутите педали.

Рост популярности лучших электрических велосипедов, похоже, вызвал волну осознания новой энергии среди велосипедистов, и возникает множество вопросов, касающихся всего, что вам нужно знать об электрических велосипедах.

Например, если электронный велосипед может помочь вам подняться на крутом спуске, сможет ли он вернуть часть этой энергии при соответствующем спуске? И почему ваши дисковые тормоза не преобразуют тепло и энергию трения для поддержания емкости аккумулятора?

(Изображение предоставлено OEM)

Сохранение ощущения велосипеда

Понять, почему электронный велосипед нельзя перезарядить, крутя педали, просто: это ложная экономия.

Конструкция электровелосипедов включает ваши педали и превращает их в движение вперед, как у немоторизованного велосипеда, а двигатель добавляет уровень помощи в зависимости от ваших выходных данных и выбранных настроек помощи. Во-первых, было бы гораздо менее эффективно пытаться превратить энергию, вырабатываемую ногами, в энергию батареи, чтобы потом использовать ее для движения вперед.

А во-вторых, чтобы использовать выходную мощность для зарядки аккумулятора, необходимо отключить ее от движения велосипеда, что полностью изменит ощущение езды, так как выходная мощность будет отключена от движения вперед.

Немного сложнее понять проблему градиентной регенерации. Почему ваш электровелосипед не может эффективно использовать энергию, когда он катится под гору?

Электровелосипеды в основном имеют конфигурацию со средним приводом или с задней втулкой, в зависимости от расположения двигателя. С помощью мотор-редуктора вы теоретически можете использовать кинетическую энергию электронного велосипеда при перебеге. Когда все становится сложно, это управление включением и отключением регенеративной системы.

(Изображение предоставлено OEM)

Двигатели со средним приводом не являются динамо-машинами

Любой гонщик, который крутил педали электронного велосипеда, будет знаком с тем, как включается и отключается электрическая система помощи при необходимости.Он также полностью отключается на определенной скорости, в зависимости от страны, в которой вы едете, и местного законодательства, регулирующего использование электронного велосипеда.

Проектирование системы для повторного включения потребует сложной системы прямого привода со сложными блоками сцепления. Без возможности использовать традиционную систему со свободной ступицей двигатель с задней ступицей, способный собирать рекуперативную энергию, был бы очень дорогим.

Настоящая система с прямым приводом похожа на фикс, и на них может быть довольно сложно кататься по действительно крутым склонам.С двигателями со средним приводом это может быть еще более сложной задачей, поскольку колеса не приводятся в движение напрямую с помощью электрического усилителя, а цепь и трансмиссия являются промежуточными.

Рекуперативное торможение теоретически обещает зарядить вашу батарею, пока вы едете, но есть множество факторов, которые препятствуют этому.

Автомобили большего размера имеют лучший коэффициент рекуперативного торможения. При массе поезда или автомобиля у вас намного больше энергии, преобразующейся через тормозную систему.Общая масса велосипеда и гонщика слишком мала, чтобы генерировать достаточную кинетическую энергию при торможении.

Еще одна проблема — это аэродинамика, где значительное количество энергии используется для преодоления аэродинамического сопротивления. Это оставляет меньше доступной энергии для преобразования в рекуперативную тормозную систему.

(Изображение предоставлено OEM)

Слишком много потерь при передаче энергии

Ватты, необходимые для зарядки или пополнения аккумулятора электронного велосипеда, не являются незначительными. Зарядка электровелосипеда от установленной электросети относительно эффективна для покупателя.Точно так же есть значимые потери в эффективности и конверсии, если попытаться сделать то же самое в гораздо меньшем масштабе во время движения.

Устойчивые источники энергии, такие как солнечная, ветровая или гидроэнергетика, полностью преобразуют в электрическую энергию вашего электронного велосипеда в тот момент, когда вы его подключаете. Роторы вращающихся тормозов зажимаются, чтобы преобразовать кинетическую энергию в тепло, а затем пытаются направить ее Аккумуляторная батарея в вашем аккумуляторном блоке — это ложная экономия.

Грузовые электровелосипеды с тяжелым грузом? Теоретически нагруженный грузовой велосипед может обеспечить большую массу качения для увеличения трения и преобразования тепла, но он все равно не окупит вложений в технологии.И есть дополнительное потребление энергии для подъема в гору.

Поскольку большинство конструкторов рам предпочитают для своих электровелосипедов конфигурацию двигателя со средним приводом, масштабов для разработки надлежащего прорывного механизма рекуперативного торможения недостаточно. С потенциалом подзарядки в однозначных процентах оно того не стоит.

Сделайте вашу поездку моторизованной с помощью комплекта для переоборудования электронного велосипеда

Рекуперативные тормоза на электровелосипедах

Рекуперативное торможение очень распространено на электромобилях и редко на электровелосипедах.Регенерация означает, что электродвигатель используется для замедления вашей работы при остановке и выработки электроэнергии, которая возвращается в аккумуляторную батарею, что увеличивает вашу эффективность и дальность действия. Вот как Prius может почти так же расходовать топливо на остановках и ехать по городу, как и на шоссе. Очевидно, что тормозная система с рекуперацией, предлагаемая на электровелосипедах, намного менее сложна, чем на электромобилях. Регенерация Ebike обычно включается или выключается, имеет умеренную тормозную способность и используется в дополнение к ручным тормозам.Обычно на электровелосипеде регенерация происходит, когда вы мягко нажимаете на ручку тормоза и чувствуете, как тормозной тормоз срабатывает… сильнее сжимайте ручку тормоза, и включается обычный тормоз. Переменная регенерация для электровелосипеда, где у вас есть переменное количество регенерации в зависимости от того, насколько сильно вы нажимаете на ручку тормоза, не существует на момент написания этой статьи.

Повышение эффективности вашей системы регенерации будет в значительной степени зависеть от того, насколько холмистая ваша среда катания, и от стиля, в котором вы катаетесь. В основном: как часто вы останавливаетесь и насколько сильно вы останавливаетесь? Регенерация может добавить от 5 до 20% эффективности, но средний гонщик на средней местности получит примерно на 10% больше расстояния за один заряд батареи.

Регенеративные тормоза на электровелосипеде создают дополнительное сопротивление, даже если тормоз не используется. Это связано с тем, что двигатель всегда включен в ebike с системой рекуперации, поэтому двигатель всегда вращается, даже при движении накатом. Это сопротивление настолько маленькое, что незаметно при езде. Однако это немного снижает эффективность мотоцикла. Однако положительное влияние на эффективность системы регенерации значительно перевешивает небольшой отрицательный эффект, создаваемый этим сопротивлением.

Регенеративное торможение может значительно снизить износ тормозов, а также предохранить тормоза от перегрева на протяженных спусках.Также regen никогда не скрипит и имеет приятное ощущение плавности. Приятно и раскрепощает заряжать аккумулятор во время езды, а не создавать трение и нагрев с помощью традиционных тормозов.

Самый простой двигатель, который можно настроить для добавления регенерации, — это безредукторный мотор-редуктор. Ступичные мотор-редукторы имеют обгонную муфту и поэтому не могут быть регенерированы. Средние диски могли иметь регенерацию, но это сложнее реализовать.

Ни один из безредукторных велосипедов Pedego не получил регенерации… какой позор

На безредукторном мотор-редукторе очень легко.Удивительно, что такие производители, как Pedego, которые продают свои самые продаваемые велосипеды со ступичными двигателями с прямым приводом, не реализовали регенерацию. Можно подумать, что это дорого и сложно, но это не так. Эти компании буквально обошлись бы этим компаниям менее чем в 10 долларов, просто перейдя на более дорогой контроллер.

Это простая схема внутри контроллера ebike. Поскольку у контроллера серийного велосипеда уже есть проводка, идущая к ebrake (все серийные электрические велосипеды должны иметь отключенный ebrake), дополнительных внешних проводов не требуется.

Поскольку большинство современных мотоциклов выбирают малые мотор-редукторы, регенерация серийных велосипедов была редкостью. Большим исключением из этого правила являются любые серийные электровелосипеды с двигателем Bionx (Ohm, Smart, Grace, Trek и т. Д.)

Хотя для любого электрического велосипеда с безредукторным мотором-ступицей очень легко использовать рекуперацию торможения, лишь несколько компаний внедрили это. Однако в большинстве высококлассных мотоциклов со ступичными двигателями с прямым приводом это реализовано, например:

Stromer St1 имеет тормоза с рекуперацией и гидравлические тормоза Magura… sweetness

Умный велосипед с мотором Bionx имеет регенерацию

Специальная турбина с регенерацией

Бомбардировщик-невидимка имеет регенерацию

Электровелосипеды Grace имеют Regen

Ом велосипеды имеют Regen

Что делать, если я хочу построить свой собственный электрический велосипед с Regen?

Это просто.Просто убедитесь, что вы покупаете мотор-редуктор с прямым приводом, такой как мотор-редуктор Crystallyte или 9c, и убедитесь, что купленный вами контроллер имеет возможность регенерации. Самый простой способ построить байк с регенерацией — это приобрести комплект Bionx (читайте обзор), который поставляется с регенерацией.

Variable regen — отличное место для электрического велосипеда, и он пока недоступен. Регенерация Ebike обычно включается или выключается.

Единственным исключением из этого правила является комплект Bionx, с помощью которого вы можете контролировать количество переменной регенерации на приборной панели при спуске с холма.На фотографии выше вы можете увидеть четыре полосы помощи педали, и если вы нажмете кнопку «минус» на приборной панели, вы можете получить 4 уровня регенерации. Довольно мило. Bionx, кажется, в одном шаге от добавления этого к тормозному рычагу, где вы можете получить разные уровни регенерации в зависимости от того, насколько сильно вы нажимаете на тормоз. Престижность Bionx за лучшую систему регенерации, доступную для электрических велосипедов.

Вот видео о том, как работает переменная регенерация Bionx:

Джастин Лемир Элмор, один из ведущих инженеров электровелосипедов в мире, провел отличные технические испытания рекуперативного торможения.Вы можете прочитать его выводы относительно регенерации в этой ветке на бесконечной сфере.

Regen Brake Design для мотоциклов от Honda

Ниже приводится выдержка из сообщения Cycle World Бена Первиса о патентной заявке Honda на систему рекуперативного торможения для гибридных и / или полностью электрических мотоциклов, основанных на двухколесных машинах. полноприводные мотоциклы. Статья содержит множество изображений и иллюстраций из заявки на патент.

TOKYO. Одной из ключевых технологий, используемых практически в каждом электрическом и гибридном автомобиле на рынке, является рекуперативное торможение — или реверсирование потока мощности для подзарядки аккумуляторов при замедлении — как способ увеличения запаса хода. Но ту же идею еще предстоит реализовать в полной мере на мотоциклах по одной простой причине: мы почти все тормозим передним колесом и направляем привод исключительно на заднее.

Связанное сообщение:
У нового патента на мотоцикл Honda есть барабанные тормоза

В автомобилях тормозное усилие распределяется более равномерно, и многие выключают мощность через передние колеса, что значительно упрощает работу по регенерации электричества. на велосипедах.Однако награда за регенерацию потенциально значительна. Каждый раз, когда вы нажимаете на тормоз, движение вперед, для создания которого вы сжигали топливо (или использовали электричество), преобразуется в тепло и рассеивается в воздухе. Если вы сможете восстановить эту энергию и повторно использовать ее позже, это будет гораздо более эффективный способ работы.

Вес мотоцикла значительно переносится на переднюю часть при торможении, и в большинстве случаев задние тормоза практически не используются. Но это перенос веса также означает, что использование заднего колеса для рекуперативного торможения при движении не всегда является самым эффективным.Компания Honda размышляла именно над этой проблемой и предложила решение, которое предполагает создание гибридного или полностью электрического велосипеда с приводом на два колеса.

Очевидное решение здесь — и то, с которым уже экспериментировали различные велосипедные фирмы, — это добавить небольшой электродвигатель / генератор в ступицу переднего колеса. Но с таким огромным количеством торможений, выполняемых передним колесом, маловероятно, что такая конструкция могла бы эффективно восстановить максимально возможную энергию. В решении Honda не используется электрическое соединение с передним колесом, а вместо этого используется гидравлика.

Станет ли патент когда-нибудь жизнеспособной производственной машиной? Ваше предположение на данный момент такое же хорошее, как и наше, но, учитывая потенциальное увеличение дальности и эффективности, которое предлагает эффективное рекуперативное торможение, перед компанией болтается значительная морковь, которая может решить эту загадку, особенно когда все больше мотоциклов переходят на электрические. мощность.

Чтобы просмотреть всю публикацию и изображения, щелкните ЗДЕСЬ.

Регенеративное торможение электрического велосипеда

Ниже приведен хороший технический документ по рекуперативному торможению, который мы не писали, но знаем, что это правда.Эта технология — в основном маркетинговая шумиха. Рекуперативное торможение можно использовать только со ступичным двигателем с прямым приводом, который имеет магнитное сопротивление. Некоторое время назад мы сняли с производства 750-ваттный мотор-редуктор с прямым приводом, потому что наши высококачественные планетарные мотор-редукторы автоматически примерно на 15% эффективнее, имеют лучший крутящий момент, отсутствие магнитного сопротивления и столь же долговечны. Для получения максимально возможной технической информации, пожалуйста, прочтите следующее:

Полезно ли рекуперативное торможение на электрическом велосипеде?

Брент Болтон

Первый или второй вопрос, который каждый задает об электрическом велосипеде: «Есть ли у него рекуперативное торможение (подзарядка аккумулятора при торможении)?».Кажется, что идея глубоко проникла в общественное сознание и теперь ассоциируется со всеми электромобилями. На некоторых велосипедах оно действительно есть, но вопрос, который задается в этой статье, заключается в следующем: «Стоит ли затраченных усилий и средств на использование рекуперативного торможения на электрическом велосипеде?»

Многие скажут «конечно, я хочу все!». Но в реальном мире вы никогда не получите «всего». Например, на вашем велосипеде нет ракетного двигателя, хотя это технически возможно.Что вы «надеетесь» получить, так это список предметов, которые принесут вам больше всего за ваш доллар. В идеальном мире дизайнеры электронных велосипедов будут спускаться по этому гипотетическому списку в порядке «наибольшая отдача от вложенных средств», пока они не включат все функции, за которые вы можете позволить себе заплатить. Итак, насколько далеко в этом списке должно быть рекуперативное торможение?

Один из способов приблизиться к этому — произвольное решение о некотором увеличении диапазона, которое сделало бы рекуперативное торможение стоящим вложением. Итак, я сделаю это, сказав, что я не верю, что система рекуперативного торможения стоит своих транзисторов, если вы не получите от нее хотя бы 10% увеличения диапазона.10% — это довольно скромно, так что это не слишком высокий стандарт.

Итак, что нужно для увеличения дальности на 10%? Ну и на 10% больше заряда батареи. Другими словами, ваша система рекуперативного торможения должна иметь возможность восстанавливать 10% емкости вашей батареи за время, которое обычно требуется для полной разрядки батареи.

В качестве примера я буду использовать литий-ионную батарею на 16 ампер-часов, 37 вольт. Его общая полезная энергия составляет около 500 ватт-часов.Типичное потребление энергии одним из наших устройств EMD на велосипеде составляет около 15 Втч на милю. Таким образом, запас хода при 500 ватт-часах «в баке» составит 33 мили. Итак, что потребуется системе регенерации, чтобы восстановить 10% от этого, или 50 ватт-часов, тем самым увеличив наш диапазон на 3,3 мили?

Очевидным источником восстановления энергии может быть остановка у знаков остановки или светофора. Если мы предположим, что общий вес велосипеда и гонщика составляет 220 фунтов (100 кг), движущихся со скоростью около 16 миль в час (25 км / ч), это простая физическая задача 101 — рассчитать доступную для восстановления энергию, замедляя велосипед до нуля. миль / чЭто составляет около 2400 Джоулей. Джоуль — это крошечная единица. 3600 Джоулей составляют один ватт-час. Итак, 2400 Джоулей равняются 0,67 ватт-часа. Итак, сколько остановок потребуется от 16 миль в час, чтобы восстановить 50 ватт-часов при 0,67 ватт-часах за остановку? Ответ — 75.

Конечно, мы не можем восстановить 100% кинетической энергии, потому что все реальные системы менее чем на 100% эффективны. Разумный КПД был бы более 75%. Если учесть это, мы сможем восстановить только 67 раз 0,75 или 0,50 ватт-часов за одну остановку.Сейчас говорили 100 остановок, чтобы восстановить 10% энергии в батарее.

Если мы разделим 100 остановок на 33 мили, это будет в среднем 1742 фута между остановками для всех 33 миль. Типичный городской квартал составляет около 500 футов, что соответствует точке каждые 3 городских квартала. В густонаселенном городском районе такое может случиться. Обычно остановки располагаются дальше друг от друга. Кроме того, в таких условиях велосипедисты часто не останавливаются полностью на перекрестках, а скорее проезжают на небольшой скорости.Треть или более энергии, которая должна быть возвращена батарее, вместо этого сохраняется в виде количества движения. Это более эффективно, чем рекуперативное торможение, поскольку остаточный момент не вызывает механических и электрических потерь.

Есть еще один фактор, который мы не учли. Если у нас есть 1800 Джоулей (2400 Джоулей при эффективности 75%), которые можно восстановить, мы должны куда-то их положить. Вставляем их, разумеется, в батарею.

Батареи всегда рассчитаны на зарядку с определенной максимальной скоростью.Зарядите их сверх расчетной нормы, и срок их службы сократится. В случае литий-ионного аккумулятора емкостью 16 Ач мы рекомендуем заряжать не более 3 А, чтобы продлить срок службы. Три ампера при 37 вольт — 111 джоулей в секунду. Если у нас есть 1800 Джоулей, чтобы вставить батарею, для этого потребуется 1800, разделенные на 111, или 16,2 секунды. Остановка за 16 секунд со скоростью 16 миль в час — очень медленная остановка. Более типичная, но все же расслабленная остановка — 3 или 4 секунды. Если у нас есть четыре секунды при скорости заряда 111 Дж в секунду, мы можем поставить только 444 Дж или.12 Ватт-часов в батарею за одну остановку.

Принимая во внимание это новое число, нам потребуется 416 остановок, чтобы вернуть 50 ватт-часов. Это в среднем 418 футов между остановками на расстоянии более 33 миль. Более 1 остановки на квартал. Вы можете сделать это, если вы почтовый перевозчик.

При более разумных средних 2000 футов между остановками мы остановимся 87 раз за 33 мили и восстановим 10,5 ватт-часов энергии, или 2,1% от общей энергии батареи. Это соответствует 7 десятым мили добавленного диапазона.

Другая технология аккумуляторов, представленная на рынке, литий-фосфат железа, иногда сокращенно LiFePO4, обладает способностью быстро заряжаться. Аккумулятор LiFePO4 размером с велосипед может поглотить 1800 Джоулей за 3 или 4 секунды. Компромисс заключается в том, что вы теряете около 25% емкости по сравнению с таким же весом литий-ионных батарей. С LiFePO4 87 остановок восстановят 44 ватт-часа. Это все еще меньше 10%, хотя немного меньше 9% неплохо.

А как насчет холмов? Мы поднимаемся на холмы, сжигая много энергии, конечно, мы сможем восстановить часть ее по пути вниз?

Хорошо, давайте сделаем еще несколько расчетов.В этой части я буду полагаться на цифры из калькулятора мощности велосипеда Джона С. Ламанкузы из Университета штата Пенсильвания.

Я начну с предположения, что большинство гонщиков, когда они взойдут на вершину холма, просто будут катиться по другой стороне на максимальной скорости, если только холм не настолько крутой, что они развивают небезопасную скорость. Для целей данной статьи предположим, что 25 миль в час — это максимальная скорость, которую любой гонщик захочет спуститься с холма. Какой самый крутой холм, на котором гонщик может спуститься по инерции и не превышать 25 миль в час? Предполагая, что те же 220 фунтов.велосипед плюс вес велосипедиста, а также дорожные шины и вертикальное положение для сидения, BPC рассчитывает уклон 2,9%.

Таким образом, на любом крутом склоне рекуперативное торможение может восстановить полезную энергию. Но помните, что есть предел скорости зарядки аккумуляторов при сохранении длительного срока их службы. Из предыдущего обсуждения, наш литий-ионный аккумулятор 20 Ач ограничен 111 Джоулями в секунду.

После учета коэффициента эффективности 75% BPC вычисляет, что наклон, при котором скорость зарядки будет равна 111 Джоулей в секунду, а торможение с рекуперацией энергии едва удерживает байк на скорости 25 миль в час, составляет 4.1%. Что-нибудь круче, и вам придется использовать торможение трением и отбрасывать энергию.

Предположим, что на нашем маршруте уклон 4,1%. Сколько его нам нужно для восстановления 75 Вт-часов энергии? Что ж, мы заряжаем 111 Джоулей в секунду или 0,031 Вт-часа в секунду. За 1612 секунд мы восстановим 50 ватт-часов энергии. 1612 секунд — это 26 минут 53 секунды. На скорости 25 миль в час мы преодолеем 11,2 мили за это время. Наклон составляет 4,1%, поэтому мы должны были стартовать на 2400 футов выше того места, где мы закончили.

Другими словами, в нашей 33-мильной поездке должны быть спуски, которые в сумме составляют 2400 футов потери высоты, и все они должны быть уклонами около 4%. Если уклон меньше 4,1%, но круче 2,9%, BPC показывает, что чем мельче уклон, тем больше потеря высоты требуется для восстановления 10% энергии батареи.

При уклоне 3,3% вам потребуется 5725 футов потерь, а длина склона составит 33 мили. Для классов крутизны более 4,1% нам потребуются батареи LiFePO4 для рекуперации всей энергии.Предполагая, что уклон 6%, самый крутой из возможных для межштатных автомагистралей, мы могли бы извлечь 270 джоулей в секунду с LiFePO4. Это соответствует потере высоты почти 1500 футов на расстояние около 5 миль для восстановления 10% энергии батареи.

Там может быть несколько 11 миль, 4% оценок. На ум приходит I-70, выходящая из туннеля Эйзенхауэра через континентальный водораздел, спускающаяся в Денвер. Но это та потеря высоты, с которой вы просто не столкнетесь на 33 милях типичной городской езды.Кроме того, очень крутые уклоны от 6% и выше встречаются редко, потому что дорожные проектировщики стараются избегать крутых уклонов.

Как правило, у вас будет множество пологих склонов, по которым вы просто катаетесь по инерции на полной скорости, и несколько коротких крутых склонов. Допустим, у вас есть 4% -ный спад на милю на обычном 33-мильном маршруте. Это 4,3 ватт-часа или 0,9% восстановления потенциальной энергии. Добавьте это к нашим 2,1% от остановок, и мы получили в общей сложности 3% рекуперации энергии за счет рекуперативного торможения в этих условиях.Это примерно миля дополнительной дальности.

LiFePO4 мог бы быть намного лучше. Допустим, у нас также есть миля с уклоном в 6% на нашем гипотетическом маршруте. Мы могли бы получить 10,8 ватт-часов, используя регенерацию для замедления спуска. Добавьте к 44 Вт-часам от торможения и 4,3 Вт-часам от более низких классов, и мы получим почти 60 Вт-часов, или около 12%.

Итак, исходя из этого анализа, рекуперативное торможение с использованием аккумуляторов с быстрой зарядкой, таких как LiFePO4, может быть выигрышным предложением. Обратите внимание, однако, что мы предположили более 500 футов крутой потери высоты.Это не типично для большинства поездок. Мы также предполагали много довольно жестких остановок. Всадники, заинтересованные в экономии энергии, не часто останавливаются на этом. Берегитесь до перекрестков, медленно используя последнюю инерцию, чтобы преодолеть сопротивление ветра. Остановка в конце, если она есть, мягкая.

Но есть еще один фактор, который мы не учли. Приведенные выше расчеты предполагают отсутствие потерь энергии, связанных с добавлением рекуперативного торможения. Это верное предположение для чисто электрического транспортного средства, такого как электромобиль или скутер.Электродвигатели такого транспортного средства обычно либо двигаются, либо тормозят с очень небольшим накатом. Однако велосипед принципиально отличается. Он проводит много времени либо на инерции, либо на педалировании с выключенным двигателем. Наши типичные предположения об использовании энергии, приведенные выше, отражают соотношение включенного и выключенного двигателя примерно 1: 1. Другими словами, двигатель отключается в 50% случаев.

Рекуперативное торможение реализуется таким образом, чтобы двигатель был постоянно включен. Таким образом, даже когда вы просто крутите педали или двигаетесь по инерции, двигатель включен.Это означает, что существует тормозной момент, вызванный паразитными потерями в двигателе. Это сопротивление лишает всадника силы.

Можно справедливо предположить, что гонщик, вероятно, крутит педали столько, сколько хочет. Таким образом, любая дополнительная мощность, которую гонщик должен потратить, чтобы компенсировать паразитное сопротивление мотора, в конечном итоге будет выведен из батареи из-за дополнительного использования.

Типичный мотор-ступица с прямым приводом может иметь крутящий момент от 0,5 до 1 Н · м. При крейсерской скорости 15 миль в час это от 10 до 20 Вт мощности, чтобы преодолеть сопротивление двигателя.В течение 33-мильной поездки с выключенным двигателем в 50% случаев это от 11 до 22 ватт-часов теряется из-за паразитного торможения двигателя. Это нужно вычесть из любой выгоды от торможения с регенерацией. Используя наш лучший вариант 60 Вт-часов, мы получаем вместо этого от 38 до 49 Вт-часов или от 7,6% до 9,8%. Используя более консервативное число восстановленных литий-ионных ионов, равное 14,8 Вт-час, мы получаем от отрицательных 7,2 до положительных 3,8 Вт-часов.

Другими словами, при менее чем оптимальных условиях рекуперативное торможение на велосипеде может фактически стоить вам энергии!

Что ж, можно сказать, просто используйте сцепление на двигателе и включайте его только тогда, когда вы хотите притормозить.Да, это сработает, но интересно отметить, что этого никто не делал. И по очень хорошей причине: стоимость.

При постоянно включенной системе мотор-ступицы рекуперативное торможение может быть практически бесплатным. Таким образом, учитывая маркетинговые преимущества, которые получают все, кто рекламирует рекуперативное торможение, оно может стоить затраченных минимальных усилий. И действительно, единственные системы, которые имеют рекуперативное торможение, — это мотор-редукторы с прямым приводом.

При более высокой производительности мотор-редуктора с внутренним редуктором стоимость рекуперативного торможения не будет нулевой.Таким образом, возникает вопрос: «Если я собираюсь добавить х долларов к стоимости, где лучше всего их потратить?» Поскольку не существует разумного сценария, который позволял бы рекуперативному торможению хоть сколько-нибудь влиять на характеристики электрического велосипеда, и есть хороший шанс, что это действительно ухудшит характеристики, ответ очевиден: «не на регенерации».

Фактически, если вы посмотрите, куда на самом деле уходит энергия, приводящая в движение ваш электрический велосипед, ответ будет «потратьте деньги на обтекатели и другие аэродинамические приспособления».BPC показывает, что на скорости 25 миль в час более 80 процентов мощности идет только на преодоление сопротивления ветра. Вот где большая выгода. Но это другая статья.

IRJET-Запрошенная вами страница не найдена на нашем сайте

IRJET приглашает статьи из различных инженерных и технологических дисциплин, научных дисциплин для Тома 8, выпуск 7 (июль-2021)

Отправить сейчас

IRJET Vol-8, выпуск 7, Июль 2021 г. Публикация продолжается …

Обзор статей

Получено IRJET «Импакт-фактор научного журнала: 7.529 «на 2020 год.

Проверить здесь

IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы менеджмента качества.

IRJET приглашает участников различных инженерных и технологических и научных дисциплин для Тома 8, выпуска 7 ( Июль-2021)

Отправить сейчас

IRJET Vol-8 Выпуск 7, июль 2021 Публикация в процессе …

Обзор статей

Получено IRJET «Фактор влияния научного журнала: 7.529 «на 2020 год.

Проверить здесь

IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы менеджмента качества.

Отправить сейчас

IRJET Vol-8 Выпуск 7, июль 2021 Публикация в процессе …

Обзор статей

Получено IRJET «Фактор влияния научного журнала: 7.529 «на 2020 год.

Проверить здесь

IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы менеджмента качества.

Отправить сейчас

IRJET Vol-8 Выпуск 7, июль 2021 Публикация в процессе …

Обзор статей

Получено IRJET «Фактор влияния научного журнала: 7.529 «на 2020 год.

Проверить здесь

IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы менеджмента качества.

Отправить сейчас

IRJET Vol-8 Выпуск 7, июль 2021 Публикация в процессе …

Обзор статей

Получено IRJET «Фактор влияния научного журнала: 7.529 «на 2020 год.

Проверить здесь

IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы менеджмента качества.

Отправить сейчас

IRJET Vol-8 Выпуск 7, июль 2021 Публикация в процессе …

Обзор статей

Получено IRJET «Фактор влияния научного журнала: 7.529 «на 2020 год.

Проверить здесь

IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы менеджмента качества.

Отправить сейчас

IRJET Vol-8 Выпуск 7, июль 2021 Публикация в процессе .