Sådan fungerer regenerativ bremsning i elektriske køretøjer

Bremsning er et af de vigtige aspekter ved et køretøj. Det mekaniske bremsesystem, som vi bruger i vores køretøjer, har en stor ulempe ved at spilde køretøjets kinetiske energi som varme. Dette reducerer køretøjets samlede effektivitet ved at påvirke brændstoføkonomien. I bykørscyklussen har vi en tendens til at starte og stoppe køretøjet oftere sammenlignet med motorvejscyklus. Da vi ofte bremser i en bydrevscyklus, er energitabet mere. Ingeniører kom op med det regenerative bremsesystemfor at genvinde den kinetiske energi, der spredes som varme under bremsning, i den traditionelle bremsemetode. I overensstemmelse med fysikkens love kan vi ikke genvinde al den kinetiske energi, der går tabt, men alligevel kan en betydelig mængde kinetisk energi konverteres og lagres i batteri eller superkapacitor. Den genvundne energi hjælper med at forbedre brændstoføkonomien i konventionelle køretøjer og hjælper med at udvide rækkevidden i elektriske køretøjer. Det skal bemærkes, at processen med regenerativ bremsning har tab, mens den kinetiske energi genvindes. Inden du går videre kan du også tjekke anden interessant artikel om EV'er:

• En ingeniørs introduktion til elektriske køretøjer (EV'er)
• Motortyper, der anvendes i elektriske køretøjer

Den Begrebet regenerativ bremsning kan implementeres i konventionelle køretøjer anvender Fly hjul. Svinghjul er skiver med høj inerti, der roterer med meget høj hastighed. De fungerer som en mekanisk energilagringsenhed ved at optage (lagre) køretøjets kinetiske energi under bremsning. Den energi, der genvindes under bremseprocessen, kan bruges til at hjælpe køretøjet under opstart eller op ad bakke.

I elektriske køretøjer kan vi integrere den regenerative bremsning på en meget mere effektiv måde elektronisk. Dette reducerer behovet for tunge svinghjul, hvilket tilføjer ekstra vægt til køretøjets samlede vægt. Elektriske køretøjer har et iboende problem med rækkeviddeangst blandt brugerne. Selvom køretøjets gennemsnitlige hastighed i bydrevscyklussen er omkring 25-40 kmph, tømmer den hyppige acceleration og bremsning batteriet snart. Vi ved, at motorer kan fungere som en generator under visse forhold. Ved at bruge denne funktion kan man forhindre, at køretøjets kinetiske energi spildes. Når vi trækker bremsen i elektriske køretøjer, reducerer motorstyringen (baseret på bremsepedalens sensoroutput) ydelsen eller stopper motoren. Under denne operation er motorstyringen designet tilgendanne den kinetiske energi og opbevare den i batteriet eller kondensatorbankerne. Regenerativ bremsning hjælper med at udvide rækkevidden for det elektriske køretøj med 8-25%. Bortset fra at spare energi og forbedre rækkevidden, hjælper det også med effektiv kontrol af bremsning.

I det mekaniske bremsesystem udøves et omvendt drejningsmoment på hjulet, når vi trykker på bremsepedalen. På samme måde reduceres køretøjets hastighed i den regenerative bremsetilstand ved at starte et negativt moment (modsat bevægelse) i motoren ved hjælp af motorstyringen. Nogle gange bliver folk forvirrede, når de visualiserer konceptet, at motor fungerer som en generator, når den roterer i omvendt retning under regenerativ bremsetilstand. I denne artikel kan man forstå, hvordan man genvinder den kinetiske energi via regenerativ bremsemetode i elektriske køretøjer.

Hvordan en motor fungerer som generator

For det første vil vi fokusere på at forstå, hvordan en motor kan fungere som en generator. Vi har alle brugt Permanent Magnet DC-motoren i robottekniske applikationer som line follower. Når hjulet på robotten, der er tilsluttet til motoren, drejes frit (eksternt med hånden), bliver motorchaufførens IC undertiden beskadiget. Dette sker, fordi motoren fungerer som en generator, og den genererede EMF-ryg (omvendt spænding af større størrelsesorden) påføres over driverens IC, hvilket beskadiger den. Når vi roterer ankeret i disse motorer, skærer det strømmen fra de permanente magneter. Som et resultat af dette induceres EMF til at modsætte sig ændringen i flux. Derfor kan vi måle en spænding ved motorens terminaler. Det er fordi den bageste EMF er en funktion af rotorhastighed (o / min). Når omdrejningstallet er mere, og hvis den genererede ryg-emf er mere end forsyningsspændingen, fungerer motoren som en generator. Lad os nu sehvordan dette princip fungerer i elektriske køretøjer for at undgå energitab på grund af bremsning.

Når motoren accelererer køretøjet, stiger den kinetiske energi, der er knyttet til det, som et kvadrat af hastigheden. Under friløb kommer køretøjet til hvile, når den kinetiske energi bliver nul. Når vi bremser i et elektrisk køretøj, fungerer motorstyringen på en sådan måde at bringe motoren i ro eller reducere dens hastighed. Dette indebærer at vende retningen af ​​motorens drejningsmoment til drejningsretningen. Under denne proces genererer rotoren på motoren, der er forbundet med drivakslen, en EMF i motoren (analogt med en primær motor / turbine, der driver generatorens rotor). Når den genererede EMF er mere end kondensatorbankens spænding, strømmer strømmen fra motoren til banken. Den genvundne energi lagres således i batteriet eller kondensatorbanken.

Sådan fungerer regenerativ bremsning i elbiler

Lad os overveje, at en bil har en trefaset AC-induktionsmotor som motor for dens fremdrift. Fra motoregenskaberne ved vi, at når en trefaset induktionsmotor løber over sin synkrone hastighed, bliver slip negativ og motoren fungerer som en generator (generator). Under praktiske omstændigheder er hastigheden på en induktionsmotor altid mindre end den synkrone hastighed. Den synkrone hastigheder hastigheden på det roterende magnetfelt på statoren, der produceres på grund af interaktionen mellem trefasetilførsel. På tidspunktet for start af motoren er den EMF, der er induceret i rotoren, maksimal. Når motoren begynder at rotere, falder den inducerede EMF som en funktion af glidning. Når rotorhastigheden når den synkrone hastighed, er den inducerede EMF nul. På dette tidspunkt, hvis vi forsøger at rotere rotoren over denne hastighed, vil EMF blive induceret. I dette tilfælde leverer motoren aktiv strøm tilbage til lysnettet eller strømforsyningen. Vi bremser for at reducere køretøjets hastighed. I dette tilfælde kan vi ikke forvente, at rotorhastigheden overstiger den synkrone hastighed. Det er her motorstyringens rolle kommer ind i billedet. Af forståelsesformål kan vi visualisere som eksemplet nedenfor.

Lad os antage, at motoren roterer ved 5900 o / min, og forsyningsfrekvensen er 200 Hz, når vi trækker bremse, vi er nødt til at reducere o / min eller bringe det ned til nul. Regulatoren fungerer i henhold til input fra bremsepedalsensoren og udfører denne operation. Under denne proces indstiller controlleren forsyningsfrekvensen mindre end 200 Hz som 80 Hz. Derfor bliver motorens synkrone hastighed 2400 omdr./min. Fra motorstyringsperspektivet er motorens hastighed mere end dens synkrone hastighed. Da vi reducerer hastigheden under bremsning, fungerer motoren nu som en generator, indtil omdrejningstallet falder til 2400. I denne periode kan vi hente strøm fra motoren og gemme den i batteri- eller kondensatorbanken.Det skal bemærkes, at batteriet fortsætter med at levere strøm til de trefasede induktionsmotorer under den regenerative bremseproces. Det skyldes, at induktionsmotorer ikke har en magnetisk fluxkilde, når forsyningen er FRA. Derfor trækker motoren, når den fungerer som en generator, reaktiv effekt fra forsyningen for at etablere fluxforbindelsen og leverer aktiv effekt tilbage til den. For forskellige motorer er princippet om at genvinde den kinetiske energi under regenerativ bremsning anderledes. Permanente magnetmotorer kan fungere som en generator uden strømforsyning, fordi den har magneter i rotoren til at producere magnetisk flux. Tilsvarende har få motorer restmagnetisme i sig, hvilket eliminerer den eksterne excitation, der kræves for at skabe magnetisk flux.Det skyldes, at induktionsmotorer ikke har en magnetisk fluxkilde, når forsyningen er FRA. Derfor trækker motoren, når den fungerer som en generator, reaktiv effekt fra forsyningen for at etablere fluxforbindelsen og leverer aktiv effekt tilbage til den. For forskellige motorer er princippet om at genvinde den kinetiske energi under regenerativ bremsning anderledes. Permanente magnetmotorer kan fungere som en generator uden strømforsyning, fordi den har magneter i rotoren til at producere magnetisk flux. Tilsvarende har få motorer restmagnetisme i sig, hvilket eliminerer den eksterne excitation, der kræves for at skabe magnetisk flux.Det skyldes, at induktionsmotorer ikke har en magnetisk fluxkilde, når forsyningen er FRA. Derfor trækker motoren, når den fungerer som en generator, reaktiv effekt fra forsyningen for at etablere fluxforbindelsen og leverer aktiv effekt tilbage til den. For forskellige motorer er princippet om at genvinde den kinetiske energi under regenerativ bremsning anderledes. Permanente magnetmotorer kan fungere som en generator uden strømforsyning, fordi den har magneter i rotoren til at producere magnetisk flux. Tilsvarende har få motorer restmagnetisme i sig, hvilket eliminerer den eksterne excitation, der kræves for at skabe magnetisk flux.princippet om at genvinde den kinetiske energi under regenerativ bremsning er anderledes. Permanente magnetmotorer kan fungere som en generator uden strømforsyning, fordi den har magneter i rotoren til at producere magnetisk flux. Tilsvarende har få motorer restmagnetisme i sig, hvilket eliminerer den eksterne excitation, der kræves for at skabe magnetisk flux.princippet om at genvinde den kinetiske energi under regenerativ bremsning er anderledes. Permanente magnetmotorer kan fungere som en generator uden strømforsyning, fordi den har magneter i rotoren til at producere magnetisk flux. Tilsvarende har få motorer restmagnetisme i sig, hvilket eliminerer den eksterne excitation, der kræves for at skabe magnetisk flux.

I de fleste af de elektriske køretøjer er den elektriske motor kun forbundet med den enkelte drivaksel (for det meste til baghjulstrækakslen). I dette tilfælde er vi nødt til at anvende et mekanisk bremsesystem (hydraulisk bremsning) til forhjulene. Dette betyder, at controlleren skal opretholde koordinationen mellem både det mekaniske og det elektroniske bremsesystem, mens bremserne aktiveres.

Er regenerativ bremsning værd at implementeres i alle elektriske køretøjer?

Der er ingen tvivl om, at potentialet for genvinding af energi er i begrebet regenerativ bremsemetode, men det har også nogle begrænsninger. Som påpeget tidligere er hastigheden, hvormed batterierne kan oplade, langsom sammenlignet med den hastighed, hvormed de kan aflades. Dette begrænser mængden af ​​genvundet energi, som batterierne kan lagre under pludselig opbremsning (hurtig deceleration). Det anbefales ikke at bruge regenerativ bremsning under fuldt opladede forhold. Det skyldes, at overopladning kan beskadige batterierne, men det elektroniske kredsløb forhindrer overopladning af det. I dette tilfælde kan kondensatorbanken gemme energien og hjælpe med at udvide området. Hvis den ikke er der, aktiveres de mekaniske bremser for at stoppe køretøjet.

Vi ved, at den kinetiske energi er givet med 0,5 * m * v ². Den mængde energi, vi kan hente, afhænger af køretøjets masse og også af den hastighed, hvormed den kører. Den samlede masse er mere i tunge køretøjer som elbiler, elektriske busser og lastbiler. I bydrevscyklussen ville disse tunge køretøjer få stort momentum efter acceleration på trods af at de kørte med lav hastighed. Så under bremsning er den tilgængelige kinetiske energi mere sammenlignet med en elektrisk scooter, der kører med samme hastighed. Derfor er effektiviteten af ​​den regenerative bremsning mere i elbiler, busser og andre tunge køretøjer. Selvom kun få elektriske scootere har funktionen af ​​regenerativ bremsning, er virkningen af ​​det på systemet (mængden af ​​energi, der hentes eller rækkevidden udvides) ikke så effektiv som i elbiler.

Behovet for kondensatorbanker eller ultrakondensatorer

Under bremsning er vi nødt til øjeblikkeligt at stoppe eller reducere køretøjets hastighed. Derfor er bremsningen i det øjeblik i kort tid. Batterier har en grænse for opladningstiden, vi kan ikke dumpe mere energi ad gangen, fordi det vil nedbryde batterierne. Bortset fra dette reducerer hyppig opladning og afladning af batteriet også batteriets levetid. For at undgå disse tilføjer vi en kondensatorbank eller ultra-kondensatorer til systemet. Ultra-kondensatorer eller Super-kondensatorer kan aflades og oplades i mange cyklusser uden ydelsesforringelse, hvilket hjælper med at øge batteriets levetid. Ultra kondensator har hurtig respons, som hjælper med at fange energitoppene / bølgen effektivt under den regenerative bremsning.Årsagen til at vælge en ultrakondensator er, at den kan gemme 20 gange mere energi end elektrolytkondensatorer. Dette system huser en DC til DC-konverter. Under acceleration tillader boost-operationen kondensatoren at aflade op til en tærskelværdi. Under deceleration (dvs. bremsning) tillader bukkeoperationen kondensatoren at oplades. Ultrakondensatorerne har en god forbigående respons, hvilket er nyttigt under start af køretøjet. Ved at lagre den genvundne energi bortset fra batteriet kan det hjælpe med at udvide køretøjets rækkevidde og kan også understøtte pludselig acceleration ved hjælp af boost-kredsløbet.bremse) bukkeoperationen giver kondensatoren mulighed for at oplade. Ultrakondensatorerne har en god forbigående respons, hvilket er nyttigt under start af køretøjet. Ved at lagre den genvundne energi bortset fra batteriet kan det hjælpe med at udvide køretøjets rækkevidde og kan også understøtte pludselig acceleration ved hjælp af boost-kredsløbet.bremse) bukkeoperationen giver kondensatoren mulighed for at oplade. Ultrakondensatorerne har en god forbigående respons, hvilket er nyttigt under start af køretøjet. Ved at lagre den genvundne energi bortset fra batteriet kan det hjælpe med at udvide køretøjets rækkevidde og kan også understøtte pludselig acceleration ved hjælp af boost-kredsløbet.