Hur regenerativ bromsning fungerar i elfordon

Bromsning är en av de viktiga aspekterna av ett fordon. Det mekaniska bromssystemet som vi använder i våra fordon har en stor nackdel med att slösa fordonets kinetiska energi som värme. Detta sänker fordonets totala effektivitet genom att påverka bränsleekonomin. I stadscykeln tenderar vi att starta och stoppa fordonet oftare jämfört med motorvägscykeln. Eftersom vi bromsar ofta i en stadscykel är energiförlusten mer. Ingenjörer kom med det regenerativa bromssystemetför att återvinna den kinetiska energi som försvinner som värme under bromsning i den traditionella bromsmetoden. Genom att följa fysikens lagar kan vi inte återvinna all kinetisk energi som går förlorad men ändå kan en betydande mängd kinetisk energi omvandlas och lagras i batteri eller superkondensator. Den energi som återvinns hjälper till att förbättra bränsleekonomin i konventionella fordon och hjälper till att utöka utbudet i elfordon. Det är att notera att processen med regenerativ bromsning har förluster medan den kinetiska energin återvinns. Innan du går vidare kan du också kolla in andra intressanta artiklar om EV: er:

• En ingenjörs introduktion till elfordon
• Motortyper som används i elfordon

Den Begreppet regenerativ bromsning kan implementeras i konventionella fordon med hjälp av svänghjul. Svänghjul är skivor med hög tröghet som roterar i mycket hög hastighet. De fungerar som en mekanisk energilagringsenhet genom att ta upp (lagra) fordonets kinetiska energi under bromsning. Den energi som återvinns under bromsningsprocessen kan användas för att hjälpa fordonet under start eller uppför backen.

I elektriska fordon kan vi integrera den regenerativa bromsningen på ett mycket mer effektivt sätt elektroniskt. Detta minskar behovet av tunga svänghjul, vilket tillför extra vikt till fordonets totala vikt. Elbilar har ett inneboende problem med ångest hos användarna. Även om medelhastigheten för fordonet i urbana körcykel är cirka 25-40 km / h, tappar den frekventa accelerationen och bromsningen snart batteriet. Vi vet att motorer kan fungera som generator under vissa förhållanden. Genom att använda denna funktion kan man förhindra att fordonets kinetiska energi slösas bort. När vi sätter i bromsen i elfordon minskar motorstyrenheten (baserat på bromspedalens utgång) prestanda eller stoppar motorn. Under denna operation är motorstyrenheten konstruerad för attåtervinna kinetisk energi och förvara den i batteriet eller kondensatorbankerna. Regenerativ bromsning hjälper till att utöka räckvidden för elfordonet med 8-25%. Förutom att spara energi och förbättra räckvidden, hjälper det också till effektiv kontroll av bromsningen.

I det mekaniska bromssystemet utövas ett omvänd vridmoment på hjulet när vi trycker på bromspedalen. På samma sätt minskar fordonets hastighet i det regenerativa bromsläget genom att initiera ett negativt vridmoment (motsatt rörelsen) i motorn med hjälp av motorstyrenheten. Ibland blir människor förvirrade när de visualiserar konceptet att motor fungerar som en generator när den roterar i omvänd riktning under regenerativ bromsning. I den här artikeln kan man förstå hur man kan återvinna den kinetiska energin via regenerativ bromsmetod i elektriska fordon.

Hur en motor fungerar som generator

Först kommer vi att fokusera på att förstå hur en motor kan fungera som en generator. Vi har alla använt Permanent Magnet DC-motor i robotapplikationer som linjeföljare. När hjulet på roboten som är ansluten till motorn roteras fritt (utvändigt för hand) skadas ibland motorförarens IC. Detta händer på grund av att motorn fungerar som en generator och den bakre EMF-genererade (omvänd spänning av större storlek) appliceras över förarens IC, vilket skadar den. När vi vrider ankaret i dessa motorer skär det flödet från de permanenta magneterna. Som ett resultat av detta induceras EMF att motsätta sig förändringen i flöde. Därför kan vi mäta en spänning vid motorns poler. Det beror på att den bakre EMF är en funktion av rotorhastigheten (rpm). När varvtalet är mer och om den genererade bakre emf är mer än matningsspänningen, fungerar motorn som en generator. Låt oss nu sehur denna princip fungerar i elfordon för att undvika energiförlust på grund av bromsning.

När motorn accelererar fordonet ökar den kinetiska energi som är associerad med det som en kvadrat av hastigheten. Under kusten vilar fordonet när den kinetiska energin blir noll. När vi trycker på bromsarna i ett elfordon fungerar motorstyrenheten på ett sådant sätt för att vila motorn eller minska hastigheten. Detta inbegriper att vända motormomentets riktning till rotationsriktningen. Under denna process genererar rotorn på motorn som är ansluten till drivaxeln en EMF i motorn (analogt med en primär motor / turbin som driver generatorns rotor). När den genererade EMF är mer än kondensatorbankens spänning, strömmer strömmen från motorn till banken. Således lagras den återvunna energin i batteriet eller kondensatorbanken.

Hur regenerativ bromsning fungerar i elfordon

Låt oss överväga att en bil har en trefas AC-induktionsmotor som motor för framdrivning. Från motoregenskaperna vet vi att när en trefasinduktionsmotor går över sin synkrona hastighet blir gliden negativ och motorn fungerar som en generator (generator). Under praktiska omständigheter är en induktionsmotor alltid lägre än den synkrona hastigheten. Den synkrona hastighetenär hastigheten på det roterande magnetfältet hos statorn som produceras på grund av växelverkan mellan trefasmatning. Vid tidpunkten för start av motorn är den EMF som induceras i rotorn maximalt. När motorn börjar rotera minskar EMF-inducerad som en funktion av glidning. När rotorhastigheten når den synkrona hastigheten är den inducerade EMF noll. Vid denna punkt, om vi försöker rotera rotorn över denna hastighet, kommer EMF att induceras. I det här fallet levererar motorn aktiv ström tillbaka till elnätet. Vi använder bromsar för att minska fordonets hastighet. I det här fallet kan vi inte förvänta oss att rotorhastigheten överstiger den synkrona hastigheten. Det är här rollen som motorstyrning kommer in i bilden. För att förstå syftet kan vi visualisera som exemplet nedan.

Låt oss anta att motorn roterar vid 5900 rpm och matningsfrekvensen är 200 Hz när vi drar på bromsen måste vi minska varvtalet eller sänka det till noll. Regulatorn fungerar enligt ingången från bromspedalsensorn och utför den operationen. Under denna process kommer styrenheten att ställa in matningsfrekvensen mindre än 200 Hz som 80 Hz. Därför blir motorns synkrona hastighet 2400 rpm. Ur motorstyrningsperspektivet är motorns hastighet mer än dess synkrona hastighet. Eftersom vi sänker hastigheten under bromsningen fungerar motorn nu som en generator tills varvtalet minskar till 2400. Under denna period kan vi extrahera kraft från motorn och lagra den i batteriet eller kondensatorbanken.Det bör noteras att batteriet fortsätter att leverera kraft till trefasinduktionsmotorerna under den regenerativa bromsprocessen. Det beror på att induktionsmotorerna inte har någon magnetisk flödeskälla när matningen är AV. Därför drar motorn när den fungerar som en generator reaktiv effekt från matningen för att upprätta flödesförbindelsen och levererar aktiv effekt tillbaka till den. För olika motorer är principen om att återvinna den kinetiska energin under regenerativ bromsning annorlunda. Permanenta magnetmotorer kan fungera som en generator utan någon strömförsörjning eftersom den har magneter i rotorn för att producera magnetiskt flöde. På samma sätt har få motorer kvarvarande magnetism i sig, vilket eliminerar den externa excitation som krävs för att skapa magnetiskt flöde.Det beror på att induktionsmotorerna inte har någon magnetisk flödeskälla när matningen är AV. Därför drar motorn när den fungerar som en generator reaktiv effekt från matningen för att upprätta flödesförbindelsen och levererar aktiv effekt tillbaka till den. För olika motorer är principen om att återvinna den kinetiska energin under regenerativ bromsning annorlunda. Permanenta magnetmotorer kan fungera som en generator utan någon strömförsörjning eftersom den har magneter i rotorn för att producera magnetiskt flöde. På samma sätt har få motorer kvarvarande magnetism i sig, vilket eliminerar den externa excitation som krävs för att skapa magnetiskt flöde.Det beror på att induktionsmotorerna inte har någon magnetisk flödeskälla när matningen är AV. Därför drar motorn när den fungerar som en generator reaktiv effekt från matningen för att upprätta flödesförbindelsen och levererar aktiv effekt tillbaka till den. För olika motorer är principen om att återvinna den kinetiska energin under regenerativ bromsning annorlunda. Permanenta magnetmotorer kan fungera som en generator utan någon strömförsörjning eftersom den har magneter i rotorn för att producera magnetiskt flöde. På samma sätt har få motorer kvarvarande magnetism i sig, vilket eliminerar den externa excitation som krävs för att skapa magnetiskt flöde.principen att återvinna den kinetiska energin under regenerativ inbromsning är annorlunda. Permanenta magnetmotorer kan fungera som en generator utan någon strömförsörjning eftersom den har magneter i rotorn för att producera magnetiskt flöde. På samma sätt har få motorer kvarvarande magnetism i sig, vilket eliminerar den externa excitation som krävs för att skapa magnetiskt flöde.principen att återvinna den kinetiska energin under regenerativ inbromsning är annorlunda. Permanenta magnetmotorer kan fungera som en generator utan någon strömförsörjning eftersom den har magneter i rotorn för att producera magnetiskt flöde. På samma sätt har få motorer kvarvarande magnetism i sig, vilket eliminerar den externa excitation som krävs för att skapa magnetiskt flöde.

I de flesta elfordon är elmotorn endast ansluten till den enskilda drivaxeln (mestadels till bakhjulsdrivaxeln). I det här fallet måste vi använda ett mekaniskt bromssystem (hydraulisk bromsning) för framhjulen. Detta innebär att regulatorn måste upprätthålla samordningen mellan både det mekaniska och det elektroniska bromssystemet när bromsarna ansluts.

Är regenerativ bromsning värt att implementeras i alla elfordon?

Det finns ingen tvekan om potentialen för energiåtervinning i begreppet regenerativ bromsmetod, men det har också vissa begränsningar. Som påpekats tidigare är hastigheten med vilken batterierna kan laddas långsam jämfört med den hastighet med vilken de kan laddas ur. Detta begränsar mängden återvunnen energi som batterierna kan lagra vid plötslig inbromsning (snabb retardation). Det rekommenderas inte att använda regenerativ bromsning under fulladdade förhållanden. Det beror på att överladdning kan skada batterierna, men den elektroniska kretsen förhindrar överladdning av det. I det här fallet kan kondensatorbanken lagra energin och hjälpa till att utöka intervallet. Om den inte finns, är de mekaniska bromsarna åtdragna för att stoppa fordonet.

Vi vet att den kinetiska energin ges av 0,5 * m * v ². Mängden energi som vi kan hämta beror på fordonets massa och även på hastigheten med vilken den kör. Den totala massan är mer i tunga fordon som elbilar, elbussar och lastbilar. I den urbana körcykeln skulle dessa tunga fordon få stor fart efter acceleration trots att de körde i låg hastighet. Så under bromsningen är den tillgängliga kinetiska energin mer jämfört med en elektrisk skoter som kör med samma hastighet. Därför är effektiviteten av den regenerativa bromsningen mer i elbilar, bussar och andra tunga fordon. Även om få elektriska skotrar har funktionen av regenerativ bromsning, är effekten av den på systemet (mängden energi som hämtas eller räckvidden utökas) inte lika effektiv som i elbilar.

Behovet av kondensatorbanker eller ultrakondensatorer

Under bromsningen måste vi stanna eller sänka fordonets hastighet omedelbart. Därför sker bromsningen vid det ögonblicket under en kort tid. Batterier har en begränsning på laddningstiden. Vi kan inte tömma mer energi åt gången eftersom det kommer att bryta ned batterierna. Bortsett från detta minskar batteriets livslängd ofta med laddning och urladdning. För att undvika dessa lägger vi till en kondensatorbank eller ultrakondensatorer i systemet. Ultrakondensatorer eller superkondensatorer kan urladdas och laddas under många cykler utan att prestanda försämras, vilket hjälper till att öka batteriets livslängd. Ultrakondensatorn har snabb respons, vilket hjälper till att fånga upp energitopparna / överspänningen effektivt under den regenerativa bromsningen.Anledningen till att välja en ultrakondensator är att den kan lagra 20 gånger mer energi än elektrolytkondensatorer. Detta system innehåller en DC till DC-omvandlare. Under acceleration tillåter boost-operationen kondensatorn att urladdas upp till ett tröskelvärde. Under retardation (dvs. bromsning) låter bockoperationen kondensatorn ladda. Ultrakondensatorerna har ett bra övergående svar, vilket är användbart vid start av fordonet. Genom att lagra den återvunna energin bortsett från batteriet kan det hjälpa till att utöka fordonets räckvidd och kan också stödja plötslig acceleration med hjälp av boost-kretsen.bromsning) låser sig kondensatorn att ladda. Ultrakondensatorerna har ett bra övergående svar, vilket är användbart vid start av fordonet. Genom att lagra den återvunna energin bortsett från batteriet kan det hjälpa till att utöka fordonets räckvidd och kan också stödja plötslig acceleration med hjälp av boost-kretsen.bromsning) låser sig kondensatorn att ladda. Ultrakondensatorerna har ett bra övergående svar, vilket är användbart vid start av fordonet. Genom att lagra den återvunna energin bortsett från batteriet kan det hjälpa till att utöka fordonets räckvidd och kan också stödja plötslig acceleration med hjälp av boost-kretsen.