Co to jest hamowanie regeneracyjne i dlaczego go nie wykorzystujemy?

Wiem, że wiele samochodów elektrycznych korzysta z hamowania odzyskowego, aby samochód stał się bardziej wydajny, przekształcając energię cieplną utraconą w bardziej użyteczną formę wielokrotnego użytku.

Z pewnością musi istnieć jakiś sposób zaprojektowania nowej konstrukcji hamulca, która pozwoliłaby na zastosowanie tej technologii w bardziej konwencjonalnym samochodzie napędzanym normalnym silnikiem spalinowym.

Nie rozumiem tylko:

• Czym dokładnie jest hamowanie regeneracyjne?
• Dlaczego możemy korzystać z hamowania odzyskowego tylko w samochodach elektrycznych i hybrydowych?
• Czy jest jakiś powód, dla którego nie możemy zastosować tej sprytnej technologii hamowania w celu zwiększenia mocy na wale korbowym lub zmniejszenia zużycia paliwa?

Źródło obrazu: http://sjam4uphysics.pbworks.com/w/page/38936885/Regenerative%20Braking

tl; dr: Robimy. To jest po prostu drogie.

Jedną z różnic między silnikami energii elektrycznej i chemicznej jest to, że układy elektryczne znacznie ułatwiają przechwytywanie i zatrzymywanie energii (np. Akumulatora). Wszystko, co musisz zrobić, to użyć indukcji, aby wytworzyć prąd elektryczny na kole podczas hamowania. Skieruj ten prąd na tę baterię, a zatrzymasz energię, która w przeciwnym razie zostałaby zmarnowana.

Dzięki silnikowi energii chemicznej gromadzenie nadmiaru energii jest znacznie trudniejsze. Nie możemy na przykład użyć hamulców do wytworzenia większej ilości benzyny. Możliwe jest jednak zachowanie energii kinetycznej w czymś w rodzaju KERS . Spowoduje to wykorzystanie energii podczas hamowania do uruchomienia koła zamachowego. Koło zamachowe można następnie wykorzystać w razie potrzeby do dodatkowej siły napędowej.

Niestety, jednostki KERS są drogie i wymagają dodatkowej inżynierii (jak dokładnie dostaniesz to obracające się koło zamachowe, które faktycznie popchnie samochód do przodu?). Nie są również powszechne, więc nie korzystają z efektu skali.

To powiedziawszy, działają. Formuła 1 wykorzystała je z dużym skutkiem jako system doładowania. Nie korzystałbym z takich możliwości na drodze, ale chętnie eksperymentowałbym ze wszystkim, co pomogłoby mi wydostać się z litra gazu.

Odpowiadając na pytanie „Co to jest hamowanie regeneracyjne i dlaczego go nie używamy?”, Robimy to. Przy normalnym hamowaniu pęd przedni samochodu jest usuwany przez hamulce, zamieniając je w ciepło w tarczy hamulcowej, a następnie rozprasza się i zostaje utracone. Dzięki hamowaniu odzyskowemu zamiast ruchu samochodu traconego do atmosfery w postaci ciepła, jest on przekształcany w energię elektryczną i magazynowany w akumulatorze pojazdu.

Gama samochodów Volkswagen Bluemotion (i jestem pewien, że robią to inni producenci, ale jestem pewien, że Volkswagen) ma bardzo wyrafinowany alternator. Gdy samochód wykryje, że jest spowalniany przez nacisk wywierany na hamulce, a samochód jest nadal na biegu, a sprzęgło jest w górze, alternator przechodzi w tryb, w którym pobiera znacznie więcej mocy z napędu. Ten napęd normalnie pochodziłby z silnika, ale w sytuacji hamowania jest on zapewniany wyłącznie przez przekładnię i skutecznie działa na układ napędowy.

System ten jest montowany zarówno na benzynie, jak i na silniku Volemagens wyposażonym w Bluemotion. Więcej informacji jest dostępnych tutaj i tutaj

Doceniam to, że nie jest to na taką samą skalę, jak w samochodach F1, ale jest to forma hamowania odzyskowego i jest dziś używana na drogach publicznych.

Hamowanie regeneracyjne to system, który magazynuje energię, która zamiast tego byłaby tracona na ciepło w hamulcach. Chociaż systemy te brzmią świetnie, mają wiele własnych problemów.

1. Przed wejściem do magazynowania i wytwarzania energii rzeczywiste hamulce zasadnicze stają się bardzo skomplikowane. Aby hamowanie regeneracyjne działało prawidłowo, hamulce nie mogą się włączyć, podczas gdy hamulce regeneracyjne działają. Dalsze hamulce regeneracyjne działają tylko przy dużych prędkościach i tracą skuteczność w miarę zwalniania. Wymaga to przejścia, w którym przy dużej prędkości hamulce regeneracyjne zwalniają cię, a zwykłe hamulce nie, a gdy zwalniasz, hamulce regeneracyjne robią coraz mniej, a zwykłe hamulce w końcu cię zatrzymają. Układ, który sprawia, że ​​pedał hamulca wydaje się normalny, podczas gdy zwykłe hamulce nic nie robią, a następnie płynne przejście do normalnego hamowania, gdy zauważasz, że nastąpił przełącznik, jest bardzo skomplikowany i bardzo trudny do osiągnięcia.
2. Magazynowanie energii to ogromny problem. W hybrydach wszystko brzmi świetnie, wystarczy naładować akumulatory, gdzie w rzeczywistości ilość energii, którą samochód generuje podczas postoju, jest znacznie większa niż akumulatory mogą faktycznie pochłonąć. Jeśli zatrzymanie jest szybkie, problem jest dalej wzmacniany. System wymieniony przez @BobCross to KERS. Dzięki połączeniu silnika / generatora z kołem zamachowym dodatkowa energia regeneracyjna, która nie może trafić bezpośrednio do akumulatorów, jest wykorzystywana do obracania koła zamachowego. Z czasem energia jest następnie przekształcana w energię elektryczną w celu naładowania akumulatorów. Systemy te są bardzo ciężkie i drogie. Inne systemy wykorzystują super kondensatory. Dodatkowa energia jest zrzucana do super-capów. Problem polega na tym, że gdy energia jest magazynowana w kondensatorach, nie jest ona super przydatna bez kondycjonowania. Napięcie w kondensatorach spada bardzo szybko. Jeśli gromadzisz wysokie napięcie, potrzebny jest system, aby obniżyć napięcie do czegoś użytecznego. Jeśli nie przechowujesz więcej napięcia niż bateria, potrzebny jest system, aby podnieść napięcie do czegoś użytecznego. Super kondensatory są również dość drogie.

Hybrydy i samochody elektryczne mają wbudowane układy elektryczne, aby skorzystać z hamowania odzyskowego. Wszystkie te problemy są dodatkowo wzmacniane przez proste silniki benzynowe. Nowy system wymaga zainstalowania, nie może wykorzystać czegoś istniejącego, aby zapewnić hamowanie regeneracyjne zwiększające koszty. Trudno jest sprzedać kogoś w systemie, który dodaje 5 000 $ do ceny samochodu, który zyskuje lepsze zużycie paliwa w mieście, ale cierpi na autostradzie.

Ford opracowuje system, w którym pompa wyporowa ładuje akumulator hydrauliczny po zatrzymaniu. Podczas ponownego startu ciśnienie płynu jest wysyłane przez pompę do tyłu, aby przekształcić go w silnik, aby pomóc rozpocząć od zatrzymania. System przeznaczony jest dla dużych ciężarówek, w których rozmiar systemu nie stanowi zbyt dużego obciążenia. Również system jest głośny i podatny na wycieki.

Lokomotywy spalinowo-elektryczne wykorzystują hamowanie regeneracyjne, ale nazywają to „hamowaniem dynamicznym”. Ponadto nie magazynują energii, zdmuchują ją przez kratki oporowe i wentylatory na poziomie dachu.

W pełni lokomotywy elektryczne i niektóre tramwaje mogą generalnie zasilać odzyskaną moc z powrotem do drutu lub trzeciej szyny; jest to o wiele prostsze w systemach prądu stałego.

Ale silniki trakcyjne (zazwyczaj jeden na oś) są napędzane pędem pociągu i działają jako generatory.

Hamowanie regeneracyjne jest naprawdę przydatne w samochodach elektrycznych lub hybrydowych tylko z tego prostego powodu, że mają sposób na wykorzystanie zgromadzonej energii. Również, gdy masz silnik elektryczny jako część układu napędowego, regeneracyjne hamowanie jest dość wbudowane (przynajmniej pod względem sprzętowym), ponieważ po prostu używasz istniejącego silnika (ów) i generatora i przekazujesz energię generowaną do akumulatora na później posługiwać się.

Zasadniczo nie ma sensu, aby wszyscy używali hamowania odzyskowego w czymkolwiek innym niż samochód hybrydowy, w rzeczywistości posiadanie hamowania regeneracyjnego jest dobrą definicją samochodu hybrydowego.

Chociaż nie ma powodu, dla którego nie mógłbyś wyposażyć konwencjonalnego samochodu z silnikiem spalinowym z układem hamulcowym z odzyskiwaniem energii, chyba że zamierzasz użyć tej mocy do prowadzenia samochodu, tak naprawdę nie osiągnąłeś zbyt wiele, ponieważ dodajesz wiele dodatkowych waga i złożoność przechowywania energii elektrycznej, której nie można użyć.

Istnieje również problem polegający na tym, że podczas długich przejazdów autostradą / autostradą hamowanie może być niewystarczające, aby zaspokoić nawet niewielkie potrzeby pomocniczych układów elektrycznych (światła, zapłonu, radia, ładowanie akumulatora przed uruchomieniem itp.), Więc możesz nawet nie uzyskać zaletą braku konieczności używania alternatora.

Możemy zrobić następną najlepszą rzecz.

1/2 mili (800 m) naprzód, widzę, że światło zmienia kolor na żółty; przy prędkości 60 km / h (100 km / h), czyli 30 sekund. Wiem, że światło ma około 35 sekundowy cykl plus 10 sekund, aby stos zatrzymanych samochodów ruszył.

Zastosowałem ciągłą moc, aby utrzymać prędkość. Będę to robił jeszcze przez 25 sekund, potem przez 5 sekund mocnego hamowania i zatrzymam się. 15 sekund bawię się telefonem, a potem jestem w drodze.

Lub ... Natychmiast idę do bezczynności. Mój samochód wybiega. Gdy silnik jest nadal na biegu, mój pęd pcha (obraca) silnik, aby uzyskać łagodny efekt hamowania, więc wtryskiwacze paliwa całkowicie się wyłączają. Moja prędkość stopniowo zwalnia ... 55 ... 50 ... 45 ... Trochę mocy ... 40 (65 km / h) ... odwróć światło zmieni kolor na zielony, gdy jestem jeszcze 1/8 mili (200 m) plecy. Zatrzymane samochody rozpakowują się, a ja dokładnie oceniam, kiedy zastosować moc. I nigdy nie hamuję.

W pierwszym scenariuszu istnieją dwie wymiany energii. Najpierw paliwo zastosowane do tej 3/8 mili (600 m), aby pozostać w rejsie. Po drugie, energia hamowania spadła w ciągu ostatnich 1/8 mili. Nie tylko są one prawie równe, są one tą samą energią . Gdybyśmy robili odpowiednią regenerację, moglibyśmy odczytać je z amperomierza i wyprowadzić rzeczywiste dżule na zewnątrz.

W drugim scenariuszu nie ma żadnych. Paliwo nie jest zużyte, a energia hamowania nie jest tracona. Osiągnięto efekt hamowania odzyskowego, ale bez żadnych strat konwersji.

To prawda, że ​​jest to podejście edukacyjne, a nie technologiczne, ale działa. Nawet w EV zdolnym do regeneracji, nadal działa lepiej niż regeneracja - w rzeczywistości będzie działał jeszcze lepiej w EV, ponieważ masz lepsze „wybieg” - nie trzeba używać oporu, aby zakręcić silnikiem, aby zapewnić wspomaganie hamowania i kierowania .