Odpowiednik turbo w silnikach elektrycznych

15

Czy istnieje coś funkcjonalnie równoważnego turbosprężarce do silników elektrycznych?

Oczywiście nie proszę o coś, co ponownie wykorzystuje gazy wydechowe, aby wtłaczać więcej powietrza, ponieważ nie ma spalin ani nie potrzeba powietrza.

Pytam o to, czy istnieje coś, co może wykorzystać „marnotrawstwo energii” w celu NATYCHMIASTOWEJ WZMOCNIENIA MOCY silnika elektrycznego, czyli tego, co robią turbo silników spalinowych pod względem funkcjonalnym.

sergiol
źródło
1
Czy mówisz o w pełni elektrycznym pojeździe?
JPhi1618
7
„siła wyjściowa, aby użyć go ponownie jako źródło”, no cóż, turbosprężarka wykorzystuje zmarnowaną energię spalin (co nie jest mocą wyjściową naszego systemu), a zatem w przypadku pojazdów elektrycznych nie jestem pewien, jaki byłby analogiczny odpowiednik.
chilljeet
1
Nie jestem pewien, o co dokładnie pytasz. Wymuszona indukcja poprawia wydajność i moc silnika, umożliwiając reagowanie większej ilości powietrza i paliwa przy wyższych ciśnieniach. Fakt, że wymuszona indukcja jest zasilana przez ciśnienie spalin, jest stosunkowo niewielki w porównaniu do tego - stanowi po prostu prostsze i tańsze urządzenie. W silniku elektrycznym nie ma zbyt wiele z nich - wydajność napędu jest bardzo wysoka (iw praktyce napędzana ekonomią), a jedynym marnotrawstwem jest niewielka ilość ciepła w porównaniu do silników spalinowych. Baterie to jednak inna sprawa: P
Luaan
1
byłby to strasznie zaprojektowany system, ale ... gdybyś miał silniki indukcyjne, które nie miały jeszcze kondensatorów poprawiających współczynnik mocy, można by zobaczyć poprawę efektywności energetycznej poprzez dodanie pojemności do systemu (choć wątpię, by to zrobił mają wpływ na maksymalną moc)
costrom
1
„Natychmiastowe zwiększenie mocy” byłoby bardziej analogiczne do „tryskania” azotem pod ciśnieniem niż „turbo”. Sprężarki dolotowe napędzane spalinami mają opóźnienie turbo .
Jeeped

Odpowiedzi:

20

„Weź część siły wyjściowej, aby ponownie wykorzystać ją jako wejście”, można zinterpretować jako hamowanie regeneracyjne, ale duże różnice to:

  1. Hamowanie regeneracyjne odbiera moc z kół, podczas gdy turbosprężarka pobiera moc z samego silnika, który w przeciwnym razie zostałby zmarnowany.
  2. Moc turbodoładowania zwiększa normalną moc silnika, podczas gdy moc hamowania odzyskowego trafia do magazynu, z którego silnik korzysta normalnie bez żadnego wzrostu wydajności.

Jeśli zobaczysz turbosprężarkę jako dodatkową moc w stosunku do maksymalnej mocy wyjściowej silnika, zobaczyłbym też superkondensatory jako coś bliskiego. Superkondensatory mogą dostarczać do silnika duży prąd (a więc dużą moc), którego akumulatory nie są w stanie dostarczyć przez krótki czas, dzięki czemu samochód jedzie szybciej przez krótki czas (bardziej podobny do tego, co zrobiłby wtrysk podtlenku azotu) kosztem przegrzanie, zmniejszona wydajność i w inny sposób skrócenie żywotności silnika elektrycznego.

Gabriel Diego
źródło
1
W hybrydzie (w stylu napędu Toyoty) jednoczesne użycie silnika spalinowego i silnika elektrycznego w celu maksymalnego przyspieszenia jest wzrostem wydajności w porównaniu do samego silnika spalinowego. O ile nie jest to hybryda plug-in, cała energia elektryczna musi pochodzić z silnika spalinowego, więc pośrednie hamowanie regeneracyjne zapewnia przynajmniej krótkoterminowe zwiększenie wydajności.
Monty Harder
1
„Moc turbodoładowania zwiększa normalną moc silnika” - to nie do końca prawda. Zamiast tego turbo sprawia, że ​​sam silnik jest w stanie zapewnić większą moc. Robi to bez zużywania paliwa lub innych zasobów, więc nie jest to podobne do tego, co może zrobić superkondensator (byłby to raczej odpowiednik dopalacza silnika odrzutowego).
lewo około
4
@leftaroundabout To nieprawda. Dodatkowa moc, jaką zapewnia turbosprężarka, zawsze wiąże się z dodatkowym zużyciem paliwa w porównaniu do tego samego silnika i tej samej pojemności bez turbodoładowania. Główną różnicą jest to, że w silniku z turbodoładowaniem ta dodatkowa moc jest zazwyczaj wydajniejsza niż równoważny wzrost mocy poprzez zwiększenie pojemności skokowej silnika.
Gabriel Diego
1
@MontyHarder. Pierwotne pytanie dotyczyło silników w pełni elektrycznych. W silnikach hybrydowych zgadzam się, że jest to praktyczny efekt.
Gabriel Diego
@gabrieldiego: „dodatkowa moc ... wiąże się z dodatkowym zużyciem paliwa”, to jest tautologia. Moc oznacza energię przeliczaną na czas ; przy dowolnej wydajności zwiększenie mocy zawsze zwiększa zapotrzebowanie na zasoby. Tak jak mówisz, zwiększenie mocy silnika za pomocą turbodoładowania faktycznie poprawia wydajność, w przeciwieństwie do zwiększania jej z dodatkowym skokiem.
lewo wokół
17

hamowanie regeneracyjne

To pytanie i odpowiedź dotycząca przedmiotu zawiera bardzo dobre informacje, a odpowiedź ujawnia matematyczny paradoks z hamowaniem regeneracyjnym

To pytanie jest nieco poza twoim tematem, ale zawiera informacje na temat odzyskiwania utraconej energii przez turbodoładowanie, aby naładować ciasto i odzyskać energię kinetyczną poprzez hamowanie w Formule 1

DucatiKiller
źródło
4
Myślę, że to świetna interpretacja tego pytania. Silnik elektryczny jest przymocowany bezpośrednio do koła, więc tak naprawdę nie ma miejsca, w którym można by „uchwycić” odpady. Myślę, że ponowne wykorzystanie pędu silników umieszczonych w samochodzie jest tak bliskie, jak to możliwe.
JPhi1618
Myślę, że to NIEPRAWIDŁOWA interpretacja pytania. Wiedziałem już, czym jest hamowanie regeneracyjne, a moim pytaniem było wzięcie części mocy wyjściowej i ponowne użycie jej jako danych wejściowych, aby uzyskać NATYCHMIASTOWE ZWIĘKSZENIE MOCY . To właśnie robi turbo w praktyce.
sergiol
Przegłosowania działają lepiej niż komentarze. Kochaj swoją pasję.
DucatiKiller
@sergiol Zmieniłeś interpretację pytania (która już ustępuje wielu interpretacjom). Jeśli ktoś nie zrozumiał tego tak, jak chciałeś, nie musisz używać wszystkich wielkich liter i pogrubionego tekstu, aby to podkreślić, ponieważ wygląda to niegrzecznie i niegrzecznie.
Gabriel Diego
2
Wszystko jest dobrze. To jego pasja do prawdy. Rozumiem. Biorąc to pod uwagę, naprawdę staramy się różnić od wojen z ogniem SO. @sergiol Całkowicie szanuję twój pogląd. To była moja interpretacja, kiedy nikt nie odpowiedział na twoje pytanie. Myślę, że odpowiedź Gabriela jest z pewnością lepsza od dopasowania wyników do twojego pytania. Z perspektywy zbiorów myślałem, że moja odpowiedź była z tej perspektywy OK. Pozdrawiam was, pozdrawiam z pasją i witam na stronie mechaników, jeśli nie powiedziałem wam tego w przeszłości.
DucatiKiller
17

Nie, nie ma żadnego odpowiednika. Turbo jest stosowane, ponieważ silniki spalinowe są z natury nieefektywne: przekształcają energię chemiczną w energię mechaniczną, wykorzystując niewygodny objazd przez ciepło . Niestety ciepło jest właściwie najgorszym możliwym sposobem magazynowania energii: zgodnie z prawami termodynamiki można ją przekształcić w inne formy energii tylko wtedy, gdy zwiększy się entropię. Jeśli wykonujesz fizykę, przekonasz się, że maksymalna wydajność to sprawność Carnota

η = 1 - T C / T H

gdzie T C i T H to punkty zimnej i gorącej temperatury cyklu silnika, tj. otaczające powietrze w porównaniu do temperatury spalania. Należy pamiętać, że frakcja zbliża się do zera, jak T H wzrasta * , czyli strata może być dość mała, pozwalając spalanie zdarzyć w wysokiej temperaturze. Ale nie można sprawić, by temperatura była nieskończenie wysoka, a zatem nieuchronnie traci się część energii.

Możesz rozważyć turbo jako urządzenie, które odzyskuje część utraconej energii †, lub, bardziej rzecz ujmując, możesz po prostu postrzegać ją jako środek do zwiększenia ciśnienia roboczego, a tym samym temperatury, a tym samym nieco zmniejszającego straty. W każdym razie turbosprężarka jest tylko środkiem do rozwiązania problemu, że silnik spalinowy nie jest wydajny . (W praktyce nie znajdziesz silnika o wydajności lepszej niż 30%).

Nie trzeba tego robić w przypadku silnika elektrycznego - ponieważ są one wydajne! Przetwarzają energię elektryczną w mechaniczną za pomocą pól magnetycznych, a proces ten jest znacznie lepiej kontrolowany. Możesz zbliżyć się do 100% wydajności bez konieczności zbliżania się do temperatury nieskończoności.
Pewnie, istnieją małe straty w oporności elektrycznej uzwojenia miedzianego, w prądach wirowych i tarciem łożyska, ale można je bardzo zmniejszyć dzięki precyzyjnemu projektowi.

Jeśli już, sensowne może być poszukiwanie turbo-analogu dla akumulatorów , ponieważ są one faktycznie słabą częścią samochodu elektrycznego pod względem wydajności. Być może sensowne byłoby podjęcie w tym celu pewnego rodzaju odzyskiwania ciepła odpadowego.


* W przypadku, gdy zauważają, że utrata znika także jeśli T C staje się zerowa : poprawna, ale nie wiele można zrobić T C . Chłodzenie powietrza poniżej temperatury otoczenia wymagałoby gigantycznej lodówki, która oczywiście ogólnie po prostu marnowałaby jeszcze więcej energii. Chłodzenie po doładowaniu ma jednak sens, ponieważ tutaj temperatura jest już wyższa niż temperatura otoczenia, tzn. Można to zrobić pasywnie.

W końcu „odzyskiwanie energii odpadowej” jest dyskusyjne: zawsze można uznać silnik i turbodoładkę za jeden silnik termodynamiczny, a jego całkowita wydajność nie może być lepsza niż Carnota.

po lewej stronie
źródło
1
Dobra
Muszę pochwalić cały wysiłek włożony w opis techniczny podany w odpowiedzi. Pytanie było jednak znacznie prostsze, OP chciał po prostu poznać praktyczny odpowiednik, coś, co można poczuć w pedale (i podczas napełniania / ładowania).
Gabriel Diego
1
@ gabrieldiego Pytanie nie wydaje się tak szczegółowe, jak sposób, w jaki go czytasz. Ta odpowiedź „Nie” jest lepszą odpowiedzią. Hamowanie regeneracyjne zbiera energię podczas zwalniania. Turbo wykorzystuje energię odpadową, gdy silnik prowadzi pojazd.
HandyHowie,
1
Myślę, że można dodać przybliżone liczby: typowy silnik gazowy pracuje z 20% wydajnością, typowy silnik elektryczny z 90%. To na pierwszy rzut oka pokazuje, jak mało energii zostało do ponownego wykorzystania.
Agent_L
Czy turbosprężarka faktycznie poprawia sprawność silnika, czy jedynie zwiększa jego moc szczytową (co z kolei może pozwolić na zastosowanie mniejszego silnika, który byłby bardziej wydajny przy zaspokajaniu niższych wymagań energetycznych)?
supercat
4

Możesz wychwycić ciepło z silnika elektrycznego i przekształcić je w więcej energii za pomocą urządzenia termoelektrycznego. Badania University of Florida

Mobiusa
źródło
Brzmi interesująco. Byłbym świetny, gdybyś mógł dodać pełny tytuł artykułu i cytat, który trafiłby w sedno, na wypadek gdyby link zniknął w przyszłości.
JPhi1618
6
Jest to rzeczywiście bardzo interesujące, ale projekt ten ma oczywiście wychwytywać ciepło odpadowe z silników spalinowych . Silnik elektryczny wytwarza znacznie, dużo mniej ciepła odpadowego, a zwłaszcza w znacznie niższej temperaturze, dlatego nie ma tu prawie żadnej energii, którą można by tutaj zgromadzić. W każdym razie sensowne może być wychwytywanie ciepła odpadowego z akumulatorów .
lewo około
2

Jest już kilka dobrych odpowiedzi, które w całości obejmują ten temat. Jedną z rzeczy, o których nie wspomniano, jest KERS - systemy odzyskiwania energii kinetycznej. W efekcie masz dużą masę (koło zamachowe), która obraca się, gdy pojazd jest w ruchu. Zasadniczo pod hamulcami lub odkurzaczem (bez przepustnicy) układ napędowy doprowadza energię do tego koła zamachowego. W razie potrzeby koło zamachowe włącza się następnie za pomocą sprzęgła i może przywrócić tę energię z powrotem do układu napędowego.

Chociaż nie jest to wyłącznie technologia EV (i w rzeczywistości nie jestem pewien, czy którykolwiek EV korzysta z KERS), jest to inna możliwa droga.

Aaron Lavers
źródło
1
KERS to tylko szczególna implementacja hamowania regeneracyjnego, o której wspomina DucatiKiller. A połowa twojej odpowiedzi nawet tu nie ma zastosowania, ponieważ silnik elektryczny nie ma trybu pracy „bez przepustnicy”.
Agent_L
1
Nie, silnik nie ma, jednak sterownik z pewnością ma stan wybiegu w większości przypadków.
Aaron Lavers
Oto aplikacja dla KERS w EV. hybridcars.com/kers-equipped-twizy-ev-concept oraz firma, która sprzedaje komponenty kerstech.com , oraz Intech pdf, który częściowo omawia inne wdrożenie. cdn.intechopen.com/pdfs-wm/41416.pdf Więc tak, to w pewnym stopniu dotyczy tutaj. Aby te systemy działały, pobierają informacje zwrotne od kontrolera.
Aaron Lavers,
@Aron Lavers Dude! pytanie dotyczyło silników elektrycznych . Hybrydy mogą mieć zwykłe turbodoładowanie, ponieważ mają zwykłe silniki gazowe . „Kers” w Twizzy to kolejna implementacja hamowania regeneracyjnego - dokładnie to, co DucatiKiller opisał o wiele lepiej niż ty. Powinieneś dowiedzieć się, czym jest „kers” z podręczników, a nie z reklam producentów.
Agent_L
@Agent_L Czuję, że naciskasz tutaj etykietę. DucatiKiller powiązał dwa artykuły, jednak niewiele o tym opisał w swoim poście. Nie wierzę, że moje sprecyzowanie działania systemu odzyskiwania kinetycznego jest nieprawidłowe. Podałem kontekst, w jaki sposób działa w konwencjonalnym zastosowaniu (tj. W próżni w konwencjonalnym samochodzie) i jako taki „jak” mógłby się przystosować do tej sytuacji. Następnie zapewnił kilka rzeczywistych implementacji. Mówienie mi, gdzie powinienem uczyć się pojęć, jest nieco poza twoją pozycją i wykracza poza to, co jest tutaj uważane za
nadzwyczajne
1

Większość elektrycznych układów trakcyjnych Zmniejsz napięcie, które dochodzi do silnika elektrycznego z akumulatora. Na przykład sterownik silnika elektrycznego wózka 48 V daje silnikowi do 48 V, ale nie więcej. Podsumowując i gotując teorię silnika elektrycznego dla tego napięcia stosu jest prędkość a prąd to moment obrotowy. Żargonowe określenie TURBO jest używane, gdy kontroler jest zmodyfikowany, aby czasami działał jak wzmacniacz napięcia, który daje więcej woltów niż bateria. To daje większą prędkość, ale nie większy moment obrotowy. Tak właśnie mogą być i modyfikowane są wózki elektryczne aby jechać szybciej, zachowując ten sam silnik i ten sam zestaw akumulatorów. Musisz wiedzieć, co robisz, w przeciwnym razie wysadzisz silnik tak, jak dodając turbodoładowanie do silnika benzynowego. Stopień wzmocnienia to stopień wzmocnienia napięcia, które kontroler jest skonfigurowany dla.25% to rozsądna liczba.

Autystyczny
źródło