I eloop система рекуперации энергии торможения – Mazda i-ELoop — первая в мире рекуперативная тормозная система для легковых автомобилей на основе использования конденсатора — ДРАЙВ

Содержание

Mazda i-ELoop — первая в мире рекуперативная тормозная система для легковых автомобилей на основе использования конденсатора — ДРАЙВ

  • Войти
  • Регистрация
  • Забыли пароль?
  • user
  • Выход
Найти ДРАЙВ
  • Наши
    тест-драйвы
  • Наши
    видео
  • Цены и
    комплектации
  • Сообщество
    DRIVE2
  • Новости
  • Наши тест-драйвы
  • Наши видео
  • Поиск по сайту
  • Полная версия сайта
  • Войти
  • Выйти
  • Acura
  • Alfa Romeo
  • Aston Martin
  • Audi
  • Bentley
  • Bilenkin Classic Cars
  • BMW
  • Brilliance
  • Cadillac
  • Changan
  • Chery
  • Chevrolet
  • Chrysler
  • Citroen
  • Daewoo
  • Datsun
  • Dodge
  • Dongfeng
  • FAW
  • Ferrari
  • FIAT
  • Ford
  • Foton
  • Geely
  • Genesis
  • Great Wall
  • Haima
  • Haval
  • Hawtai
  • Honda
  • Hummer
  • Hyundai
  • Infiniti
  • Isuzu
  • JAC
  • Jaguar
  • Jeep
  • KIA
  • Lada
  • Lamborghini
  • Land Rover
  • Lexus
  • Lifan
  • Maserati
  • Mazda
  • Mercedes-Benz
  • MINI
  • Mitsubishi
  • Nissan
  • Opel
  • Peugeot
  • Porsche
  • Ravon
  • Renault
  • Rolls-Royce
  • Saab
  • SEAT
  • Skoda
  • Smart
  • SsangYong
  • Subaru
  • Suzuki
  • Tesla
  • Toyota
  • Volkswagen
  • Volvo
  • Zotye
  • УАЗ
  • Kunst!
  • Тесты шин
  • Шпионерия
  • Автомобизнес
  • Техника
  • Наши дороги
  • Гостиная
  • Автоспорт
  • Авторские колонки
  • Acura
  • Alfa Romeo
  • Aston Martin
  • Audi
  • Bentley
  • BCC
  • BMW
  • Brilliance
  • Cadillac
  • Changan
  • Chery
  • Chevrolet
  • Chrysler
  • Citroen

www.drive.ru

Инновационные системы i-Stop и i-ELOOP от Mazda

Вчера мы рассказывали о SKYACTIV Технологиях – 4 базовых компонентов – это двигатели, трансмиссии, кузов и шасси. Сегодня мы продолжаем наш обзор инновационных технологий Mazda и расскажем вам о таких системах как i-STOP и i-ELOOP.

i-STOP или Система автоматического выключения двигателя – эта система снижает расход топлива и уровень токсичности отработавших газов, автоматически выключая двигатель на время остановок автомобиля, на пример на светофорах или в городском трафике. Тем не менее, вы наслаждаетесь музыкой и кондиционированием воздуха в салоне вашего автомобиля. В отличие от аналогичных систем, i-STOP эффективно «приостанавливает» двигатель, не заглушая его, поэтому он готов к рестарту. Для повторного пуска требуется всего 0,35 секунды; двигатель работает плавно и экономно расходует топливо.

i-ELOOP или Intelligert Energy Loop система рекуперации энергии торможения. Система обеспечивает дополнительное снижение расхода топлива в реальных условиях движения. Mazda6 – это первый в мире легковой автомобиль с системой рекуперативного торможения, в которой используется конденсатор. Когда вы поднимаете ногу с педали газа, i-ELOOP конвертирует кинетическую энергию в электрическую и «возвращает» обратно на освещение приборов в автомобиле, кондиционирование воздуха или аудио систему. Данная система улучшает расход топлива вашего автомобиля на 5-10%.

mazda.md

Рекуперативное торможение — Википедия

Toyota Prius 2004 — серийный (с 1997) автомобиль с системой рекуперативного торможения У этого термина существуют и другие значения, см. Тормоз.

Рекуперати́вное торможе́ние (от лат. recuperatio «обратное получение; возвращение») — вид электрического торможения, при котором электроэнергия, вырабатываемая тяговыми электродвигателями, работающими в генераторном режиме, возвращается в электрическую сеть.

Рекуперативное торможение широко применяется на электровозах, электропоездах, современных трамваях и троллейбусах, где при торможении электродвигатели начинают работать как электрогенераторы, а вырабатываемая электроэнергия передаётся через контактную сеть либо другим электровозам, либо в общую энергосистему через тяговые подстанции.

Аналогичный принцип используется на электромобилях, гибридных автомобилях, где вырабатываемая при торможении электроэнергия используется для подзарядки аккумуляторов. Некоторые контроллеры двигателей электровелосипедов реализуют рекуперативное торможение.

Проводились также эксперименты по организации рекуперативного торможения других принципов на автомобилях; для хранения энергии использовались маховики, пневматические аккумуляторы (англ.), гидроаккумуляторы и другие устройства.[1]

Использование на легковых и грузовых автомобилях[править | править код]

С развитием рынка гибридных и электроавтомобилей система рекуперации зачастую используется для увеличения дальности пробега автомобиля на электрическом заряде. Наиболее распространенными автомобилями этих классов является Toyota Prius, Chevrolet Volt, Honda Insight, Tesla Model S,3,X,Y

Есть отдельные случаи применения системы рекуперации в автомобиле с привычным бензиновым двигателем для сокращения расхода топлива. Такая система разрабатывалась на а/м Ferrari для обеспечения функционирования внутренних мультимедийных и климатических систем автомобиля от отдельной батареи, заряжаемой рекуперируемой энергией.

Система рекуперации энергии при торможении для электромобилей и электровелосипедов подвергается критике. Тормозной путь автомобиля очень мал по сравнению с проезжаемым путём и составляет от нескольких метров до несколько десятков метров (водитель обычно относительно резко тормозит у самого светофора или места назначения, или вообще подъезжает к месту назначения накатом). За такое короткое время аккумуляторы не успевают сколь-нибудь значительно зарядиться рекуперативным током, даже в городском цикле при частых торможениях. Экономия энергии за счёт рекуперации в лучшем случае составляет доли процента, и поэтому система рекуперативного торможения электромобиля неэффективна и не оправдывает усложнения конструкции. К тому же рекуперативное торможение не освобождает от необходимости обычной колодочной тормозной системы, так как на малых оборотах двигателя в режиме генератора его противо-ЭДС мала и недостаточна для полной остановки автомобиля. Также рекуперативное торможение не решает проблему стояночного тормоза (за исключением искусственного динамического удержания ротора на месте, на что расходуется значительная энергия). В современных электромобилях имеется возможность настройки педали «газа» — при её отпускании электромобиль либо продолжает двигаться по инерции накатом, либо переходит в режим рекуперативного торможения.

Однако рекуперация эффективна для электротранспорта с его частыми участками разгона-торможения, где тормозной путь большой и соизмерим с расстоянием между станциями (метро, пригородные электропоезда).

Использование в автоспорте[править | править код]

В сезоне 2009 года в Формуле-1 на некоторых болидах использовалась система рекуперации кинетической энергии (KERS). Рассчитывалось, что это подстегнёт разработки в области гибридных автомобилей и дальнейшие совершенствования данной системы.

Впрочем, у Формулы-1 с её мощным двигателем разгон на малых скоростях ограничивается сцеплением шин, а не крутящим моментом. На высоких же скоростях использование KERS не столь эффективно. Так что по результатам сезона-2009 оснащённые данной системой болиды не демонстрировали превосходства над соперниками на большинстве трасс. Однако это может объясняться не столько неэффективностью системы, сколько трудностью её применения в условиях строгих ограничений на вес машины, действовавших в 2009 году в Формуле-1. После соглашения команд не использовать KERS в 2010 году для сокращения издержек, в сезоне 2011 года использование системы рекуперации было продолжено.

По состоянию на 2012 год на систему KERS налагаются следующие ограничения[2]: передаваемая мощность не более 60 кВт (около 80 л.с.), ёмкость хранилища не более 400 кДж. Это означает, что 80 л.с. можно использовать не более 6.67 с на круг за один или несколько раз. Таким образом, время круга можно уменьшить на 0.1-0.4 с.

Техническим регламентом Формулы-1, утверждённым FIA на 2014 год, предусмотрен переход на более эффективные турбомоторы со встроенной системой рекуперации (ERS). Применение двойной системы рекуперации (кинетической и тепловой) в сезонах 2014—2015 годов стало гораздо более актуально из-за введения жёстких регламентных ограничений на расход топлива — не более 100 кг на всю гонку (в прошлые годы 150 кг) и мгновенный расход не более 100 кг в час. Неоднократно можно было наблюдать, как во время гонки при выходе из строя системы рекуперации машина начинала быстро терять позиции.

Рекуперативное торможение используется также в гонках на выносливость. Такой системой оснащены спортпрототипы класса LMP1 заводских команд Audi R18 и Toyota TS050 Hybrid, Porsche 919 Hybrid[en].

Рекуперативным торможением на железнодорожном транспорте (в частности, на электровозах и электропоездах, оборудованных системой рекуперативного торможения) называется процесс преобразования кинетической энергии движения поезда в электрическую энергию тяговыми электродвигателями (ТЭД), работающими в режиме генераторов. Выработанная электрическая энергия передается в контактную сеть (в отличие от реостатного торможения, при котором выработанная электрическая энергия гасится на тормозных резисторах, то есть преобразовывается в тепло и рассеивается системой охлаждения). Рекуперативное торможение используется для подтормаживания состава в случаях, когда поезд идет по относительно некрутому уклону вниз, и использование воздушного тормоза нерационально. То есть, рекуперативное торможение используется для поддержания заданной скорости при движении поезда по спуску. Данный вид торможения дает ощутимую экономию энергии, так как выработанная электрическая энергия передается в контактную сеть и может быть использована другими локомотивами на данном участке контактной сети.

Рекуперативное торможение имеет следующие проблемы, которые требуют особого учета при разработке схемы электровоза для их решения:

а) тормозной момент пропорционален не скорости, а разности между скоростью и «скоростью нейтрали», зависящей от настройки системы управления электровоза и напряжения контактной сети. Так, при скорости ниже нейтрали ТЭДы будут тянуть, а не тормозить. Таким образом, при скорости вблизи нейтрали даже небольшие (в процентах) скачки напряжения сети сильно меняют упомянутую разность, а с ней и момент, и приводят к рывкам. Правильное проектирование схемы электровоза снижает этот фактор.

б) при параллельном включении якорей рекуперирующих ТЭД схема может получиться неустойчивой при боксовании и склонной к «сваливанию» в режим, когда один ТЭД работает в моторном режиме, питаясь от второго ТЭДа, работающего как генератор, что подавляет торможение. Решение: включение обмоток возбуждения крест-накрест от «чужого» ТЭД (см. схемы ВЛ8 и ВЛ10).

в) необходимы меры защиты против короткого замыкания контактной сети или на самом электровозе. Для этого используются быстродействующие контакторы, срабатывание которых вызывает в схеме переходный процесс, перемагничивающий обмотки возбуждения ТЭД и ликвидирующий таким образом остаточную намагниченность статора (возбуждения генерации от которой может быть вполне достаточно для перегрева или пожара в случае КЗ в сети).

Ранее рекуперативным торможением оборудовались электровозы постоянного тока ввиду простоты метода переключения ТЭДов в режим генератора (в СССР схема появилась ещё на сурамском поколении электровозов, например, ВЛ22 и с незначительными изменениями применялась до ВЛ11 включительно, в ней решены все три описанные выше проблемы). В электровозах переменного тока существует проблема, которая заключается в преобразовании выработанного постоянного электрического тока в переменный и синхронизация его с частотой тягового тока, эта проблема решается с помощью тиристорных преобразователей[3]. Электровозы переменного тока, созданные до использования тиристорных инверторов (ВЛ60, ЧС4 и ЧС4Т, а также все поколения ВЛ80, кроме ВЛ80Р) не имели возможности рекуперативного торможения.

Рекуперативное торможение редко используется в пассажирском движении, по крайней мере на «классических» до-тиристорных электровозах вроде ВЛ10 и ВЛ11 из-за возникновение ощутимых рывков при переключении тормозной рукоятки локомотива со ступени на ступень, а также при скачках напряжения контактной сети. Большинство пассажирских локомотивов той поры вовсе не имели этой возможности.

Кроме того, рекуперативное торможение, как и реостатное, сжимает состав и создает удар от сжатия сцепных устройств.

Тем не менее рекуперативное торможение широко применяется на моторвагонном подвижном составе (МВПС) постоянного тока (ЭР2Р, ЭР2Т и более поздние электропоезда). В отличие от поездной работы, в МВПС обычно постоянен вес поезда (его почти никогда не переформируют), а также намного выше тяговооружённость. Это сильно упрощает создание автомата управления рекуперативным торможением. Применяется и в грузовых локомотивах, к примеру на 2ЭС6.

Рекуперативное торможение на постоянном токе требует переоборудования тяговых подстанций. Как минимум возможно рассеяние энергии на стационарных резисторах в случае изменения направления тока в фидерах ПС (при этом сохраняется возможность использования энергии рекуперации для тяги другого поезда на этом же участке, что важно при тяжелом профиле пути). Как максимум — необходима установка инверторов.

Рекуперативное торможение на железнодорожных локомотивах может использоваться также для подтормаживания в экстренных аварийных случаях при отказе воздушного тормоза. В частности, имеются сведения о неоднократном применении машинистами рекуперативного торможения на крутом участке Ерал — Симская (Челябинская область)[4][неавторитетный источник?]. Следует отметить, что штатное экстренное торможение на локомотивах производится стравливанием воздуха (стоп-кран в пассажирских вагонах), а при полном отсутствии в системе воздуха тормоза блокируются[5][нет в источнике].

В метрополитенах, где поезда совершают частые остановки, использование рекуперативного торможения очень выгодно. Поэтому уже самые ранние метровагоны имели аппаратуру рекуперативного торможения (за исключением метровагонов, производимых в СССР). Наибольший эффект достигается при согласовании моментов торможения прибывающего на станцию поезда с отправлением другого от той же или со смежной станции. Такая схема движения закладывается в расписание движения поездов.

Использование на городском общественном транспорте[править | править код]

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.

ru.wikipedia.org

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?

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

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!

mbhn.ru

Современные системы рекуперативного торможения на автомобильном транспорте

 

Рекуперати́вное торможе́ние (от лат. recuperatio «обратное получение; возвращение») — вид электрического торможения, при котором электроэнергия, вырабатываемая тяговыми электродвигателями, работающими в генераторном режиме, возвращается в электрическую сеть.

 

 

На сегодняшний день потребность автомобилей в электроэнергии возрастает, что связано с использованием всё большего числа электропотребителей: системы подогрева сидений и руля, «продвинутые» аудиосистемы, навигаторы, телевизоры и многое другое, не говоря уже о современных автомобилях на электротяге, где вопрос источников электричества стоит на первом месте. Так инженеры-конструкторы, многих автозаводов, видят решение этих проблем в использовании системы рекуперативного торможения, которая позволяет не только компенсировать потери электроэнергии, но и продлить ресурс тормозных колодок. Рекуперативные тормозные системы стали также одним из решений проблемы снижения расхода топлива. Они используют электромоторы или генераторы для преобразования энергии замедления автомобиля в электричество, возвращая часть энергии сгоревшего в двигателе топлива обратно.

Разберем наиболее известные системы рекуперации тормозных усилий на сегодняшний день..

Компания Mazda провела исследования того, как на автомобилях происходит разгон и торможение, и разработала высокоэффективную рекуперативную тормозную систему, которая практически мгновенно преобразует в электричество большой объем кинетической энергии при каждом замедлении автомобиля. В отличие от гибридных силовых установок, разработка компании Mazda не нуждается в дополнительном электромоторе и аккумуляторных батареях.[1]

Данная система рекуперации получила название i-ELoop (IntelligentEnergyLoop), что дословно переводится как «умная энергетическая петля», отражая стремление Mazdaк эффективному расходу энергии.

Разберем саму систему i-ELoop…Система i-ELoop включает в себя новый регулируемый генератор (напряжение 12 — 25 В), суперконденсатор с пониженным внутренним сопротивлением и преобразователь постоянного тока. i-ELoop начинает преобразовывать кинетическую энергию в накопление электроэнергии в тот момент, когда водитель начинает отпускать педаль акселератора и автомобиль замедляется. Регулируемый генератор начинает вырабатывать ток напряжением 25 В (для максимальной эффективности), который поступает в суперконденсатор для последующего хранения. Данный суперконденсатор был разработан специально с целью использования в автомобилях. Его полная зарядка занимает всего несколько секунд. Преобразователь постоянного тока вступает в работу, когда запасенная в суперконденсаторе энергия начинает расходоваться на питание электрооборудования автомобиля. Он понижает напряжение с 25 до 12 В, — до уровня, используемого в основной части бортовой электросети автомобиля. При необходимости система также может подзарядить аккумуляторную батарею. i-ELoop включается в работу при каждом замедлении автомобиля, уменьшая количество топлива, которое необходимо сжечь в двигателе для выработки электроэнергии. В результате, при движении в режиме «старт-стоп» экономичность повышается примерно на 10 процентов.[1]

Принципиальная схема работы указана на рисунке ниже:

 

Помимо 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.[2]

Следует также отметить, что система KERS применяется и в автомобилях с гибридной установкой, в частности, в автомобиле Porsche 911 GT3 R Hybrid. В этом автомобиле наибольший интерес вызывает аккумулятор, а точнее гироскопический накопитель энергии, который выполняет роль аккумулятора. По сути же это электродвигатель, но его ротор вращается в вакууме со скорость 40 000 обр/ мин. Разберем принцип работы данной системы: при торможении электродвигатели, установленные на передней оси автомобиля, выполняют роль генератора , раскручивая ротор «аккумулятора» Porsche, в процессе разгона роли меняются и уже «аккумулятор» ,вырабатывая электричество, от полученного вращения, отдает его на питание электродвигателей. У данной схемы есть большое преимущество, по отношению к авто с обычными аккумуляторами, и это возможность быстрой «зарядки» накопителя энергии, что невозможно в литий-ионных аккумуляторах из-за черезмерного перегрева последних.

Из недостатков системы KERSособенно актуален следующий: хоть маховик и вращается в вакууме , но от трения в подшипниках никуда не денешься и , в результате, при долгой остановке , например, на светофоре , значительная часть переданной энергии теряется в пустую: на трение в подшипниках. Поэтому наибольшее применение данная система получила именно в гоночных автомобилях, где время остановок минимально

 

Перейдем к рассмотрению принципа работы ,наверное, самого массового автомобиля с гибридной установкой-ToyotaPrius. Говоря о рекуперации тормозных усилий данного гибрида, следует упомянуть его конструктивные особенности.

Этот автомобиль помимо традиционного ДВС имеет и два электрических мотора/генератора. Они схожи по конструкции, но отличаются по размерам. Оба – трехфазные синхронные двигатели на постоянных магнитах. Их название кажется сложнее, чем сама конструкция. Ротор (часть, которая вращается) представляет собой большой мощный магнит и не имеет никаких электрических соединений. Статор (неподвижная часть, прикрепленная к корпусу автомобиля) содержит три набора обмоток. В зависимости от сигнала программы процессора мотор/генератор может стать как производителем электроэнергии, так и ее потребителем. Эти свойства, собственно говоря, и отразились в названии агрегата.MG1 связан с солнечной шестерней устройства распределения мощности PSD. Он – меньший из двух и имеет максимальную мощность около 33 кВт. Обычно он производит запуск ДВС и регулирует его обороты изменением величины генерируемой электроэнергии. MG2 связан с коронной шестерней планетарного механизма (устройства распределения мощности) и далее через редуктор соединен с колесами. Для упрощения понимания запомним, что MG2 всегда (постоянно) связан с колесами автомобиля. MG2 имеет максимальную мощность 50 кВт. Его иногда называют «тяговым электромотором». Обычная роль MG2 в силовом агрегате – приводить автомобиль в движение как двигатель или вырабатывать электроэнергию как генератор при торможении. Оба мотора/генератора имеют жидкостное охлаждение.[3]

Теперь поговорим о самом режиме рекуперации. Стоит заметить, что Prius способен питать высоковольтную батарею (ВВБ) не только в режиме «торможения», но и в режиме холостого хода ДВС, при движении на умеренных скоростях (до 40 км/ч), при движении накатом и, если необходимая мощность не так высока, часть электричества, производимого MG1, может использоваться для зарядки батареи даже в режиме набора скорости. Вернемся к рекуперации энергии в режиме торможения…

Если вы планируете замедлить движение автомобиля быстрее, чем при движении накатом, используя сопротивление качения, аэродинамическое сопротивление и торможение двигателем, вы нажимаете на педаль тормоза. В обычном автомобиле это давление передается гидравлическим контуром на колесные тормозные механизмы. Тормозные колодки прижимаются к металлическим дискам или барабанам, и энергия движения автомобиля преобразовывается в тепловую, и автомобиль замедляет движение, а затем останавливается. Prius имеет точно такие же тормоза, но имеет и кое-что еще – регенеративное торможение. Что это такое?

Схема работы автомобиля в режиме регенерации энергии выглядит следующим образом:

Во время движения накатом MG2 «организует» генераторную нагрузку, которая имитирует торможение двигателем. При нажатии на педаль тормоза увеличивается генерация электроэнергии MG2, что реализуется резким повышением такой нагрузки. В результате автомобиль быстрее замедляет ход. В отличие от тормозов трения, которые тратят впустую кинетическую энергию на производство тепла, электроэнергия, произведенная регенеративным торможением, сохранится в батарее и в дальнейшем будет использована. Компьютер вычисляет, какое замедление будет произведено таким способом, и на соответствующую величину уменьшает гидравлическое давление, передаваемое фрикционным тормозным механизмам.

В обычном автомобиле в режиме эксплуатации крутого спуска вы переключаетесь на пониженную передачу, чтобы увеличить интенсивность торможения двигателем. Силовой агрегат, противодействуя движению, помогает тормозам замедлить скорость. Тот же выбор режима торможения доступен и Prius. Установив рычаг управления ТС в положение «B», вы, собственно, задаете режим, при котором двигатель будет использован и для торможения. Как правило, двигатель в режиме торможения работает в программе «B». Она реализует задачу таким образом, чтобы мотор/генераторы включились в процесс торможения путем управления электрическими потоками, а ДВС вращался без топлива и с почти закрытым дросселем. Сопротивление, которое создает силовой агрегат, работающий в этой программе, эффективно замедляет автомобиль, уменьшая нагревание тормозов, и позволяет ослабить усилия давления на педаль тормоза. [3]

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

К недостаткам данной системы можно отнести тот факт, что 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.

Говоря о рекуперативной тормозной системе нужно осознавать тот факт, что возможности регенерации энергии на малых скоростях весьма ограничены и, соответственно, тормозящий момент на малых скоростях падает даже, если водитель не меняет положение ноги на педали тормоза. Добавьте к этому ошибочную переоценку тормозного момента, создаваемого фрикционным тормозом, и вы получите ощутимую потерю замедления. Есть еще и третий момент, который влияет на увеличение ошибки системы. На ухабистой дороге, на малой скорости попадание колеса на кочку или ямку может привести к ошибке в определении скорости вращения колеса, что может повлечь команду системы управления на снижение тормозного усилия.[4]

Эти факторы, кажется, не могут значительно повлиять на тормозящие способности автомобиля, но в реальном мире это может привести к увеличению тормозного пути автомобиля на каких-то 30-60 см. Мелочь? Возможно это так, но в плотном городском трафике это может привести к весьма неприятным последствиям.

Именно по этой причине система рекуперативного торможения требует усовершенствований и доработок в области безопасного использования на дорогах общего пользования. Одной из таких доработок может стать альтернативная педаль торможения, которой водитель сможет воспользоваться в случае экстренной ситуации. Гибриды, электрокары да и многие современные автомобиле с традиционным ДВС, в силу своих конструктивных особенностей, имеют лишь две педали управления автомобилем: ,,газ” и ,,тормоз’’- и дополнительная третья педаль, думаю, не вызовет особенных трудностей в управлении ТС. Особенностью дополнительной педали торможения в автомобилях с системой рекуперации будет являться то, что она не будет зависеть от команд ЭБУ, отвечающего за распределение тормозных усилий между генератором и тормозными колодками, а, как и в традиционной системе торможения, будет передавать усилие от педали тормоза непосредственно к тормозным колодкам, тем самым гарантируя 100% срабатывание тормозов в случае необходимости, обеспечивая эффективное торможение на всех режимах движения автомобиля.

Еще одним решением проблемы увеличения тормозного пути автомобиля, при использовании исследуемой системы, может стать режим,,отключения рекуперации тормозных усилий”, который будет рекомендован к использованию в ситуации, когда автомобиль едет в городском трафике с относительно низкими скоростями движения, когда система рекуперации имеет наименьший коэффициент эффективности.

Также можно комбинировать несколько систем в одном автомобиле. К примеру, создать систему рекуперации с электродвигателями на передней оси, работающие по схеме ToyotaPrius, с системой KERS на задней оси, применяемой на автомобилях Volvo. Данный симбиоз двух систем позволит повысить тягово-динамические характеристики автомобиля, особенно при старте, и уменьшит тормозной путь, без применения тормозных колодок, поскольку тормозной момент будет создаваться не только работающими генераторами, но и маховиком, что должно значительно повысить эффективность рекуперации и продлить срок службы тормозных колодок.

Так любое из этих решений позволит сделать автомобили с рекуперативной тормозной системой более безопасными, возможно, даже, по сравнению с автомобилями использующими обычную систему торможения, поскольку, при правильной работе систем рекуперации, тормозной момент создается не только тормозными цилиндрами по средствам колодок, но и генераторам либо маховиком

 

Список используемой литературы:

1. Электронно-информационный ресурс [https://www.drive.ru/blogs/mazda/4efb33b900f11713001e6874.html ]

2. Электронно-информационный ресурс [https://www.drive2.ru/b/1435051 ]

3. Электронно-информационный ресурс [http://www.abs-magazine.ru/article/tehnologii-remonta-iobslujivaniya-gibridnih-avtomobiley-shkola-sergeya-gordeeva-urok-tretiy]

4. Электронно-информационный ресурс [http://www.facepla.net/index.php/content-info/346-recuperate-friction-regen-braking ]

 

Читайте также:


Рекомендуемые страницы:

Поиск по сайту



Поиск по сайту:

poisk-ru.ru

Все о системах рекуперации электроэнергии торможением

Электродвигатели предназначены для приведения в движение различных механизмов, но после завершения движения механизм необходимо остановить. Для этого можно использовать тоже электрическую машину и метод рекуперации. О том, что такое рекуперация электроэнергии, рассказывается в этой статье.

Рекуперация электроэнергии в электровелосипеде

Что такое рекуперация

Название этого процесса происходит от латинского слова “recuperatio”, которое переводится как  “обратное получение”. Это возврат части израсходованной энергии или материалов для повторного использования.

Этот процесс широко используется в электротранспорте, особенно работающем на аккумуляторах. При движении под уклон и во время торможения системы рекуперации возвращает кинетическую энергию движения обратно в аккумулятор, подзаряжая их. Это позволяет проехать без подзарядки большее расстояние.

Рекуперативное торможение

Один из видов торможения – это рекуперативное. При этом скорость вращения электродвигателя больше, чем заданная параметрами сети: напряжением на якоре и обмотке возбуждения в двигателях постоянного тока или частотой питающего напряжения в синхронных или асинхронных двигателях. При этом электродвигатель переходит в режим генератора, а выработанную энергию отдаёт обратно в сеть.

Основным достоинством рекуператора является экономия электроэнергии. Это особенно заметно при движении по городу с постоянно изменяющейся скоростью, пригородном электротранспорте и метрополитене с большим количеством остановок и торможением перед ними.

Кроме достоинств, рекуперация имеет недостатки:

  • невозможность полной остановки транспорта;
  • медленная остановка при малых скоростях;
  • отсутствие тормозного усилия на стоянке.

Для компенсации этих недостатков на транспортных средствах устанавливается дополнительная система механических тормозов.

Как работает система рекуперации

Для обеспечения работы эта система должна обеспечивать питание электродвигателя от сети и возврат энергии во время торможения. Проще всего это осуществляется в городском электротранспорте, а также в старых электромобилях, оснащенных свинцовыми аккумуляторами, электродвигателями постоянного тока и контакторами, – при переходе на пониженную передачу при высокой скорости режим возврата энергии включается автоматически.

В современном транспорте вместо контакторов используется ШИМ-контроллер. Это устройство позволяет возвращать энергию как в сеть постоянного, так и переменного тока. При работе оно работает как выпрямитель, а во время торможения определяет частоту и фазу сети, создавая обратный ток.

Интересно. При динамическом торможении электродвигателей постоянного тока они так же переходят в режим генератора, но вырабатывающаяся энергия не возвращается в сеть, а рассеивается на добавочном сопротивлении.

Силовой спуск

Кроме торможения, рекуператор используется для уменьшения скорости при опускании грузов грузоподъёмными механизмами и во время движения вниз по наклонной дороге электротранспорта. Это позволяет не использовать при этом изнашиваемый механический тормоз.

Применение рекуперации в транспорте

Этот метод торможения используется много лет. В зависимости от вида транспорта, его применение имеет свои особенности.

В электромобилях и электровелосипедах

При движении по дороге, а тем более, по бездорожью электропривод почти всё время работает в тяговом режиме, а перед остановкой или перекрёстком – “накатом”. Остановка производится, используя механические тормоза из-за того, что рекуперация при малых скоростях неэффективна.

Кроме того, КПД аккумуляторов в цикле “заряд-разряд” далёк от 100%. Поэтому, хотя такие системы и устанавливаются на электромобили, большую экономию заряда они не обеспечивают.

Схема рекуперации в автомобиле

На железной дороге

Рекуперация в электровозах осуществляется тяговыми электродвигателями. При этом они включаются в режиме генератора, преобразующего кинетическую энергию поезда в электроэнергию. Эта энергия отдаётся обратно в сеть, в отличие от реостатного торможения, вызывающего нагрев реостатов.

Рекуперация используется также при длительном спуске по склону для поддержания постоянной скорости. Этот метод позволяет экономить электроэнергию, которая отдается обратно в сеть и используется другими поездами.

Раньше этой системой оборудовались только локомотивы, работающие от сети постоянного тока. В аппаратах, работающих от сети переменного тока, есть сложность с синхронизацией частоты отданной энергии с частотой сети. Сейчас эта проблема решается при помощи тиристорных преобразователей.

Режим рекуперации поезда

В метро

В метрополитене во время движения поездов происходит постоянный разгон и торможение вагонов. Поэтому рекуперация энергии даёт большой экономический эффект. Он достигает максимума, если это происходит одновременно в разных поездах на одной станции. Это учитывается при составлении расписания.

В городском общественном транспорте

В городском электротранспорте эта система устанавливается практически во всех моделях. Она используется в качестве основной до скорости 1-2 км/ч, после чего становится неэффективной, и вместо неё включается стояночный тормоз.

В Формуле-1

Начиная с 2009 года, в некоторых машинах устанавливается система рекуперации. В этом году такие устройства ещё не давали ощутимого превосходства.

В 2010 году такие системы не использовались. Их установка с ограничением на мощность и объём рекуперированной энергии возобновилась в 2011 году.

Торможение асинхронных двигателей

Снижение скорости асинхронных электродвигателей осуществляется тремя способами:

  • рекуперация;
  • противовключение;
  • динамическое.

Рекуперативное торможение асинхронного двигателя

Рекуперация асинхронных двигателей возможна в трёх случаях:

  • Изменение частоты питающего напряжения. Возможно при питании электродвигателя от преобразователя частоты. Для перехода в режим торможения частота уменьшается так, чтобы скорость вращения ротора оказалась больше синхронной;
  • Переключением обмоток и изменением числа полюсов. Возможно только в двух,- и многоскоростных электродвигателях, в которых несколько скоростей предусмотрены конструктивно;
  • Силовой спуск. Применяется в грузоподъёмных механизмах. В этих аппаратах устанавливаются электродвигатели с фазным ротором, регулировка скорости в которых осуществляется изменением величины сопротивления, подключаемого к обмоткам ротора.

В любом случае при торможении ротор начинает обгонять поле статора, скольжение становится больше 1, и электромашина начинает работать как генератор, отдавая энергию в сеть.

Схема электродвигателя с фазным ротором

Противовключение

Режим противовключения осуществляется переключением двух фаз, питающих электромашину, между собой и включением вращения аппарата в обратную сторону.

Возможен вариант включения при противовключении добавочных сопротивлений в цепь статора или обмоток фазного ротора. Это уменьшает ток и тормозной момент.

Важно! На практике этот способ применяется редко из-за превышения токов в 8-10 раз выше номинальных (за исключением двигателей с фазным ротором). Кроме того, аппарат необходимо вовремя отключить, иначе он начнёт вращаться в обратную сторону.

Динамическое торможение асинхронного двигателя

Этот метод осуществляется подачей в обмотку статора постоянного напряжения. Для обеспечения безаварийной работы электромашины ток торможения не должен превышать 4-5 токов холостого хода. Это достигается включением в цепь статора дополнительного сопротивления или использованием понижающего трансформатора.

Постоянный ток, протекающий в обмотках статора, создаёт магнитное поле. При пересечении его в обмотках ротора наводится ЭДС, и протекает ток. Выделившаяся мощность создаёт тормозной момент, сила которого тем больше, чем выше скорость вращения электромашины.

Фактически асинхронный электродвигатель в режиме динамического торможения превращается в генератор постоянного тока, выходные клеммы которого закорочены (в машине с короткозамкнутым ротором) или включенные на добавочное сопротивление (электромашина с фазным ротором).

Схема динамического торможения асинхронного электродвигателя

Рекуперация в электрических машинах – это вид торможения, позволяющий сэкономить электроэнергию и избежать износа механических тормозов.

Видео

Оцените статью:

jelectro.ru

Рекуперативное торможение на суперконденсаторах | АльтерСинтез

30.11.11

Рекуперативное торможение и система i-ELOOP в автомобилях Мазда

Эта технология может применяться в автомобилях с топливным двигателем для питания электроники и подзарядки аккумуляторов. Рекуперативным торможением называют преобразование кинетической энергии в электрическую во время замедления скорости транспортного средства. Помимо электропоездов, а также современных трамваев и троллейбусов, его активно используют в автомобилях с гибридным двигателем: «избыточное» электричество накапливается в батареях.

Инженеры Mazda предложили заменить батареи ионисторами (суперконденсаторами), что позволило бы «вооружить» этой системой авто с традиционными двигателями внутреннего сгорания.

Сама идея такой замены была реализована ещё в 2007 году, однако это был, во-первых, гоночный автомобиль (Toyota Supra HV-R), а во-вторых, всё тот же гибрид. Так что топливные машины Mazda первыми в своём классе перейдут на рекуперативное торможение.

Система i-ELOOP использует генератор с регулируемым напряжением на 12–25 В, который преобразует энергию в ток, прежде чем передать его ионистору. А для перенаправления запасённого электричества транспортным приборам (например, климат-контролю или аудиосистеме) применяется преобразователь постоянного тока, понижающий напряжение с 25 до 12 В. Таким образом, система не нуждается в электромоторе или батареях.

Разработчики утверждают, что i-ELOOP экономит около 10% топлива во время поездки по городу. Внедрение технологии должно начаться в 2012 году. В компании уточняют, что для гибридных моделей планируется задействовать «чужую» систему рекуперативного торможения, лицензия на которую была в прошлом году куплена у Toyota.

— compulenta.ru —

Комментарии:

Автомобиль Tilter — электрическое трехколесное чудоГибридный класс в линейке автомобилей Mercedes-Benz — B-Class E-Cell Plus

www.altsyn.com

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о