Регенеративті тежеу жүйелері қалай жұмыс істейді
Электрлік және гибридті көліктердің дамуы көптеген адамдардың «регенеративті тежеу» терминін естуіне себеп болды. Бұл технология көбінесе электр көліктерінің қазба отынымен жүретін көліктерге қарағанда тиімдірек болуының бір себебі ретінде айтылады. Бірақ көлік бір уақытта «тежегенде» және «зарядталғанда» не болады? Бұл мақалада регенеративті тежеу жүйелерінің қалай жұмыс істейтіні, оған қатысатын компоненттер және олардың күнделікті қолданыстағы артықшылықтары мен шектеулері талқыланады.
Регенеративті тежеу дегеніміз не?
Регенеративті тежеу – көлік құралының баяулаған кездегі кинетикалық энергиясын электр энергиясына айналдыру үшін пайдаланатын тежеу жүйесі, ол содан кейін аккумуляторда сақталады. Дәстүрлі тежеуде (диск немесе барабан тежегіштері) бұл маңызды кинетикалық энергияның көп бөлігі тежегіш жастықшалары мен диск немесе барабан арасындағы үйкеліс салдарынан жылуға айналады. Бұл жылу ауаға бөлінеді және пайдаланылмайды.
Керісінше, регенеративті тежеу әдетте босқа кететін энергияның бір бөлігін «қайтарып алуға» тырысады. Сондықтан ол регенеративті деп аталады — үдеу кезінде бөлінетін энергия баяулау кезінде «қалпына келтіріледі».
Оның артындағы физика принципі: қозғалтқыш генераторға айналады
Регенеративті тежеудің негізінде электр қозғалтқышы екі бағытта да жұмыс істей алады деген қағида жатыр:
1. Қозғалтқыш ретінде (жетек режимі): батареядан шығатын электр энергиясы дөңгелектерді айналдыру үшін механикалық энергияға айналады.
2. Генератор ретінде (тежеу режимі): дөңгелектерден шығатын механикалық энергия қайтадан электр энергиясына айналады.
Жүргізуші газ педальын жібергенде немесе тежегіш педальын басқанда, көліктің басқару жүйесі электр қозғалтқышын генераторға айналдырады. Бұл инвертор және қозғалтқыш контроллері арқылы қозғалтқыштағы ток пен магнит өрісін реттеу арқылы жүзеге асырылады. Қозғалтқыш дөңгелектермен айналуға «мәжбүрленгенде» электр энергиясын өндіреді. Сонымен қатар, бұл электр генерациясы айналуға қарама-қарсы бағытта момент жасайды - бұл тежеу ретінде сезіледі.
Қарапайым тілмен айтқанда: дөңгелектер қозғалтқышты айналдырады, қозғалтқыш электр тогын өндіреді, ал электромагниттік кедергі көліктің жылдамдығын баяулатады.
Регенеративті тежеу жүйесінің негізгі компоненттері
Бұл жүйенің жұмыс істеуі үшін бірнеше компоненттер бірге жұмыс істейді:
1. Электр қозғалтқышы (тарту қозғалтқышы)
Қозғалтқыш жетекші рөл атқарады. Қазіргі заманғы электр көліктерінде, мотоцикл түрі Кең таралғандарына тұрақты магнитті синхронды қозғалтқыштар (PMSM) және асинхронды қозғалтқыштар жатады. Екеуі де баяулау кезінде генератор ретінде жұмыс істей алады.
2. Инвертор және қозғалтқыш контроллері
Инвертор қозғалтқышқа келетін айнымалы ток (AC) ағынын реттейді және оны момент пен жылдамдық талаптарына сәйкес түрлендіреді. Регенеративті тежеу кезінде инвертор қозғалтқыштан (қазір генератор ретінде әрекет етеді) энергияны батареяны зарядтау жүйесіне бағыттайды.
3. Батарея (немесе басқа энергия сақтау құрылғысы)
Қалпына келтірілген электр энергиясы сақталуы керек. Бұл әдетте литий-ионды батареяларда сақталады. Кейбір қолданбаларда (мысалы, автобустар немесе белгілі бір жоғары өнімді көліктер) суперконденсаторларды қысқа мерзімде үлкен зарядтау токтарын өңдеу үшін де пайдалануға болады.
4. Батареяны басқару жүйесі (BMS)
BMS қауіпсіз зарядтауды қамтамасыз етеді: ол батареяның кернеуін, тогын және температурасын бақылайды. Егер батарея тым толып кетсе, тым суық болса, тым ыстық болса немесе зарядтау тогы тым жоғары болса, регенерация шектелуі мүмкін.
5. Үйкеліс тежегіш жүйесі
Регенеративті құрал көлік құралын баяулатуға көмектессе де, көліктерге әлі де тежегіш қажет Дәстүрлі тежеу белгілі бір жағдайларда қолданылады: апаттық тежеу, өте төмен жылдамдықтар немесе батареяны зарядтау мүмкін болмаған кезде. Міне, сондықтан аралас тежеу түсінігі бар: табиғи педаль сезімін және қауіпсіз тежеу қашықтығын сақтау үшін автоматты түрде реттелетін регенеративті тежеу мен үйкеліс тежеуінің үйлесімі.
Жүргізуші тежегішті басқан кезде процесс қалай жұмыс істейді?
Оңайырақ болу үшін, көлік жүріп келе жатып, қызыл бағдаршамға жақындаған кездегі кең таралған жағдайды елестетіп көріңіз.
1. Жүргізуші газ педальын жібереді.
Көптеген электромобильдерде бұл жеңіл регенерацияны бастауға жеткілікті. Көлік тежегіш педальға тимей-ақ, әсіресе "бір педальмен жүргізу" режимінде баяулайтын сияқты.
2. Басқару жүйесі баяулау талаптарын есептейді.
Көлік компьютері (ECU) педаль кірісін, жылдамдықты, аккумулятордың күйін, шиналардың тартылуын және көліктің тұрақтылығы туралы деректерді оқиды.
3. Қозғалтқыш генератор режиміне ауысады.
Теріс айналу моменті пайда болады. Регенерация неғұрлым көп болса, баяулау әсері соғұрлым күшті болады.
4. Электр энергиясы батареяға беріледі.
Инвертор BMS анықтаған қауіпсіз шектерде өндірілген токты батареяға бағыттайды.
5. Егер регенерация жеткіліксіз болса, үйкеліс тежегіштері көмектеседі.
Егер жүргізушіге күштірек тежеу қажет болса немесе батареяның жағдайы зарядтауға мүмкіндік бермесе, диск/барабан тежегіштері тежеудің бір бөлігін немесе барлығын өз мойнына алады.
Іс жүзінде жүргізуші бұл процесс туралы ойланудың қажеті жоқ, себебі бәрі автоматты түрде жүреді. Жалғыз байқалатын әсер - көліктің тиімділігінің артуы, ал кейбір модельдерде екі жүйенің үйлесіміне байланысты тежегіш педаль аздап басқаша сезіледі.
Неліктен регенеративті күш әрқашан күшті бола бермейді немесе әрқашан белсенді бола бермейді?
Көптеген адамдар: «Егер тежеу кезінде зарядтауға болатын болса, неге оны әрқашан максималды қуатта жасамасқа?» деп сұрайды. Кейбір айқын шектеулер бар:
1. Толық батарея (жоғары SOC)
Батарея заряды 100%-ға жақындаған кезде қосымша энергияға орын өте аз болады. BMS батареяның шамадан тыс зарядталуын болдырмау үшін регенерацияны азайтады немесе өшіреді.
2. Батарея температурасы тым төмен немесе тым жоғары
Литий-ионды батареялардың жұмыс температурасының шектеулері бар. Өте суық болған кезде олардың зарядтау тогын көтеру қабілеті төмендейді. Тым ыстық болған кезде, белсенді зарядтау ыдырауды жеделдетуі мүмкін. Нәтижесінде регенерация шектеулі.
3. Төмен жылдамдық
Өте төмен жылдамдықта (мысалы, тоқтау нүктесіне жақын) регенерация әдетте әлсірейді, себебі қозғалтқыштың тежеу айналдыру моментін және қуатын жасау қабілеті төмен айналымдарда төмендейді. Бұл кезде үйкеліс тежегіштері толығымен тоқтату үшін тиімдірек.
4. Тартылым және тұрақтылық
Егер жол тайғақ болса, шамадан тыс регенерация дөңгелектердің, әсіресе жетек дөңгелектеріндегі, тартылыс күшін жоғалтуына әкелуі мүмкін. Тартылыс басқару жүйесі және ABS тұрақтылықты сақтау үшін регенерациялық моментті азайтады.
5. Кенеттен тежеу өтінімі
Апаттық тежеу кезінде жүйе барлығын барынша арттырады: мүмкіндігінше регенерация, бірақ үйкеліс тежегіштері максималды және тұрақты баяулауды қамтамасыз ету үшін негізгі компонент болып қала береді.
Қанша энергияны «қайтаруға» болады?
Регенеративті тежеу қозғалтқыштағы, инвертордағы, кабельдердегі және батареяны зарядтаудағы шығындарға байланысты энергияның 100%-ын қалпына келтіре алмайды. Дегенмен, қалада жиі тоқтап, кетіп бара жатқан көлік жүргізу кезінде регенеративті тежеу тиімділікке айтарлықтай әсер етуі мүмкін.
Электр көліктерінде регенерация әсіресе келесі жағдайларда пайдалы:
– қызыл бағдаршамда жиі тоқтайды,
– жолмен төмен қарай,
– кептелісте көлік жүргізу.
Сонымен қатар, тұрақты жылдамдықтағы ақылы жолдарда тежеу сирек кездесетіндіктен, қалпына келу мүмкіндігі аз.
Регенеративті тежеудің артықшылықтары
1. Энергия тиімділігінің жоғарылауы
Әдетте жылу ретінде жоғалатын энергияның бір бөлігін қайта пайдалануға болады, бұл диапазонды арттырады.
2. Тежегіш тозуын азайтыңыз
Үйкеліс тежегіштері сирек қолданылатындықтан, тежегіш колодкалары мен дискілері ұзағырақ қызмет ете алады.
3. Түсу кезінде басқару ыңғайлырақ
Төмен түсетін жолдарда регенерация тежегішті үнемі баспай жылдамдықты сақтауға көмектеседі, бұл тежегіштің өшу қаупін азайтады.
4. Бір педальмен жүру тәжірибесін қолдайды
Кейбір электромобильдерде жүргізушілер үдеу мен баяулауды бір ғана педальмен басқара алады, бұл ауыр көлік кептелісінде тиімдірек.
Шектеулер мен қиындықтар
Күрделі болғанымен, регенерация дәстүрлі тежегіштерді толық алмастыра алмайды. Бұл жүйе батареяның күйіне, тарту күшіне және тежеу қажеттілігіне негізделген. Сонымен қатар, регенеративтік және үйкеліс тежеу арасындағы ауысу «таңқаларлық» немесе тұрақсыз педаль сезімін тудырмас үшін аралас тежеу дизайны дәл болуы керек.
Кейбір көліктерде иелері сирек қолданылатын үйкеліс тежегіштерінің дискілерінде тот пайда болуы мүмкін екенін білуі керек (әсіресе ылғалды жерлерде). Сондықтан өндірушілер тежегіш беттерін «тазалау» үшін кейде жеңіл үйкеліс тежегішін қолдануды ұсынады.
Жабу
Регенеративті тежеу жүйелері көлік баяулаған кезде электр қозғалтқышын генераторға айналдыру арқылы жұмыс істейді , әдетте жылу ретінде жоғалатын кинетикалық энергияны электр энергиясына айналдырып, оны батареяда сақтайды. Бұл технология тиімділікті арттырады, тежегіштің тозуын азайтады және жүргізуді тегістейді, әсіресе қалалық ортада. Дегенмен, регенеративті тежеудің батареяның жағдайына, температурасына, жылдамдығына және жолдағы тарту күшіне байланысты шектеулері бар, сондықтан қауіпсіздік үшін ол әлі де дәстүрлі тежегіштермен бірге жұмыс істеуі керек.
Қаласаңыз, мен бұл мақаланы белгілі бір контекстке бейімдей аламын — мысалы, мектеп тапсырмасы, автомобиль блогы немесе презентация материалы үшін — және жұмыс процесінің иллюстрацияларын немесе регенерация тиімділігін есептеу мысалдарын қоса аламын.
