Hoe regeneratief remmen werkt bij elektrische voertuigen

Remmen is een van de belangrijkste aspecten van een voertuig. Het mechanische remsysteem dat we in onze voertuigen gebruiken heeft als groot nadeel dat het de kinetische energie van het voertuig verspilt aan warmte. Dit verlaagt de algehele efficiëntie van het voertuig door het brandstofverbruik te beïnvloeden. In de stedelijke rijcyclus hebben we de neiging om het voertuig vaker te starten en te stoppen in vergelijking met de rijcyclus op de snelweg. Omdat we vaak op de rem trappen tijdens een stadsrit, is het energieverlies groter. Ingenieurs kwamen met het regeneratieve remsysteemom de kinetische energie terug te winnen die als warmte wordt afgegeven tijdens het remmen in de traditionele remmethode. Volgens de wetten van de fysica kunnen we niet alle kinetische energie terugkrijgen die verloren is gegaan, maar toch kan een aanzienlijke hoeveelheid kinetische energie worden omgezet en opgeslagen in een batterij of supercondensator. De teruggewonnen energie helpt bij het verbeteren van het brandstofverbruik bij conventionele voertuigen en bij het vergroten van de actieradius bij elektrische voertuigen. Opgemerkt moet worden dat het proces van regeneratief remmen verliezen heeft terwijl de kinetische energie wordt teruggewonnen. Voordat je verder gaat, kun je ook andere interessante artikelen over elektrische voertuigen lezen:

• Een ingenieursinleiding tot elektrische voertuigen (EV's)
• Typen motoren die worden gebruikt in elektrische voertuigen

Het concept van regeneratief remmen kan worden geïmplementeerd in conventionele voertuigen met vliegwielen. Vliegwielen zijn schijven met een hoge inertie die met een zeer hoge snelheid draaien. Ze fungeren als een mechanisch energieopslagapparaat door de kinetische energie van het voertuig tijdens het remmen op te nemen (op te slaan). De energie die tijdens het remmen wordt teruggewonnen, kan worden gebruikt om het voertuig te helpen bij het starten of het oprijden van een heuvel.

Bij elektrische voertuigen kunnen we het regeneratief remmen op een veel efficiëntere manier elektronisch integreren. Hierdoor zijn er minder zware vliegwielen nodig, wat extra gewicht toevoegt aan het totale gewicht van het voertuig. Elektrische voertuigen hebben een inherent probleem van bereikangst bij gebruikers. Hoewel de gemiddelde snelheid van het voertuig in de stadscyclus ongeveer 25-40 km / u bedraagt, raakt de batterij snel leeg door veelvuldig optrekken en remmen. We weten dat motoren onder bepaalde omstandigheden als generator kunnen werken. Door deze functie te gebruiken, kan worden voorkomen dat de kinetische energie van het voertuig verloren gaat. Wanneer we de rem bekrachtigen in elektrische voertuigen, vermindert de motorcontroller (op basis van de output van de rempedaalsensor) de prestaties of stopt de motor. Tijdens deze operatie is de motorcontroller ontworpen omrecupereer de kinetische energie en sla deze op in de batterij of de condensatorbanken. Regeneratief remmen helpt de actieradius van de elektrische auto met 8-25% te vergroten. Behalve dat het energie bespaart en de actieradius vergroot, helpt het ook bij een effectieve controle van de remwerking.

Bij het mechanische remsysteem wordt een omgekeerd koppel uitgeoefend op het wiel wanneer we het rempedaal intrappen. Evenzo wordt in de regeneratieve remmodus de snelheid van het voertuig verminderd door een negatief koppel (tegengesteld aan de beweging) in de motor te initiëren met behulp van de motorcontroller. Soms raken mensen in de war wanneer ze het concept visualiseren dat de motor als generator fungeert wanneer deze in omgekeerde richting draait in de regeneratieve remmodus. In dit artikel kan men begrijpen hoe de kinetische energie kan worden teruggewonnen via regeneratieve remmethode in elektrische voertuigen.

Hoe een motor werkt als generator

Ten eerste zullen we ons concentreren op het begrijpen hoe een motor als generator kan werken. We hebben allemaal de DC-motor met permanente magneet gebruikt in robottoepassingen zoals lijnvolger. Wanneer het wiel van de robot die op de motor is aangesloten vrij wordt gedraaid (extern met de hand), raakt soms het motorbesturings-IC beschadigd. Dit gebeurt omdat de motor als een generator fungeert en de gegenereerde tegen-EMF (omgekeerde spanning van grotere omvang) wordt toegepast over de driver-IC, waardoor deze wordt beschadigd. Wanneer we het anker in deze motoren roteren, snijdt het de flux van de permanente magneten af. Als gevolg hiervan wordt EMF geïnduceerd om de verandering in flux tegen te gaan. Daarom kunnen we een spanning meten aan de klemmen van de motor. Het is omdat de EMF aan de achterkant een functie is van de rotorsnelheid (rpm). Als het toerental hoger is en als de gegenereerde back-emf meer is dan de voedingsspanning, werkt de motor als een generator. Laten we nu eens kijkenhoe dit principe werkt in elektrische voertuigen om energieverlies door remmen te voorkomen.

Wanneer de motor het voertuig versnelt, neemt de bijbehorende kinetische energie toe als een kwadraat van de snelheid. Tijdens het uitrollen komt het voertuig tot stilstand wanneer de kinetische energie nul wordt. Als we in een elektrisch voertuig op de rem trappen, werkt de motorcontroller zo dat de motor tot stilstand komt of zijn snelheid vermindert. Dit omvat het omkeren van de richting van het motorkoppel in die van de draairichting. Tijdens dit proces genereert de rotor van de motor die is verbonden met de aandrijfas een EMF in de motor (analoog aan een aandrijfmotor / turbine die de rotor van de generator aandrijft). Wanneer de gegenereerde EMF meer is dan de spanning van de condensatorbank, stroomt het vermogen van de motor naar de bank. De teruggewonnen energie wordt dus opgeslagen in de batterij of de condensatorbank.

Hoe regeneratief remmen werkt in elektrische voertuigen

Laten we eens kijken dat een auto een driefasige AC-inductiemotor heeft als motor voor zijn voortstuwing. Uit de motorkarakteristieken weten we dat wanneer een driefasige inductiemotor boven zijn synchrone snelheid draait, de slip negatief wordt en de motor als generator (dynamo) werkt. Onder praktische omstandigheden is de snelheid van een inductiemotor altijd lager dan de synchrone snelheid. De synchrone snelheidis de snelheid van het roterende magnetische veld van de stator geproduceerd door de interactie van driefasige voeding. Op het moment dat de motor wordt gestart, is de EMF die in de rotor wordt geïnduceerd maximaal. Als de motor begint te draaien, neemt de door EMF geïnduceerde af als functie van slip. Wanneer de rotorsnelheid de synchrone snelheid bereikt, is de geïnduceerde EMF nul. Als we op dit punt proberen de rotor boven deze snelheid te laten draaien, wordt EMF geïnduceerd. In dit geval levert de motor actief vermogen terug aan het lichtnet of de voeding. We remmen af ​​om de snelheid van het voertuig te verlagen. In dit geval kunnen we niet verwachten dat de rotorsnelheid de synchrone snelheid overschrijdt. Dit is waar de rol van motorcontroller in beeld komt. Voor een beter begrip kunnen we visualiseren zoals het onderstaande voorbeeld.

Laten we aannemen dat de motor draait met 5900 tpm en de voedingsfrequentie 200 Hz is als we remmen, we het toerental moeten verlagen of tot nul moeten terugbrengen. De controller handelt volgens de input van de rempedaalsensor en voert die handeling uit. Tijdens dit proces stelt de controller de voedingsfrequentie lager dan de 200 Hz, zoals 80 Hz. Daarom wordt de synchrone snelheid van de motor 2400 tpm. Vanuit het perspectief van de motorcontroller is de snelheid van de motor meer dan zijn synchrone snelheid. Omdat we het toerental verlagen tijdens het remmen, werkt de motor nu als generator totdat het toerental afneemt tot 2400. Gedurende deze periode kunnen we vermogen uit de motor halen en opslaan in de accu of condensatorbank.Opgemerkt moet worden dat de batterij tijdens het regeneratieve remproces stroom blijft leveren aan de driefasige inductiemotoren. Het is omdat de inductiemotoren geen magnetische fluxbron hebben wanneer de voeding UIT is. Daarom trekt de motor, wanneer hij als generator fungeert, reactief vermogen uit de voeding om de fluxkoppeling tot stand te brengen en levert hij actief vermogen terug. Voor verschillende motoren is het principe van het terugwinnen van kinetische energie tijdens regeneratief remmen verschillend. Permanente-magneetmotoren kunnen zonder enige stroomvoorziening als generator werken omdat deze magneten in de rotor heeft om magnetische flux te produceren. Evenzo bevatten weinig motoren restmagnetisme dat de externe excitatie elimineert die nodig is om een ​​magnetische flux te creëren.Het is omdat de inductiemotoren geen magnetische fluxbron hebben wanneer de voeding UIT is. Daarom trekt de motor, wanneer hij als generator fungeert, reactief vermogen uit de voeding om de fluxkoppeling tot stand te brengen en levert hij actief vermogen terug. Voor verschillende motoren is het principe van het terugwinnen van kinetische energie tijdens regeneratief remmen verschillend. Permanente-magneetmotoren kunnen zonder enige stroomvoorziening als generator werken omdat deze magneten in de rotor heeft om magnetische flux te produceren. Evenzo bevatten weinig motoren restmagnetisme dat de externe excitatie elimineert die nodig is om een ​​magnetische flux te creëren.Het is omdat de inductiemotoren geen magnetische fluxbron hebben wanneer de voeding UIT is. Daarom trekt de motor, wanneer hij als generator fungeert, reactief vermogen uit de voeding om de fluxkoppeling tot stand te brengen en levert hij actief vermogen terug. Voor verschillende motoren is het principe van het terugwinnen van kinetische energie tijdens regeneratief remmen verschillend. Permanente-magneetmotoren kunnen zonder enige stroomvoorziening als generator werken omdat deze magneten in de rotor heeft om magnetische flux te produceren. Evenzo bevatten weinig motoren restmagnetisme dat de externe excitatie elimineert die nodig is om een ​​magnetische flux te creëren.het principe van het terugwinnen van kinetische energie tijdens regeneratief remmen is anders. Permanente-magneetmotoren kunnen zonder enige stroomvoorziening als generator werken, omdat deze magneten in de rotor heeft om magnetische flux te produceren. Evenzo bevatten weinig motoren restmagnetisme dat de externe excitatie elimineert die nodig is om een ​​magnetische flux te creëren.het principe van het terugwinnen van kinetische energie tijdens regeneratief remmen is anders. Permanente-magneetmotoren kunnen zonder enige stroomvoorziening als generator werken omdat deze magneten in de rotor heeft om magnetische flux te produceren. Evenzo bevatten weinig motoren restmagnetisme dat de externe excitatie elimineert die nodig is om een ​​magnetische flux te creëren.

Bij de meeste elektrische voertuigen is de elektromotor alleen aangesloten op de enkele aandrijfas (meestal op de achterwielaangedreven as). In dit geval hebben we een mechanisch remsysteem (hydraulisch remmen) nodig voor de voorwielen. Dit betekent dat de controller tijdens het remmen de coördinatie tussen zowel het mechanische als het elektronische remsysteem moet behouden.

Is regeneratief remmen de moeite waard om in alle elektrische voertuigen te worden geïmplementeerd?

Het concept van de regeneratieve remmethode biedt geen twijfel over het potentieel om energie terug te winnen, maar het heeft ook enkele beperkingen. Zoals eerder opgemerkt, is de snelheid waarmee de batterijen kunnen opladen laag in vergelijking met de snelheid waarmee ze kunnen ontladen. Dit beperkt de hoeveelheid teruggewonnen energie die de accu's kunnen opslaan bij plotseling remmen (snelle vertraging). Het wordt niet aangeraden om regeneratief remmen te gebruiken onder volledig opgeladen omstandigheden. Het is omdat overladen de batterijen kan beschadigen, maar het elektronische circuit voorkomt dat ze worden overladen. In dit geval kan de condensatorbank de energie opslaan en helpen bij het vergroten van het bereik. Als het er niet is, worden de mechanische remmen toegepast om het voertuig te stoppen.

We weten dat de kinetische energie wordt gegeven door 0,5 * m * v ². De hoeveelheid energie die we kunnen ophalen is afhankelijk van de massa van het voertuig en ook van de snelheid waarmee het rijdt. De totale massa zit meer in zware voertuigen zoals elektrische auto's, elektrische bussen en vrachtwagens. In de stadscyclus zouden deze zware voertuigen na acceleratie een groot momentum winnen, ondanks het feit dat ze met lage snelheid rijden. Dus tijdens het remmen is de beschikbare kinetische energie meer in vergelijking met een elektrische scooter die met dezelfde snelheid rijdt. Daarom is de effectiviteit van regeneratief remmen groter bij elektrische auto's, bussen en andere zware voertuigen. Hoewel maar weinig elektrische scooters regeneratief remmen hebben, is de impact ervan op het systeem (de hoeveelheid teruggewonnen energie of de grotere actieradius) niet zo effectief als bij elektrische auto's.

De behoefte aan condensatorbanken of ultracondensatoren

Tijdens het remmen moeten we de auto onmiddellijk stoppen of de snelheid verlagen. Daarom is de remwerking op dat moment er voor een korte tijd. Batterijen hebben een limiet op de oplaadtijd, we kunnen niet meer energie tegelijk weggooien omdat dit de batterijen zal verslechteren. Afgezien hiervan leidt het veelvuldig opladen en ontladen van de batterij ook tot een kortere levensduur van de batterij. Om deze te vermijden, voegen we een condensatorbank of ultracondensatoren toe aan het systeem. Ultra-condensatoren of supercondensatoren kunnen vele cycli ontladen en opladen zonder dat de prestaties achteruitgaan, wat helpt bij het verlengen van de levensduur van de batterij. Ultra-condensator heeft een snelle respons, wat helpt bij het effectief opvangen van de energiepieken / -pieken tijdens de regeneratieve remwerking.De reden om voor een ultracondensator te kiezen, is dat deze 20 keer meer energie kan opslaan dan elektrolytische condensatoren. Dit systeem bevat een DC naar DC converter. Tijdens het accelereren zorgt de boostwerking ervoor dat de condensator tot een drempelwaarde kan ontladen. Tijdens het vertragen (dwz remmen) zorgt de buck-operatie ervoor dat de condensator wordt opgeladen. De ultracondensatoren hebben een goede transiënte respons, wat handig is tijdens het starten van het voertuig. Door de teruggewonnen energie los van de batterij op te slaan, kan het helpen bij het vergroten van de actieradius van het voertuig en kan het ook een plotselinge acceleratie ondersteunen met behulp van het boostcircuit.remmen) de buck-operatie laat de condensator opladen. De ultracondensatoren hebben een goede transiënte respons, wat handig is tijdens het starten van het voertuig. Door de teruggewonnen energie los van de batterij op te slaan, kan het helpen bij het vergroten van de actieradius van het voertuig en kan het ook een plotselinge acceleratie ondersteunen met behulp van het boostcircuit.remmen) de buck-operatie laat de condensator opladen. De ultracondensatoren hebben een goede transiënte respons, wat handig is tijdens het starten van het voertuig. Door de teruggewonnen energie los van de batterij op te slaan, kan het helpen bij het vergroten van de actieradius van het voertuig en kan het ook een plotselinge acceleratie ondersteunen met behulp van het boostcircuit.