Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлен с регенеративного торможения )
Перейти к навигации Перейти к поиску

Механизм рекуперативного тормоза на крыше трамвая Škoda Astra
S7 / 8 Фото на лондонском метро может вернуться около 20% от потребления энергии к источнику питания. [1]

Регенеративное торможение - это механизм рекуперации энергии, который замедляет движущееся транспортное средство или объект, преобразуя его кинетическую энергию в форму, которую можно использовать немедленно или сохранять до тех пор, пока она не понадобится. В этом механизме электрический тяговый двигатель использует импульс транспортного средства для восстановления энергии, которая в противном случае была бы потеряна тормозными дисками в виде тепла. Это контрастирует с обычными тормозными системами, где избыточная кинетическая энергия преобразуется в нежелательное и потраченное впустую тепло из-за трения в тормозах , или с динамическими тормозами , где энергия восстанавливается с помощью электродвигателей в качестве генераторов, но немедленно рассеивается в виде тепла в резисторах.. Помимо повышения общей эффективности транспортного средства, регенерация может значительно продлить срок службы тормозной системы, поскольку механические части не будут изнашиваться очень быстро.

Общий принцип [ править ]

Наиболее распространенная форма рекуперативного тормоза - это электродвигатель, работающий как электрический генератор. На электрических железных дорогах произведенная электроэнергия возвращается в систему тягового электроснабжения . В аккумуляторных электрических и гибридных электромобилях энергия накапливается химически в аккумуляторе , электрически - в батарее конденсаторов или механически - во вращающемся маховике . Гидравлические гибридные автомобили используют гидравлические двигатели для хранения энергии в виде сжатого воздуха . В водородном топливном элементеВ транспортном средстве с электроприводом электрическая энергия, вырабатываемая двигателем, химически накапливается в батарее, подобно аккумуляторным и гибридным электромобилям. [2]

Практическое рекуперативное торможение [ править ]

Рекуперативного торможения недостаточно как единственного средства безопасной остановки транспортного средства или его замедления по мере необходимости, поэтому его следует использовать вместе с другой тормозной системой, такой как торможение на основе трения .

  • Эффект рекуперативного торможения снижается на более низких скоростях и не может достаточно быстро привести автомобиль к полной остановке с помощью современных технологий, хотя некоторые автомобили, такие как Chevrolet Bolt, могут полностью остановить автомобиль на ровных поверхностях, когда водитель знает, что автомобиль с рекуперативным тормозной путь. Это называется вождением с одной педалью.
  • Современные рекуперативные тормоза не обездвиживают неподвижное транспортное средство; требуется физическая блокировка , например, для предотвращения скатывания транспортных средств с холмов.
  • Многие дорожные транспортные средства с рекуперативным торможением не имеют приводных двигателей на всех колесах (как в полноприводном автомобиле); рекуперативное торможение обычно применимо только к колесам с двигателями. Для безопасности требуется умение тормозить все колеса.
  • Возможный эффект рекуперативного торможения ограничен, и механическое торможение по-прежнему необходимо для значительного снижения скорости, для остановки транспортного средства или для удержания транспортного средства в неподвижном состоянии.

Необходимо использовать как рекуперативное, так и фрикционное торможение, что создает необходимость контролировать их для обеспечения требуемого полного торможения. GM EV-1 был первым коммерческим автомобилем, который сделал это. В 1997 и 1998 годах инженеры Абрахам Фараг и Лорен Майерсик получили два патента на эту технологию проводного торможения . [3] [4]

Ранние приложения обычно страдали от серьезной угрозы безопасности: во многих ранних электромобилях с рекуперативным торможением одни и те же позиции контроллеров использовались для подачи питания и включения рекуперативного тормоза, при этом функции менялись отдельным ручным переключателем. Это привело к ряду серьезных аварий, когда водители случайно ускорились, намереваясь затормозить, например, авария с выехавшим из-под контроля поездом в Веденсвиле, Швейцария, в 1948 году, в результате которой погиб 21 человек.

Преобразование в электрическую энергию: двигатель как генератор [ править ]

Tesla Model S P85 +, использующая рекуперативную тормозную мощность более 60 кВт. Во время рекуперативного торможения индикатор мощности горит зеленым.

Электродвигатели , когда используются в обратном направлении, функционируют как генераторы и затем преобразуют механическую энергию в электрическую. Транспортные средства, приводимые в движение электродвигателями, используют их в качестве генераторов при использовании рекуперативного торможения, при торможении путем передачи механической энергии от колес на электрическую нагрузку.

Ранние примеры этой системы были привод на передние колеса преобразования конных кабин по Луи Антуан Кригер в Париже в 1890 - х годах. Электрический ландоллет Krieger имел приводной двигатель на каждом переднем колесе со вторым набором параллельных обмоток ( бифилярная катушка ) для рекуперативного торможения. [5] В Англии «автоматическое регенеративное управление» было введено операторам трамвая в патенты тяги Джона С. Раворта 1903–1908 гг., Предлагая им экономические и эксплуатационные преимущества [6] [7] [8], как подробно объяснил его сын. Альфред Раворт . К ним относятся трамвайные системы в Девонпорте (1903 г.), Ротенстолл., Бирмингем , Кристал Пэлас-Кройдон (1906 г.) и многие другие. Уменьшая скорость машин или удерживая ее под контролем на спусках, двигатели работали как генераторы и тормозили машины. В вагонах трамвая также были колесные тормоза и гусеничные тормозные механизмы, которые могли останавливать трамвай в случае выхода из строя электрических тормозных систем. В некоторых случаях двигатели трамвайных вагонов имели параллельную намотку, а не последовательную намотку, а в системах линии Crystal Palace использовались последовательно-параллельные контроллеры. [ требуется разъяснение ] [9] После серьезной аварии в Ротенстолле в 1911 году на эту форму тяги было наложено эмбарго; система рекуперативного торможения была повторно введена двадцать лет спустя. [8]Рекуперативное торможение широко используется на железных дорогах в течение многих десятилетий. Железная дорога Баку-Тбилиси-Батуми ( Закавказская железная дорога или Грузинская железная дорога) начала использовать рекуперативное торможение в начале 1930-х годов. Это было особенно эффективно на крутом и опасном Сурамском перевале . [10] В Скандинавии по электрифицированной железной дороге из Кируны в Нарвик по крутым склонам железная руда доставляется от шахт в Кируне на севере Швеции до порта Нарвик в Норвегии и по сей день. Вагоны заполнены тысячами тонн железной рудыпо пути в Нарвик, и эти поезда вырабатывают большое количество электроэнергии за счет рекуперативного торможения с максимальной рекуперативной тормозной силой 750  кН . От Риксгренсена на государственной границе до порта Нарвик поезда [11] используют только пятую часть энергии, которую они регенерируют. [ неудавшаяся проверка ] Рекуперированной энергии достаточно, чтобы довести пустые поезда до государственной границы. [12] [ неудавшаяся проверка ] Любая избыточная энергия от железной дороги закачивается в электросеть для снабжения домов и предприятий в регионе, а железная дорога является чистым генератором электроэнергии. [ необходима цитата ]

Электромобили использовали рекуперативное торможение с самых ранних экспериментов, но это часто было сложным делом, когда водителю приходилось переключать переключатели между различными рабочими режимами, чтобы использовать его. Бейкер Электрические Ранэбаут и Оуэн Магнитные были ранние примеры, которые использовали множество переключателей и режимов , управляемых дорогой «черный ящик» или «барабана переключателя» как часть их электрической системы. [13] [14] Они, как и конструкция Кригера, могли практически использоваться только на спусках, и их нужно было задействовать вручную.

Усовершенствования в электронике позволили полностью автоматизировать этот процесс, начиная с экспериментального электромобиля AMC Amitron 1967 года . Контроллер мотора, разработанный Gulton Industries [15], автоматически начинает заряжать аккумулятор при нажатии педали тормоза. Многие современные гибридные и электромобили используют эту технику для расширения диапазона аккумуляторной батареи, особенно те, которые используют трансмиссию переменного тока (в большинстве более ранних конструкций использовалась мощность постоянного тока).

Для хранения регенерированной энергии можно использовать выпрямитель переменного / постоянного тока и очень большой конденсатор, а не аккумулятор. Использование конденсатора позволяет намного быстрее накапливать пиковую энергию и при более высоких напряжениях. Mazda использует эту систему в некоторых текущих (2018) дорожных автомобилях, где она называется i-ELOOP.

Эксплуатация электрического железнодорожного транспорта [ править ]

В 1886 году компания Sprague Electric Railway & Motor Company, основанная Фрэнком Дж. Спрагом , представила два важных изобретения: неискрящий двигатель постоянной скорости с фиксированными щетками и рекуперативное торможение.

Во время торможения соединения тягового двигателя изменяются, чтобы превратить их в электрические генераторы. Поля двигателя подключаются к главному тяговому генератору (MG), а якоря двигателя подключаются к нагрузке. MG теперь возбуждает моторные поля. Катящийся локомотив или несколько колес вращают якоря двигателя, и двигатели действуют как генераторы, отправляя генерируемый ток через бортовые резисторы ( динамическое торможение ) или обратно в источник питания (рекуперативное торможение). По сравнению с электропневматическими фрикционными тормозами, торможение тяговыми двигателями можно регулировать быстрее, улучшая характеристики защиты колес от скольжения .

Для данного направления движения ток, протекающий через якоря двигателя во время торможения, будет противоположным току во время движения. Следовательно, двигатель передает крутящий момент в направлении, противоположном направлению качения.

Тормозное усилие пропорционально произведению магнитной напряженности обмоток возбуждения, умноженной на магнитную напряженность обмоток якоря.

Для автомобилей British Rail Class 390 заявлена ​​экономия 17% и меньший износ компонентов фрикционного тормоза . [16] Метро Дели уменьшило количество двуокиси углерода ( CO
2) выброшено в атмосферу примерно на 90 000 тонн за счет регенерации 112 500 мегаватт-часов электроэнергии за счет использования систем рекуперативного торможения в период с 2004 по 2007 год. Ожидалось, что метрополитен Дели сократит свои выбросы более чем на 100 000 тонн CO.
2в год после завершения его фазы II, за счет использования рекуперативного торможения. [17]

Электроэнергия, генерируемая рекуперативным торможением, может подаваться обратно в источник питания тяги; либо компенсируется по сравнению с другим потреблением электроэнергии в сети в тот момент, используется для силовых нагрузок головного узла , либо сохраняется в линейных системах хранения для дальнейшего использования. [18]

На некоторых участках лондонского метро используется форма того, что можно описать как рекуперативное торможение , что достигается за счет небольших спусков, ведущих вверх и вниз от станций. Поезд замедляется из-за набора высоты, а затем спускается по склону, поэтому кинетическая энергия на станции преобразуется в гравитационную потенциальную энергию . [19] Обычно это находится на участках сети глубоких туннелей, а не над землей или на отрезках и закрывающих участках линий метрополии и округа.

Сравнение динамического и рекуперативного тормозов [ править ]

Коробка, выступающая сбоку от крыши прямо над словом «работа», позволяет воздуху беспрепятственно проходить через резисторы динамических тормозов этого дизель-электрического локомотива.

То, что описывается как динамические тормоза (« реостатические тормоза » на британском английском языке) в системах электрической тяги, в отличие от рекуперативных тормозов, рассеивает электрическую энергию в виде тепла, а не использует ее, пропуская ток через большие группы резисторов . Транспортные средства, использующие динамические тормоза, включают вилочные погрузчики , дизель-электрические локомотивы и трамваи . Это тепло можно использовать для обогрева салона автомобиля или отводить наружу через большие похожие на радиаторы капоты, в которых размещаются блоки резисторов.

Экспериментальные паротурбинные локомотивы General Electric 1936 года отличались настоящей регенерацией. Эти два локомотива пропускали водяный пар через блоки резисторов, в отличие от воздушного охлаждения, используемого в большинстве динамических тормозов. Эта энергия вытеснила масло, которое обычно сжигалось, чтобы вода оставалась горячей, и, таким образом, рекуперировалась энергия, которую можно было снова использовать для ускорения. [20]

Основным недостатком рекуперативных тормозов по сравнению с динамическими тормозами является необходимость точного согласования генерируемого тока с характеристиками питания и повышенная стоимость обслуживания линий. В случае источников постоянного тока это требует тщательного контроля напряжения. Миро Зорич, первопроходец в области источников питания переменного тока и преобразователей частоты, и его первая силовая электроника переменного тока также сделали это возможным с помощью источников переменного тока. [ необходима цитата ] Частота питания также должна быть согласована (это в основном относится к локомотивам, где питание переменного тока выпрямлено для двигателей постоянного тока).

В областях, где существует постоянная потребность в энергии, не связанной с движением транспортного средства, например, для обогрева электропоездов или кондиционирования воздуха , эта потребность в нагрузке может использоваться в качестве поглотителя рекуперированной энергии через современные тяговые системы переменного тока . Этот метод стал популярным на пассажирских железных дорогах Северной Америки, где мощность нагрузки на головной части обычно составляет около 500 кВт круглый год. Использование нагрузок HEP таким образом привело к тому, что в последних конструкциях электровозов, таких как ALP-46 и ACS-64, не использовались решетки динамических тормозных резисторов, а также отпала необходимость в любой внешней энергетической инфраструктуре для обеспечения рекуперации энергии, позволяющей использовать автономные транспортные средства. также использовать рекуперативное торможение.

На небольшом количестве железных дорог с крутым уклоном использовались трехфазные источники питания и асинхронные двигатели . Это приводит к почти постоянной скорости для всех поездов, поскольку двигатели вращаются с частотой питающей сети как при движении, так и при торможении.

Преобразование в механическую энергию [ править ]

Системы рекуперации кинетической энергии [ править ]

Основная статья: Система рекуперации кинетической энергии

Кинетические системы рекуперации энергии (KERS) были использованы для автоспорта Formula One «s сезона 2009 , и находятся в стадии разработки для дорожных транспортных средств. KERS был заброшен в сезоне Формулы-1 2010 года , но вновь представлен в сезоне 2011 года . К 2013 году все команды использовали KERS с Marussia F1, начиная с сезона 2013 года. [21] Одной из основных причин того, что не все автомобили использовали KERS сразу, является то, что он поднимает центр тяжести автомобиля и уменьшает количество балласта , доступного для балансировки автомобиля, чтобы он был более предсказуемым при повороте. [22]Правила FIA также ограничивают использование системы. Концепция передачи кинетической энергии транспортного средства с использованием накопителя энергии маховика была постулирована физиком Ричардом Фейнманом в 1950-х годах [23] и проиллюстрирована в таких системах, как Zytek , Flybrid, [24] Torotrak [25] [26] и Xtrac, используемых в F1. Существуют также дифференциальные системы, такие как Кембриджская система рекуперации кинетической энергии для пассажирских / коммерческих автомобилей (CPC-KERS). [27]

Xtrac и Flybrid являются лицензиатами технологий Torotrak, в которых используется небольшая и сложная вспомогательная коробка передач с бесступенчатой ​​трансмиссией (CVT). CPC-KERS аналогичен, поскольку он также является частью трансмиссии. Однако весь механизм, включая маховик, полностью находится в ступице транспортного средства (выглядит как барабанный тормоз). В CPC-KERS дифференциал заменяет вариатор и передает крутящий момент между маховиком , ведущим колесом и опорным колесом.

Использование в автоспорте [ править ]

История [ править ]

Система рекуперации кинетической энергии Flybrid Systems

Первой из этих систем, которая была раскрыта, была Flybrid. Эта система весит 24 кг и имеет энергоемкость 400 кДж с учетом внутренних потерь. Доступен максимальный прирост мощности 60 кВт (81,6 л.с., 80,4 л.с.) в течение 6,67 секунды. Маховик диаметром 240 мм весит 5,0 кг и вращается со скоростью 64 500 об / мин. Максимальный крутящий момент составляет 18 Нм (13,3 фунт-сила-футов). Система занимает объем 13 литров. [ необходима цитата ]

Формула 1 [ править ]

Маховик KERS

Формула-1 заявила, что они поддерживают ответственные решения мировых экологических проблем [28], а FIA разрешила использование KERS мощностью 81 л.с. (60 кВт; 82 л.с.) в правилах для сезона Формулы-1 2009 года . [29] Команды начали испытания систем в 2008 году: энергия может храниться либо в виде механической энергии (как в маховике ), либо в виде электрической энергии (как в батарее или суперконденсаторе ). [30]

Во время тестирования систем KERS в 2008 году было зарегистрировано два незначительных инцидента . Первое произошло, когда команда Red Bull Racing впервые провела испытания своей батареи KERS в июле: она вышла из строя и вызвала пожар, который привел к эвакуации фабрики команды. [31] Второй случай произошел менее чем через неделю, когда механика BMW Sauber ударили током, когда он задел машину Кристиана Клиена, оборудованную KERS, во время теста на автодроме Хереса . [32]

С введением KERS в сезоне 2009 года четыре команды использовали его в какой-то момент сезона: Ferrari , Renault , BMW и McLaren . В течение сезона Renault и BMW перестали использовать систему. McLaren Mercedes стала первой командой, выигравшей Гран-при Формулы-1 на машине с KERS, когда 26 июля 2009 года Льюис Хэмилтон выиграл Гран-при Венгрии 2009. Их вторая машина с KERS финишировала пятой. В следующей гонке Льюис Хэмилтон стал первым гонщиком, занявшим поул-позицию на машине KERS, его товарищ по команде, Хейкки Ковалайнен, занял второе место в квалификации. Это также был первый экземпляр первого ряда KERS. 30 августа 2009 г.Кими Райкконен выиграл Гран-при Бельгии на своем Ferrari с оборудованием KERS. Это был первый случай, когда KERS напрямую способствовал победе в гонке: занявший второе место Джанкарло Физикелла заявил: «На самом деле, я был быстрее Кими. Он взял меня только из-за KERS в начале». [33]

Хотя KERS по-прежнему был разрешен в Формуле-1 в сезоне 2010 года, все команды согласились не использовать его. [34] Новые правила сезона Формулы 1 2011 года, которые увеличили минимальный предел веса автомобиля и водителя на 20 кг до 640 кг, [35] наряду с тем, что команды FOTA еще раз согласились на использование устройств KERS, означали, что KERS вернулась. на сезон 2011 года. [36] Это все еще необязательно, как и в сезоне 2009 года; в сезоне 2011 года 3 команды решили не использовать его. [21] В сезоне 2012 года только Marussia и HRT участвовали в гонках без KERS, а к 2013 году, после ухода HRT, все 11 команд в сетке использовали KERS.

В сезоне 2014 года выходная мощность MGU-K (замена KERS и части системы ERS, которая также включает систему утилизации отработанного тепла турбокомпрессора ) была увеличена с 60 кВт до 120 кВт, и было разрешено восстановить 2 мегапроекты джоулей на круге. Это должно было сбалансировать переход спорта от 2,4-литровых двигателей V8 к 1,6-литровым двигателям V6. [37] Отказоустойчивые настройки проводной системы торможения, которая теперь дополняет KERS, стали предметом изучения в качестве фактора, способствовавшего аварии Жюля Бьянки на Гран-при Японии 2014 года .

Производители автозапчастей [ править ]

Bosch Motorsport Service разрабатывает KERS для использования в автоспорте. Эти системы накопления электроэнергии для гибридных функций и функций двигателя включают литий-ионную батарею с масштабируемой емкостью или маховик , электродвигатель весом от четырех до восьми килограммов (с максимальной мощностью 60 кВт или 80 л.с.), а также контроллер KERS для управление питанием и аккумулятором. Bosch также предлагает ряд электрических гибридных систем для коммерческих и легких условий эксплуатации. [38]

Автопроизводители [ править ]

Автопроизводители, включая Honda , тестируют системы KERS. [39] На 1000 км Сильверстоуна 2008 года компания Peugeot Sport представила Peugeot 908 HY , гибридный электрический вариант дизельного 908 с KERS. Peugeot планировал провести кампанию с автомобилем в сезоне серии Ле-Ман 2009 года , хотя он не смог набрать чемпионские очки. [40] Peugeot также планирует создать силовой агрегат с рекуперативным торможением на сжатом воздухе под названием Hybrid Air. [41] [42]

McLaren начала испытания своего KERS в сентябре 2008 года на испытательном треке в Хересе в рамках подготовки к сезону F1 2009 года, хотя в то время еще не было известно, будут ли они использовать электрическую или механическую систему. [43] В ноябре 2008 года было объявлено, что Freescale Semiconductor будет сотрудничать с McLaren Electronic Systems для дальнейшего развития своего KERS для автомобиля McLaren Formula One с 2010 года. Обе стороны полагали, что это сотрудничество улучшит систему McLaren KERS и поможет отфильтровать систему до технологий дорожных автомобилей. [44]

Toyota использовала суперконденсатор для регенерации гибридного гоночного автомобиля Supra HV-R, который выиграл гонку Tokachi 24 Hours в июле 2007 года. [45]

BMW использовала рекуперативное торможение на своих E90 3-й серии, а также в текущих моделях, таких как F25 5-й серии, под названием EfficientDynamics. [46] Volkswagen использует технологии рекуперативного торможения под брендом BlueMotion в таких моделях, как Volkswagen Golf Mk7 и Mk7 Golf Estate / Wagon, а также в других моделях группы VW, таких как SEAT , Skoda и Audi . [47]

Мотоциклы [ править ]

Гоночный босс KTM Харальд Бартол сообщил, что на заводе использовалась секретная система рекуперации кинетической энергии (KERS), установленная на мотоцикле Томми Коямы во время финального сезона Гран-при Валенсии объемом 125 куб. См . Это было против правил, поэтому потом им запретили это делать. [48]

Расы [ править ]

Западный автомобильный клуб , организатор за ежегодными 24 часа Ле - Мана события и серии Ле - Ман , был «изучает конкретные правила для LMP1 , которые будут оснащены системой рекуперации кинетической энергии» в 2007 году [49] Пежо первый производитель, представивший полностью функционирующий автомобиль LMP1 в форме 908 HY на гонке Autosport на 1000 км в Сильверстоуне в 2008 году. [50]

Использование в гражданском транспорте [ править ]

Велосипеды [ править ]

Регенеративное торможение возможно и на велосипеде без электрического привода. Агентство США по охране окружающей среды , работая со студентами из Университета штата Мичигана , разработало гидравлическая регенеративная тормозная Launch Assist (RBLA). [51] Он доступен на электрических велосипедах с прямым приводом ступиц двигателей .

Автомобили [ править ]

Во многих электромобилях используется рекуперативное торможение в сочетании с торможением трением [52], которое впервые было применено в США на электромобиле AMC Amitron 1967 года. [53] Системы рекуперативного торможения не могут полностью имитировать обычные функции торможения для водителей, но их развитие продолжается. [54] Калибровка, используемая для определения того, когда энергия будет регенерироваться, и когда фрикционное торможение используется для замедления транспортного средства, влияет на то, как водитель ощущает тормозное действие. [55] [56]

Примеры автомобилей включают:

  • Audi e-tron
  • Chevy Bolt
  • Форд Фьюжн Гибрид
  • Hyundai Kona Electric
  • Nissan Leaf
  • Тесла Модель 3
  • Toyota Prius
  • Митсубиси Аутлендер PHEV

Термодинамика [ править ]

Маховик KERS [ править ]

Энергия маховика может быть описана этим общим уравнением энергии, если предположить, что маховик является системой:

куда

  • это энергия в маховике.
  • это энергия маховика.
  • это изменение энергии маховика.

Предполагается, что во время торможения не изменяется потенциальная энергия, энтальпия маховика, давление или объем маховика, поэтому будет учитываться только кинетическая энергия. Когда автомобиль тормозит, маховик не рассеивает энергию, и единственная энергия, поступающая в маховик, - это начальная кинетическая энергия автомобиля. Уравнение можно упростить до:

куда

  • масса автомобиля.
  • - начальная скорость автомобиля перед торможением.

Маховик собирает процент от начальной кинетической энергии автомобиля, и этот процент может быть представлен как . Маховик накапливает энергию в виде кинетической энергии вращения. Поскольку энергия сохраняется в виде кинетической энергии и не преобразуется в другой тип энергии, этот процесс является эффективным. Однако маховик может хранить только определенное количество энергии, и это ограничено его максимальным количеством кинетической энергии вращения. Это определяется на основе инерции маховика и его угловой скорости . Когда автомобиль стоит на холостом ходу, со временем теряется небольшая кинетическая энергия вращения, поэтому можно предположить, что начальное количество энергии в маховике равно конечному количеству энергии, распределяемой маховиком. Таким образом, количество кинетической энергии, распределяемой маховиком, составляет:

Регенеративные тормоза [ править ]

У регенеративного торможения есть уравнение энергии, аналогичное уравнению для механического маховика. Рекуперативное торможение - это двухэтапный процесс, в котором задействованы двигатель / генератор и аккумулятор. Первоначальная кинетическая энергия преобразуется в электрическую энергию генератором, а затем преобразуется в химическую энергию аккумулятором. Этот процесс менее эффективен, чем маховик. КПД генератора можно представить как:

куда

  • это работа в генераторе.
  • это работа, производимая генератором.

Единственная работа в генераторе - это начальная кинетическая энергия автомобиля, а единственная работа, производимая генератором, - это электрическая энергия. Преобразование этого уравнения для определения мощности, производимой генератором, дает следующее уравнение:

куда

  • время, в течение которого автомобиль тормозит.
  • масса автомобиля.
  • - начальная скорость автомобиля перед торможением.

Эффективность батареи можно охарактеризовать как:

куда

Работа аккумулятора представляет собой количество энергии, производимой рекуперативными тормозами. Это может быть представлено:

В машинах [ править ]

Энергоэффективность автомобилей в городах и на автомагистралях согласно DoE
Энергоэффективность электромобилей в городах и на автомагистралях по данным Министерства энергетики США .

Диаграмма Министерства энергетики США показывает, что автомобили с двигателями внутреннего сгорания имеют КПД обычно 13% при движении по городу и 20% в условиях шоссе. Пропорционально полезной механической энергии торможение составляет 6/13, т. Е. 46% в городах и 2/20, т. Е. 10% на автомагистралях.

Министерство энергетики заявляет, что электромобили преобразуют более 77% электроэнергии из сети в энергию на колесах. [57] КПД электромобиля с учетом потерь из-за электрической сети, отопления и кондиционирования воздуха составляет около 50%, согласно Жан-Марку Янковичи [58] (однако для полного преобразования см. Воплощенная энергия # Воплощенная энергия в энергетическом поле ).

Учитывайте эффективность электродвигателя и коэффициент торможения в городах и на автомагистралях .

Давайте представим, что представляет собой рекуперированную долю энергии торможения. Допустим . [59]

Описание потока энергии при рекуперативном торможении.

В этих условиях, являясь потоком энергии, поступающей в электродвигатель, потоком энергии, потерянным при торможении, и потоком рекуперированной энергии, равновесие достигается в соответствии с уравнениями

и

таким образом

Как будто старый поток энергии сменился новым.

Ожидаемая прибыль составляет

Чем выше эффективность рекуперации, тем выше эффективность рекуперации.

Чем выше КПД между электродвигателем и колесами, тем выше рекуперация.

Чем выше коэффициент торможения, тем выше рекуперация.

На автомагистралях этот показатель составит 3%, в городах - 14%.

См. Также [ править ]

  • Система рекуперации кинетической энергии
  • Тормоз (железнодорожный)
  • Электромагнитный тормоз
  • Регенеративный (дизайн)
  • Регенеративный амортизатор
  • Гибридный синергетический привод
  • Пневматическая турбина
  • Динамическое торможение
  • Электродвигатель
  • Автоматические часы с автоподзаводом

Ссылки [ править ]

  1. ^ «Преобразование трубки» (PDF) . Транспорт для Лондона. Июль 2008. Архивировано из оригинального (PDF) 5 июня 2011 года . Проверено 28 мая 2009 года .
  2. ^ "Как работают электромобили на топливных элементах, используя водород?" . Центр обработки данных "Альтернативное топливо" . Министерство энергетики США . Проверено 22 марта 2021 года .
  3. ^ Патент GM 5775467 - Плавающий электромагнитный тормоз системы- Erik Кнут, Abraham Farag, Лорен Majersik, Уильям Borchers .
  4. ^ Патент GM 5603217 - Соответствующий главный цилиндр - Лорен Майерсик, Абрахам Фараг .
  5. ↑ Дэйв (16 марта 2009 г.). «Бездельник: 1906 год» . Шорпы. Архивировано 25 июля 2011 года . Проверено 14 августа 2010 года .
  6. ^ Raworth, A. (1907). «Регенеративное управление электротрамваями и локомотивами». Журнал Института инженеров-электриков . 38 (182): 374–386. DOI : 10,1049 / jiee-1.1907.0020 .
  7. ^ «Дискуссия о« Регенеративном торможении электромобилей »(Хельмунд), Питтсбург, Пенсильвания» . Труды Американского института инженеров-электриков . 36 : 68.1917 . Проверено 11 марта 2014 года .
  8. ^ а б Джно, Струан; Робертсон, Т .; Маркхэм, Джон Д. (2007). История регенеративного торможения . Шотландское общество трамвая и транспорта.
  9. ^ Транспортный мир Трамвайный и железнодорожный мир . ХХ . Издательство Перевозчиков. Июль – декабрь 1906. с. 20 . Проверено 11 марта 2014 года .
  10. ^ Bigpanzer (30 апреля 2006). «Локомотив типа Сусрами на Сурамском перевале» . Шорпы. Архивировано 23 ноября 2011 года . Проверено 31 января 2011 года .
  11. ^ Railvolution журнал, 2/11, Кируна локомотивы, часть 1 архивации 29 января 2016 в Wayback Machine
  12. ^ Несс, Per (3 августа 2007). "Evighetsmaskiner". Fremover (на норвежском языке). п. 28.
  13. ↑ Харт, Ли А. (28 декабря 2013 г.). «Контроллеры электромоторов» . Архивировано из оригинала 4 мая 2014 года . Дата обращения 4 мая 2014 .
  14. ↑ Лено, Джей (1 мая 2007 г.). «100-летний электромобиль» . Популярная механика. Архивировано 4 мая 2014 года . Дата обращения 4 мая 2014 .
  15. ^ Эйрес, Роберт U .; Маккенна, Ричард П. (1972). «Электромобиль». Альтернативы двигателю внутреннего сгорания: влияние на качество окружающей среды . Издательство Университета Джона Хопкинса. п. 219 . ISBN 978-0-8018-1369-6. Дата обращения 4 мая 2014 .
  16. ^ «Регенеративное торможение повышает репутацию зеленого человека» . Железнодорожный вестник Интернэшнл . 2 июля 2007 года. Архивировано 11 марта 2014 года . Проверено 11 марта 2014 года .
  17. ^ «Метро Дели предотвращает выброс 90 000 тонн CO 2 » . Индия Таймс . 23 февраля 2009 года Архивировано из оригинала 26 февраля 2009 года . Проверено 14 августа 2010 года .
  18. ^ "Запуск фирмы" Маховик " . Железнодорожный вестник . 20 января 2011 года. Архивировано 18 июня 2012 года . Проверено 11 марта 2014 года .
  19. ^ "Вехи, достигнутые на линиях юбилея и Виктории" . Лондонские воссоединения. 2 августа 2011. Архивировано 11 марта 2014 года . Проверено 11 марта 2014 года .
  20. ^ Соломон, Брайан (2014). Локомотивы GE и EMD . Voyageur Press. С. 59–61. ISBN 9781627883979.
  21. ^ a b «Team Lotus, Virgin, HRT F1 начнут 2011 год без KERS» . Автоэволюция. 28 января 2011. Архивировано 4 февраля 2011 года . Проверено 1 июня 2011 года .
  22. ^ BBC TV комментарий на Гран-при Германии 2009
  23. ↑ Избранные статьи Ричарда Фейнмана: (с комментариями) под редакцией Лори М. Браун, p952.
  24. ^ Flybrid Systems LLP (10 сентября 2010 г.). «Флайбридные системы» . Флайбридные системы. Архивировано из оригинального 13 июля 2010 года . Проверено 17 сентября 2010 года .
  25. ^ «Обзор системы IVT» . Торотрак . Архивировано из оригинального 14 октября 2008 года . Проверено 4 октября 2019 года .
  26. ^ "Torotrak, Xtrac & CVT pdf" (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 16 мая 2011 года . Проверено 17 сентября 2010 года .
  27. ^ Технология BHR. «КПК-Керс» . Bhr-technology.com. Архивировано из оригинала 7 июля 2011 года . Проверено 17 сентября 2010 года .
  28. ^ «Команды комментируют экологическое будущее F1» . FIA. 8 октября 2008 года Архивировано из оригинала 28 декабря 2008 года . Проверено 14 января 2009 года .
  29. ^ "Технический регламент Формулы-1 2009" (PDF) . FIA. 22 декабря 2006 года Архивировано из оригинального (PDF) 25 июня 2008 . Источник +22 Декабре +2006 .
  30. ^ Управление FIA (22 декабря 2006). «ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРАВИЛА FORMULA ONE 2009» (PDF) . FIA. Архивировано из оригинального (PDF) 25 июня 2008 года . Проверено 8 июля 2008 года .
  31. ^ "Отказ KERS вызвало Red Bull пожара испуг" . autosport.com. 17 июля 2008 года. Архивировано 22 июля 2008 года . Проверено 22 июля 2008 года .
  32. ^ "Механик BMW избегает испуга KERS" . autosport.com. 22 июля 2008 года. Архивировано 24 июля 2008 года . Проверено 22 июля 2008 года .
  33. ^ Уайатт, Крис (30 августа 2009 г.). «Райкконен выигрывает захватывающий спа-поединок» . BBC. Архивировано 17 мая 2014 года . Проверено 30 августа 2009 года .
  34. ^ "Системы рекуперации кинетической энергии (KERS)" . Formula1.com. Архивировано из оригинала 6 июля 2010 года . Проверено 14 августа 2010 года .
  35. ^ "formula1.com/" . formula1.com. Архивировано 16 декабря 2010 года . Проверено 4 декабря 2010 года .
  36. ↑ Бенсон, Эндрю (23 июня 2010 г.). «Изменения, внесенные в F1l» . BBC. Архивировано 23 июня 2010 года . Проверено 23 июня 2010 года .
  37. ^ «Формула 1 откладывает внедрение« зеленых »двигателей до 2014 года» . bbc.co.uk. 29 июня 2011 . Проверено 27 июня 2011 года .
  38. ^ "Bosch Разработка модульных систем KERS для различных применений в автоспорте" . Конгресс зеленых автомобилей. 18 ноября 2008. Архивировано 5 сентября 2010 года . Проверено 27 апреля 2010 года .
  39. ^ "Продажа автомобилей Sixt | Gebrauchtwagen günstig kaufen" (на немецком языке). Архивировано 29 сентября 2009 года . Проверено 15 декабря 2010 года .
  40. ^ "Спортивный гибрид Peugeot" . Гоночная инженерия. 13 сентября 2008 года Архивировано из оригинала 13 января 2009 года . Проверено 13 сентября 2008 года .
  41. ^ "Hybrid Air, инновационная полностью гибридная бензиновая система" . ПСА-Пежо-Ситроен. Архивировано из оригинала 4 мая 2014 года . Дата обращения 4 мая 2014 .
  42. ^ "Автомобиль, который работает в эфире" . Популярная наука. 25 февраля 2014. архивации с оригинала на 2 марта 2014 года . Дата обращения 4 мая 2014 .
  43. ↑ Лоуренс Батчер (18 сентября 2008 г.). «F1 KERS; McLaren идет по пути с KERS | People» . Гоночная инженерия. Архивировано из оригинального 22 сентября 2008 года . Проверено 14 августа 2010 года .
  44. ↑ McLaren будет работать с Freescale над KERS. Архивировано 8 июня 2011 г. на Wayback Machine 12 ноября 2008 г.
  45. ^ "Гибридный гоночный автомобиль Toyota побеждает в 24-часовой гонке Токачи; двигатели в колесах и суперконденсаторы" . Конгресс зеленых автомобилей. 17 июля 2007 года. Архивировано 17 мая 2011 года . Проверено 17 сентября 2010 года .
  46. ^ "BMW EfficientDynamics: регенерация энергии торможения" . www.bmw.com . Архивировано 6 января 2016 года . Проверено 3 января +2016 .
  47. ^ «Технология BlueMotion - Технический глоссарий - Технологии и сервис Volkswagen | VW Австралия» . www.volkswagen.com.au . Архивировано 4 марта 2016 года . Проверено 3 января +2016 .
  48. ^ «KTM побеждает F1 секретным дебютом KERS! | Новости MotoGP | Февраль 2009» . Crash.Net. 4 февраля 2009 года. Архивировано 23 мая 2011 года . Проверено 14 августа 2010 года .
  49. ^ "Технический регламент ACO 2008 для прототипов" LM "P1 и" LM "классов P2, стр. 3" (PDF) . Автомобильный клуб de l'Ouest (ACO). 20 декабря 2007 года Архивировано из оригинального (PDF) 25 июня 2008 . Проверено 20 января 2008 года .
  50. ↑ Сэм Коллинз (13 сентября 2008 г.). «Пежо Спорт Гибрид | Люди» . Гоночная инженерия. Архивировано из оригинального 13 января 2009 года . Проверено 14 августа 2010 года .
  51. ^ "Гидравлические гибридные велосипедные исследования" . EPA . Архивировано 17 октября 2013 года.
  52. ^ Lampton, Кристофер (23 января 2009). «Как работает рекуперативное торможение» . HowStuffWorks.com . Проверено 4 октября 2019 года .
  53. ^ Voelcker, Джон (10 января 2014). "Интересные факты об электромобилях: когда впервые было применено рекуперативное торможение?" . Отчеты о зеленых автомобилях .
  54. ^ "Куда направляются рекуперативные тормоза?" . greeninginc.com . 27 декабря 2018.
  55. ↑ Берман, Брэдли (15 января 2019 г.). «Лучшие и худшие электромобили для рекуперативного торможения» . Внутри электромобилей . Проверено 4 октября 2019 года .
  56. ^ Varocky, BJ (январь 2011). «Сравнительный анализ рекуперативного торможения для полностью электрического автомобиля» (PDF) . Технический университет Эйндховена (TU / e) . Проверено 10 октября 2019 .
  57. ^ "Полностью электрические транспортные средства" . Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии - Министерство энергетики США . Проверено 29 января 2021 года .
  58. ^ Жан-Марк Jancovici (1 октября 2017). «Является ли электромобиль идеальным решением для мобильности завтрашнего дня?» . jancovici.com . Проверено 29 января 2021 года .
  59. ↑ Шварцер, Кристоф М. (21 марта 2019 г.). "Bremsenergierückgewinnung und ihr Wirkungsgrad" [Рекуперация энергии торможения и ее эффективность]. heise online - heise Autos (на немецком языке).