Понять, что такое рекуперативное торможение в электромобилях совсем не сложно, для этого нужно лишь обратить внимание на основные характеристики этого вида транспорта.
В отличие от машин с ДВС, где важным фактором является динамика, большинство электромобилей выбирают по запасу хода.
И вот именно этот показатель и можно увеличить с помощью рекуперативной тормозной системы.
Рис. 1. Схема рекуперации энергии в электромобиле.
Что такое рекуперативная система?
Технологию рекуперативного торможения используют не только электрические машины, но и автомобили с бензиновым или дизельным мотором (гибриды).
Основанием для её разработки стали высокие цены на топливо и стремление снизить расходы.
Автопроизводители искали варианты решения проблемы, одним из которых стало получение энергии из процесса торможения.
Своё название система получила от термина recuperatio (лат. «возвращение» или «компенсация»).
Возвращая часть затраченной на торможение энергии, она расходует полученное электричество на разгон транспортного средства с двигателем внутреннего сгорания.
Рекуперация на электромобиле имеет одно серьёзное отличие – выработанная электроэнергия не тратится сразу, а может аккумулироваться.
Это позволяет подзаряжать аккумулятор, а запас хода увеличивается, хотя и незначительно. В то же время для электрического транспорта, который непросто подзарядить в дороге, даже этот небольшой заряд может оказаться решающим.
Принцип работы
Работу системы рекуперации электрической энергии можно описать следующим образом:
- При торможении электромобиля его силовой агрегат отключается от источника питания (аккумулятора) и переходит в генераторный режим, самостоятельно вырабатывая энергию.
- В таком режиме в обмотках ротора и статора возникают противоположно направленные токи.
- На валу электромотора возникает тормозной момент. Он обеспечивает торможение транспортного средства, снижая скорость.
- Одновременно с этим запасённая машиной кинетическая энергия переходит в электроэнергию и тепло.
- Электрическая энергия поступает в аккумулятор, увеличивая его заряд.
- Чем чаще тормозит автомобиль, тем больше заряжается его аккумуляторная батарея.
Рис. 2. Колесо электромобиля с рекуперативной системой.
Система рекуперативного торможения получила распространение, в первую очередь, при поездках на транспорте, оборудованном электродвигателями постоянного тока.
Следует отметить, что она применяется не для полного торможения состава, масса которого слишком большая, чтобы компенсировать её таким способом, а лишь для небольшого снижения скорости.
Однако тормозной момент создаётся достаточно большой, и экономия в течение года только для одного состава достигает сотен тысяч гривен.
Проблемы небольших электромобилей
В отличие от тяжёлых и перемещающихся на высокой скорости электропоездов, получившие такую систему электромобили не получают таких же преимуществ:
- В городе, особенно при движении в плотном потоке, электромобиль практически не может нормально разогнаться (даже при хороших динамических характеристиках, как у Tesla Model S).
- Рекуперация мало эффективна, так как скорость в начале торможения небольшая (до 60 км/ч), а масса автомобиля не превышает 1-2 т.
- Энергии вырабатывается мало, и запас хода увеличивается незначительно.
- Стоимость установки оборудования, обеспечивающего рекуперацию достаточно большая, а из-за низкой эффективности работы рекуперации она почти не окупается.
Важно: Ситуация немного улучшается при движении с горки и торможениях на высокой скорости. Но так разогнаться электромобили могут только за городом. А большинство доступных по цене электрических моделей не обладает запасом хода для загородных поездок и динамикой для нормального разгона.
Эффективность рекуперативного торможения
Использующую рекуперацию тормозную систему нельзя назвать достаточно эффективной.
Хотя её КПД довольно большой – производители электромобилей и другого электрического транспорта (велосипедов, мопедов и грузовых авто) называют цифру в 60-70% возврата.
При этом первые 10-20% теряются сразу, при захвате кинетической энергии – ещё примерно такое же количество аккумулятор недополучает в процессе преобразования в электроэнергию.
С одной стороны, показатель достаточно большой – 70% кинетической энергии подзаряжают аккумулятор электромобиля.
Запас хода увеличивается, и транспортное средство может проехать дальше на одном заряде.
С другой стороны, кинетической энергии на торможение тратится немного, и цифры нельзя назвать впечатляющими.
Рис. 3. Индикация системы рекуперации модели Volkswagen e-Golf.
Владельцы автомобилей Tesla Model S говорят, что во время поездок по городу пользы от системы рекуперативного торможения практически нет.
Заметить её влияние получается только при поездке по холмистой местности, когда водителю приходится тормозить во время спуска.
Иногда запас хода транспортного средства увеличивается при этом на 15-20%.
Рис. 4. Тормоза премиального электромобиля Tesla Model S.
Перспективы использования рекуперации
Повысить эффективность рекуперативной системы позволяет её использование не только при торможении, но и во время обычной поездки.
Предполагается, что энергия будет возвращаться благодаря инновационной подвеске, которую уже разрабатывают компании Levant Power и ZF.
В будущем такими устройствами могут оснащаться все серийно выпускаемые авто.
Принцип действия системы в подвеске следующий:
- Рекуперативное устройство будет состоять из небольшого электромотора, 4 электрогидравлических насосов и управляющего блока.
- Приспособление будет устанавливаться возле амортизаторов каждого автомобильного колеса.
- При движении входящего в конструкцию штока кинетическая энергия будет переходить в электрическую.
- Полученная электроэнергия будет передаваться к аккумулятору электромобиля. Если устройство будет устанавливаться на машинах с ДВС, энергия поступит в их электрическую сеть.
Совместная работа рекуперативной системы торможения и устройств, аккумулирующих энергию от обычного движения, должна повысить эффективность примерно вдвое. Однако проект пока находится в разработке. До его завершения и, тем более, установки на серийные авто, может пройти несколько лет.
Выводы
Возможность возвращать хотя бы часть потраченной на торможение энергии и дальнейшее развитие технологий в этом направлении позволяет рассчитывать, что электромобили в будущем станут ещё эффективнее.
Запас хода даже бюджетного электрического транспорта увеличится до 150-200 км, и на таком авто можно будет ездить целый день без подзарядки.
В то же время эффективность рекуперации на компактных электрических авто, таких как Chevrolet Bolt, Hyundai Ioniq или Nissan Leaf, всё равно останется небольшой.
Намного заметнее увеличение запаса хода на грузовиках с электромоторами и на тяжёлых электромобилях типа Tesla Model X, вес которого даже без водителя достигает 2,4 т.
