Рекуперативное торможение современных автомобилей

Рекуперативное торможение — преобразование кинетической энергии, теряемой при нажатии на тормоз, в другие формы энергии, которые могут быть использованы в дальнейшем. Ниже разберемся подробно, в чем суть системы, из каких элементов состоит, как работает, в чем плюсы и минусы.

Что такое рекуперативное торможение

Рекуперативное торможение предусматривает замедление движения механизма или транспортного средства, при котором кинетическая энергия, накопленная во время движения, перераспределяется и сохраняется в виде энергии электрической.

Процесс осуществляется при помощи специальной технологии, которая позволяет осуществлять упомянутые преобразования, а в дальнейшем использовать полученные «остатки» для питания различных устройств или повторного применения в качестве источника энергии для движения.

В электрических и гибридных автомобилях рекуперативное торможение используется для зарядки батареи, когда водитель тормозит или отпускает педаль акселератора. В этом случае кинетическая часть, накопленная при движении машины, конвертируется в электрическую, затем передается обратно в батарею, чтобы продлить ее время работы.

Рекуперативное торможение является эффективным способом экономии и снижения износа механизмов. Однако актуальность процесса зависит от многих факторов, включая массу и скорость движения, а также характеристики системы рекуперации.

Устройство рекуперативного механизма

В составе рекуперативного устройства входит нескольких элементов, каждый из которых играет индивидуальную роль в процессе использования кинетической энергии для зарядки АК и повышения эффективности использования топлива. В состав основных узлов входят следующие:

• Генератор переменного тока (динамо). Главный компонент, который устанавливается на колесах автомобиля и используется для преобразования кинетической энергии в электрическую. Задействует магнитное поле, создаваемое вращающимся ротором, для производства переменного тока.
• Конденсатор. Электрический элемент, который используется для временного хранения энергии, сгенерированной генератором. Может быстро заряжаться и разряжаться, что делает его полезным компонентом для рекуперативной системы, которая генерирует электрическую энергию при торможении и затем использует ее для зарядки АКБ.
• Система управления. Контролирует работу рекуперативной системы и координирует ее с другими устройствамиавтомобиля. Может регулировать работу генератора и конденсатора, чтобы оптимизировать заряд аккумуляторной батареи и повысить топливную экономию.
• Аккумуляторная батарея. Хранит электрическую энергию, произведенную системой рекуперативного торможения. АКБ может использоваться для питания электрических устройств в автомобиле, а также для запуска двигателя.
• Тормозная система. Применяется для генерации электрической энергии при нажатии на тормоз. Позволяет использовать кинетическую энергию, которая обычно теряется при торможении, для зарядки АКБ.
• Электромотор. Компонент используется для преобразования электрической энергии, хранящейся в аккумуляторной батарее, обратно в кинетическую. Может использоваться для привода колес автомобиля, что позволяет снизить нагрузку на двигатель и добиться экономии.
• Инвертор. Компонент, который используется для преобразования постоянного тока, хранящегося в аккумуляторной батарее, в переменный, необходимый для питания электромотора. Инвертор полезен для управления скоростью электрического двигателя и регенеративного торможения.
• Рекуперативный тормоз. Используется для повышения эффективности системы. Позволяет использовать энергию, выделяемую при торможении, для зарядки АКБ вместо ее просто потери в виде тепла.

Некоторые современные автомобили могут иметь дополнительные элементы рекуперативного устройства, такие как системы рекуперации тепла от выхлопных газов или системы, которые используют кинетическую энергию для питания дополнительных электронных устройств.

Принцип работы

Особенности функционирования рекуперативного механизма заключаются в применении энергии, которая обычно теряется при торможении или замедлении движения. Вместо того, чтоб тратить ее на торможение, система позволяет ее сохранять и переводить обратно в кинетическую, когда это необходимо.

Важно

Для понимания процесса важно знать, как работает рекуперативное торможение. Система использует электромотор и аккумуляторную батарею для перевода кинетической энергии, обычно теряемой при торможении, в электрическую.

Последняя затем хранится в аккумуляторной батарее и может быть использована для питания электромотора, когда это необходимо, например, при разгоне. Это снижает нагрузку на двигатель внутреннего сгорания, что способствует экономии топлива.

Когда автомобиль тормозит, электрический мотор действует как генератор, который преобразует кинетическую энергию, создаваемую при торможении, в электрическую. Последняя затем передается в АКБ. Это называется рекуперативным торможением. Когда автомобиль замедляется или останавливается, рекуперативная система позволяет использовать запас в аккумуляторе для питания электрического мотора и сохранения кинетической энергии.

Виды рекуперации

Процесс рекуперации может быть построен на разных принципах, о которых поговорим подробнее. Она бывает двух видов, отличающихся по структуре и принципу действия.

Электрическая

Такая система использует электрическую энергию, выделяемую при торможении или замедлении транспортного средства, и используемую для зарядки аккумуляторных батарей.

В электрическом рекуперативном торможении используются генераторы, которые работают в режиме снижения скорости или замедления транспортного средства, а после преобразуют кинетическую энергию в электрическую. Затем она направляется на зарядку АКБ, которые могут применяться для питания элементов бортовой сети транспортного средства: освещение, системы отопления и кондиционирования воздуха, радио и другие устройства.

Электрический механизм может использоваться в различных видах машин, включая легковые автомобили, грузовики, автобусы, поезда и трамваи. Он особенно полезен для городского транспорта, который часто останавливается и требует много энергии.

Преимущества системы включают увеличение эффективности использования топлива, снижение выбросов вредных веществ и уменьшение расходов на горючее. Кроме того, он продлевает срок службы тормозных систем транспортных средств, снижает затраты на их замену и обслуживание.

Механическая

Устройство позволяет использовать энергию, выделяемую при движении, для повторного использования в будущем. Принципом работы является преобразование кинетической энергии, которая обычно теряется в процессе торможения или остановки механизма, в потенциальную, которая может использоваться позже. Для этого в механизме используются различные механические устройства, такие как фрикционные тормоза, муфты и другие.

В процессе работы, когда возникает необходимость в торможении или остановке, механические устройства начинают работать. Они преобразуют кинетическую энергию в другие формы, такие как тепловая или электрическая. Это позволяет сохранить энергию, которая обычно теряется при торможении или остановке, и использовать ее позже.

Одним из примеров механического рекуперативного механизма является тормозная система в электрических и гибридных автомобилях. Тормозные колодки преобразуют кинетическую энергию, которая обычно теряется при торможении, в электрическую.

Плюсы и минусы

Рекуперативное торможение имеет ряд плюсов:

• сохранение энергии, которая обычно теряется при торможении или остановке механизма, и уменьшить вредных выбросов в окружающую среду;
• увеличение дальности хода;
• уменьшение износа тормозов, колодок и дисков.

Минусы рекуперативного торможения:

• ограниченная эффективность при высоких скоростях или при торможении на крутом спуске;
• сложность и высокая стоимость;
• ограниченный жизненный цикл АКБ.

Заключение

Рекуперативное торможение двигателя — современный механизм, имеющий множество плюс. Он позволяет экономить энергию, увеличить дальность хода в электромобилях, снизить износ тормозов и т.д.

Но такая система не всегда эффективно при высоких скоростях или на крутых спусках. Она требует использования дополнительных компонентов и систем управления, что может увеличить сложность и стоимость устройства, а также уменьшить жизненный цикл АКБ.