Elektrikli araçlarda rejeneratif frenleme nasıl çalışır?

Frenleme, bir aracın önemli yönlerinden biridir. Araçlarımızda kullandığımız mekanik fren sistemi, aracın kinetik enerjisini ısı olarak boşa harcamak gibi büyük bir dezavantaja sahiptir. Bu, yakıt ekonomisini etkileyerek aracın genel verimliliğini düşürür. Şehir içi sürüş döngüsünde, aracı otoyol sürüş döngüsüne kıyasla daha sık çalıştırma ve durdurma eğilimindeyiz. Freni sık sık şehir içi sürüş döngüsünde uyguladığımız için, enerji kaybı daha fazladır. Mühendisler rejeneratif fren sistemini buldugeleneksel frenleme yönteminde frenleme sırasında ısı olarak dağılan kinetik enerjiyi geri kazanmak. Fizik kanunlarına göre, kaybedilen tüm kinetik enerjiyi geri kazanamayız, ancak yine de önemli miktarda kinetik enerji dönüştürülebilir ve pil veya Süperkapasitörde saklanabilir. Geri kazanılan enerji, geleneksel araçlarda yakıt ekonomisinin iyileştirilmesine yardımcı olur ve elektrikli araçlarda menzilinin genişletilmesine yardımcı olur. Rejeneratif frenleme işleminin kinetik enerjiyi geri kazanırken kayıpları olduğunu belirtmek gerekir. Daha ileri gitmeden önce, EV'lerle ilgili diğer ilginç makalelere de göz atabilirsiniz:

• Bir Mühendisin Elektrikli Araçlara (EV'ler) Giriş
• Elektrikli Araçlarda Kullanılan Motor Çeşitleri

Rejeneratif frenleme kavramı geleneksel araçlarda uygulanabilir Fly tekerlekleri kullanarak. Volanlar, çok yüksek hızda dönen yüksek ataletli disklerdir. Frenleme sırasında aracın kinetik enerjisini alarak (depolayarak) mekanik bir enerji depolama cihazı görevi görürler. Frenleme işlemi sırasında geri kazanılan enerji, çalıştırma veya yokuş yukarı hareket sırasında araca yardımcı olmak için kullanılabilir.

Elektrikli araçlarda, rejeneratif frenlemeyi elektronik olarak çok daha verimli bir şekilde birleştirebiliriz. Bu, aracın toplam ağırlığına ekstra ağırlık ekleyen ağır volan ihtiyacını azaltacaktır. Elektrikli araçların, kullanıcılar arasında doğal bir menzil kaygısı sorunu vardır. Aracın şehir içi sürüş çevriminde ortalama hızı 25-40 km / s civarında olsa da, sık hızlanma ve frenleme kısa sürede pili tüketir. Motorların belirli koşullar altında jeneratör görevi görebileceğini biliyoruz. Bu özellik kullanılarak aracın kinetik enerjisinin boşa gitmesi engellenebilir. Elektrikli araçlarda freni uyguladığımızda, motor kontrolörü (fren pedalı sensör çıkışına göre) performansı düşürür veya motoru durdurur. Bu işlem sırasında motor kontrolörü,kinetik enerjiyi geri kazanın ve aküde veya kapasitör banklarında depolayın. Rejeneratif frenleme, elektrikli aracın menzilini% 8-25 oranında artırmaya yardımcı olur. Enerji tasarrufu ve menzili genişletmenin yanı sıra, frenleme işleminin etkili kontrolüne de yardımcı olur.

Mekanik fren sisteminde fren pedalına bastığımızda tekerleğe ters bir tork uygulanır. Benzer şekilde rejeneratif frenleme modunda motor kontrolörü yardımıyla motorda negatif bir tork (harekete karşı) başlatılarak aracın hızı düşürülür. Bazen insanlar, motorun rejeneratif frenleme modunda ters yönde döndüğünde bir jeneratör görevi gördüğü kavramını görselleştirdiklerinde kafaları karışır. Bu yazıda elektrikli araçlarda rejeneratif frenleme yöntemi ile kinetik enerjinin nasıl geri kazanılacağı anlaşılabilir.

Bir Motor, Jeneratör olarak nasıl davranır?

İlk olarak, bir motorun bir jeneratör olarak nasıl hareket edebileceğini anlamaya odaklanacağız.. Hepimiz Kalıcı Mıknatıslı DC motoru çizgi takipçisi gibi robotik uygulamalarında kullandık. Motora bağlı robotun tekerleği serbestçe (dışarıdan elle) döndürüldüğünde, bazen motor sürücü IC'si hasar görür. Bunun nedeni, motorun bir jeneratör görevi görmesi ve üretilen arka EMF'nin (daha büyük büyüklükteki ters voltaj), sürücüye zarar veren IC'ye uygulanmasıdır. Bu motorlarda armatürü döndürdüğümüzde kalıcı mıknatıslardan akıyı keser. Bunun bir sonucu olarak, EMF, akıdaki değişime karşı çıkmaya teşvik edilir. Bu nedenle, motorun terminallerinde bir voltaj ölçebiliriz. Bunun nedeni, arka EMF'nin rotor hızının (rpm) bir fonksiyonu olmasıdır. Devir daha fazla olduğunda ve üretilen geri emf besleme voltajından daha fazlaysa, motor bir jeneratör görevi görür. Şimdi görelimBu prensibin elektrikli araçlarda frenleme nedeniyle enerji kaybını önlemek için nasıl çalıştığı.

Motor aracı hızlandırdığında, onunla ilişkili kinetik enerji hızın karesi olarak artar. Seyir sırasında kinetik enerji sıfır olduğunda araç durur. Elektrikli bir araca fren uyguladığımızda, motor kontrolörü motoru dinlendirecek veya hızını azaltacak şekilde çalışır. Bu, motor torkunun yönünün dönüş yönünün tersine çevrilmesini içerir. Bu işlem sırasında, tahrik aksına bağlı motorun rotoru, motorda bir EMF üretir (jeneratörün rotorunu çalıştıran bir ana taşıyıcı / türbine benzer). Üretilen EMF kapasitör bankının voltajından fazla olduğunda, güç motordan bankaya akar. Böylece geri kazanılan enerji bataryada veya kapasitör bankasında depolanır.

Elektrikli Araçta Rejeneratif Frenleme nasıl çalışır?

Bir arabanın, tahrik motoru olarak üç fazlı bir AC Endüksiyon motoruna sahip olduğunu düşünelim. Motor özelliklerinden, üç fazlı bir asenkron motorun senkron hızının üzerinde çalıştığında, kaymanın negatif hale geldiğini ve motorun bir jeneratör (alternatör) görevi gördüğünü biliyoruz. Pratik koşullar altında, bir endüksiyon motorunun hızı her zaman senkron hızdan daha düşüktür. senkron hızüç fazlı beslemenin etkileşimi nedeniyle üretilen statorun dönen manyetik alanının hızıdır. Motoru çalıştırma anında rotorda indüklenen EMF maksimumdur. Motor dönmeye başladığında EMF kaynaklı kayma fonksiyonu olarak azalır. Rotor hızı senkron hıza ulaştığında, indüklenen EMF sıfırdır. Bu noktada, rotoru bu hızın üzerinde döndürmeye çalışırsak, EMF indüklenecektir. Bu durumda, motor ana şebekeye veya beslemeye aktif güç sağlar. Aracın hızını düşürmek için fren uyguluyoruz. Bu durumda rotor hızının senkron hızı aşmasını bekleyemeyiz. Motor kontrolörünün rolü burada devreye giriyor. Anlama amacıyla aşağıda verilen örnek gibi görselleştirebiliriz.

Farz edelim ki motor 5900 d / d'de dönüyor ve besleme frekansı 200 Hz frene uyguladığımızda devri düşürmemiz veya sıfıra indirmemiz gerekiyor. Kontrolör, fren pedalı sensöründen gelen girdiye göre hareket eder ve bu işlemi gerçekleştirir. Bu işlem sırasında, kontrolör besleme frekansını 80 Hz gibi 200 Hz'den daha düşük ayarlayacaktır. Bu nedenle motorun senkron hızı 2400 rpm olur. Motor kontrolörü perspektifinden, motorun hızı, senkron hızından daha fazladır. Frenleme işlemi sırasında hızı düşürdüğümüz için, motor artık rpm 2400'e düşene kadar jeneratör görevi görüyor. Bu süre zarfında motordan güç çekip akü veya kondansatör bankasında depolayabiliyoruz.Akünün rejeneratif frenleme işlemi sırasında üç fazlı endüksiyon motorlarına güç sağlamaya devam ettiği unutulmamalıdır. Bunun nedeni, besleme KAPALI olduğunda endüksiyon motorlarının manyetik bir akı kaynağına sahip olmamasıdır. Bu nedenle, motor bir jeneratör görevi gördüğünde, akı bağlantısını kurmak için beslemeden reaktif güç çeker ve ona aktif güç sağlar. Farklı motorlar için, rejeneratif frenleme sırasında kinetik enerjiyi geri kazanma prensibi farklıdır. Kalıcı mıknatıs motorları, rotorda manyetik akı üretmek için mıknatıslar bulunduğundan herhangi bir güç kaynağı olmadan bir jeneratör görevi görebilir. Benzer şekilde, birkaç motorda manyetik akı oluşturmak için gereken harici uyarımı ortadan kaldıran artık manyetizma vardır.Bunun nedeni, besleme KAPALI olduğunda endüksiyon motorlarının manyetik bir akı kaynağına sahip olmamasıdır. Bu nedenle, motor bir jeneratör görevi gördüğünde, akı bağlantısını kurmak için beslemeden reaktif güç çeker ve ona aktif güç sağlar. Farklı motorlar için, rejeneratif frenleme sırasında kinetik enerjiyi geri kazanma prensibi farklıdır. Kalıcı mıknatıs motorları, rotorda manyetik akı üretmek için mıknatıslar bulunduğundan, herhangi bir güç kaynağı olmadan bir jeneratör görevi görebilir. Benzer şekilde, birkaç motorda manyetik akı oluşturmak için gereken harici uyarımı ortadan kaldıran artık manyetizma vardır.Bunun nedeni, besleme KAPALI olduğunda endüksiyon motorlarının manyetik bir akı kaynağına sahip olmamasıdır. Bu nedenle, motor bir jeneratör görevi gördüğünde, akı bağlantısını kurmak için beslemeden reaktif güç çeker ve ona aktif güç sağlar. Farklı motorlar için, rejeneratif frenleme sırasında kinetik enerjiyi geri kazanma prensibi farklıdır. Kalıcı mıknatıs motorları, rotorda manyetik akı üretmek için mıknatıslar bulunduğundan herhangi bir güç kaynağı olmadan bir jeneratör görevi görebilir. Benzer şekilde, birkaç motorda manyetik akı oluşturmak için gereken harici uyarımı ortadan kaldıran artık manyetizma vardır.rejeneratif frenleme sırasında kinetik enerjiyi geri kazanma prensibi farklıdır. Kalıcı mıknatıs motorları, rotorda manyetik akı üretmek için mıknatıslar bulunduğundan, herhangi bir güç kaynağı olmadan bir jeneratör görevi görebilir. Benzer şekilde, birkaç motorda manyetik akı oluşturmak için gereken harici uyarımı ortadan kaldıran artık manyetizma vardır.rejeneratif frenleme sırasında kinetik enerjiyi geri kazanma prensibi farklıdır. Kalıcı mıknatıs motorları, rotorda manyetik akı üretmek için mıknatıslar bulunduğundan, herhangi bir güç kaynağı olmadan bir jeneratör görevi görebilir. Benzer şekilde, birkaç motorda manyetik akı oluşturmak için gereken harici uyarımı ortadan kaldıran artık manyetizma vardır.

Elektrikli araçların çoğunda, elektrik motoru yalnızca tek çekişli aksa (çoğunlukla arkadan çekişli aksa) bağlıdır. Bu durumda, ön tekerlekler için mekanik bir fren sistemi (hidrolik frenleme) kullanmamız gerekir. Bu, kontrolörün frenleri uygularken hem mekanik hem de elektronik fren sistemi arasında koordinasyonu sürdürmesi gerektiği anlamına gelir.

Rejeneratif Frenleme tüm Elektrikli Araçlarda uygulanmaya değer mi?

Rejeneratif frenleme yöntemi konseptinde enerji geri kazanma potansiyeli konusunda hiç şüphe yoktur, ancak bazı sınırlamaları da vardır. Daha önce de belirtildiği gibi, pillerin şarj olma hızı, deşarj olma hızına kıyasla yavaştır. Bu, ani frenleme (hızlı yavaşlama) sırasında pillerin depolayabileceği geri kazanılan enerji miktarını sınırlar. Tam şarjlı koşullar altında rejeneratif frenlemenin kullanılması tavsiye edilmez. Bunun nedeni aşırı şarjın pillere zarar verebilmesidir, ancak elektronik devre aşırı şarj olmasını engeller. Bu durumda, kapasitör bankası enerjiyi depolayabilir ve menzilin genişletilmesine yardımcı olabilir. Orada yoksa, aracı durdurmak için mekanik frenler uygulanır.

Kinetik enerjinin 0.5 * m * v ² ile verildiğini biliyoruz. Elde edebileceğimiz enerji miktarı, aracın kütlesine ve ayrıca seyahat etme hızına bağlıdır. Elektrikli arabalar, elektrikli otobüsler ve kamyonlar gibi ağır araçlarda toplam kütle daha fazladır. Şehir içi sürüş döngüsünde, bu ağır araçlar, düşük hızda seyretmelerine rağmen hızlanmadan sonra büyük ivme kazanacaklardı. Yani frenleme sırasında, aynı hızda hareket eden bir elektrikli scooter ile karşılaştırıldığında mevcut kinetik enerji daha fazladır. Bu nedenle rejeneratif frenlemenin etkinliği elektrikli otomobillerde, otobüslerde ve diğer ağır araçlarda daha fazladır.. Birkaç elektrikli scooter rejeneratif frenleme özelliğine sahip olsa da, bunun sistem üzerindeki etkisi (alınan enerji miktarı veya uzatılan menzil) elektrikli arabalardaki kadar etkili değildir.

Kondansatör Bankaları veya Ultra Kondansatör İhtiyacı

Frenleme sırasında aracın hızını anında durdurmalı veya azaltmalıyız. Bu nedenle, o andaki frenleme işlemi kısa bir süre için oradadır. Pillerin şarj süresinde bir sınırı vardır, çünkü bir seferde daha fazla enerji atamayız çünkü pilleri bozar. Bunun dışında pilin sık sık şarj edilip boşaltılması da pilin ömrünü kısaltır. Bunlardan kaçınmak için sisteme bir kapasitör bankı veya ultra kapasitörler ekliyoruz. Ultra kapasitörler veya Süper Kapasitörler, herhangi bir performans düşüşü olmadan birçok döngü boyunca deşarj ve şarj olabilir, bu da pilin ömrünü uzatmaya yardımcı olur. Ultra kapasitör, rejeneratif frenleme işlemi sırasında enerji tepe noktalarını / dalgalanmalarını etkili bir şekilde yakalamaya yardımcı olan hızlı tepkiye sahiptir.Bir ultra kapasitör seçmenin nedeni, elektrolitik kapasitörlerden 20 kat daha fazla enerji depolayabilmesidir. Bu sistem bir DC'den DC'ye dönüştürücü barındırır. Hızlanma sırasında, yükseltme işlemi kapasitörün bir eşik değerine kadar deşarj olmasına izin verir. Yavaşlama (yani frenleme) sırasında buck işlemi kapasitörün şarj olmasına izin verir. Ultra kapasitörler, aracın çalıştırılması sırasında yararlı olan iyi bir geçici tepkiye sahiptir. Geri kazanılan enerjiyi akü dışında depolayarak aracın menzilini genişletmeye yardımcı olabileceği gibi, boost devresi yardımıyla ani hızlanmayı da destekleyebilir.frenleme) kova işlemi kapasitörün şarj olmasına izin verir. Ultra kapasitörler, aracın çalıştırılması sırasında yararlı olan iyi bir geçici tepkiye sahiptir. Geri kazanılan enerjiyi akü dışında depolayarak aracın menzilini genişletmeye yardımcı olabileceği gibi, boost devresi yardımıyla ani hızlanmayı da destekleyebilir.frenleme) kova işlemi kapasitörün şarj olmasına izin verir. Ultra kapasitörler, aracın çalıştırılması sırasında yararlı olan iyi bir geçici tepkiye sahiptir. Geri kazanılan enerjiyi akü dışında depolayarak aracın menzilini genişletmeye yardımcı olabilir ve ayrıca boost devresi yardımıyla ani hızlanmayı destekleyebilir.