Operazione di rigenerazione elettrica in frenata e decelerazione

Introdotta alcuni anni fa sulle locomotive diesel convenzionali, la frenata rigenerativa sta diventando sempre più importante man mano che i veicoli ibridi ed elettrici diventano più democratici.

Diamo quindi uno sguardo agli aspetti fondamentali di questa tecnica, che, quindi, riguarda l'ottenimento di elettricità dal movimento (o meglio energia cinetica/forza d'inerzia).

Principio di base

Che si tratti di una termocamera, di un veicolo ibrido o elettrico, il recupero di energia è ormai ovunque.

Nel caso delle termocamere, l'obiettivo è quello di scaricare il motore spegnendo il più spesso possibile l'alternatore, il cui ruolo è quello di ricaricare la batteria al piombo. Quindi, liberare il motore dalla limitazione dell'alternatore significa che il risparmio di carburante e la generazione di energia saranno generati il ​​più possibile quando il veicolo è sul freno motore, quando l'energia cinetica può essere utilizzata piuttosto che la potenza del motore (quando si rallenta o si scende a lungo pendenza senza accelerazione).

Per i veicoli ibridi ed elettrici sarà lo stesso, ma questa volta l'obiettivo sarà quello di ricaricare la batteria al litio, che è tarata a una dimensione molto più grande.

Usando l'energia cinetica generando corrente?

Il principio è ampiamente conosciuto e democratizzato, ma devo tornarci presto. Quando attraverso una bobina di materiale conduttivo (il rame è il migliore) con un magnete, si genera una corrente in questa famosa bobina. Questo è quello che andremo a fare qui, utilizzare il movimento delle ruote di un'auto in corsa per animare il magnete e quindi generare elettricità che verrà recuperata nelle batterie (cioè la batteria). Ma se suona elementare, vedrai che ci sono alcune altre sottigliezze di cui essere a conoscenza.

Rigenerazione in frenata/decelerazione di veicoli ibridi ed elettrici

Queste auto sono dotate di motori elettrici per la propulsione, quindi è saggio utilizzare la reversibilità di quest'ultima, ovvero che il motore traina se riceve succo e che fornisce energia se è guidato meccanicamente da una forza esterna (qui un'auto iniziata con ruote girevoli).

Quindi ora diamo un'occhiata un po' più nello specifico (ma rimaniamo schematici) cosa dà, con alcune situazioni.

1) Modalità motore

Partiamo dal classico utilizzo di un motore elettrico, quindi facciamo circolare la corrente in una bobina posta accanto al magnete. Questa circolazione di corrente nel filo elettrico indurrà un campo elettromagnetico attorno alla bobina, che poi agisce sul magnete (e quindi lo fa muovere). Progettando abilmente questa cosa (avvolta in una bobina con un magnete rotante all'interno), è possibile ottenere un motore elettrico che fa ruotare l'asse finché viene applicata la corrente.

È il "controllore di potenza" / "elettronica di potenza" che è responsabile dell'instradamento e del controllo del flusso di elettricità (sceglie la trasmissione alla batteria, il motore a una certa tensione, ecc.), Quindi è fondamentale. ruolo, poiché è esso che consente al motore di essere in modalità "motore" o "generatore".

Qui ho sviluppato un circuito sintetico e semplificato di questo dispositivo con un motore monofase per renderlo più comprensibile (un trifase funziona sullo stesso principio, ma tre bobine possono complicare le cose inutilmente, e visivamente è quindi più facile in una sola fase).

La batteria funziona a corrente continua, ma il motore elettrico no, quindi sono necessari un inverter e un raddrizzatore. L'energia elettrica è un dispositivo per la distribuzione e il dosaggio della corrente.

2) Modalità generatore/recupero di energia

Pertanto, in modalità generatore, faremo il processo opposto, ovvero invieremo la corrente proveniente dalla bobina alla batteria.

Ma torniamo al caso specifico, la mia auto ha accelerato a 100 km/h grazie a un motore termico (consumo di olio) o elettrico (consumo di batteria). Quindi, ho acquisito energia cinetica associata a questi 100 km / h e voglio convertire questa energia in elettricità ...

Quindi per questo smetterò di inviare corrente dalla batteria al motore elettrico, la logica voglio rallentare (quindi il contrario mi farà accelerare). Invece, l'elettronica di potenza invertirà la direzione dei flussi di energia, cioè dirigerà tutta l'elettricità prodotta dal motore alle batterie.

Infatti, il semplice fatto che le ruote facciano girare il magnete provoca la generazione di elettricità nella bobina. E questa elettricità indotta nella bobina genererà nuovamente un campo magnetico, che poi rallenterà il magnete e non lo accelererà più come quando si fa applicando elettricità alla bobina (quindi grazie alla batteria)...

È questa frenata che è associata al recupero di energia e quindi consente al veicolo di rallentare mentre recupera l'elettricità. Ma ci sono alcuni problemi.

Se voglio recuperare energia continuando a muovermi a velocità stabilizzata (cioè ibrida), utilizzerò un motore termico per azionare la macchina e un motore elettrico come generatore (grazie ai movimenti del motore).

E se non voglio che il motore abbia troppi freni (a causa del generatore), invio la corrente al generatore/motore).

Quando freni, il computer distribuisce la forza tra il freno rigenerativo e i freni a disco convenzionali, questo è chiamato "frenata combinata". Difficoltà e quindi eliminazione del fenomeno improvviso e altro che può interferire con la guida (se fatto male, la sensazione di frenata può essere migliorata).

Un problema con la batteria e la sua capacità.

Il primo problema è che la batteria non può assorbire tutta l'energia trasferita ad essa, ha un limite di carica che impedisce che venga iniettato troppo succo contemporaneamente. E con la batteria carica il problema è lo stesso, non mangia niente!

Sfortunatamente, quando la batteria assorbe elettricità, si sviluppa una resistenza elettrica e questo è il momento in cui la frenata è più violenta. Quindi, più “pompiamo” l'elettricità generata (e, quindi, aumentando la resistenza elettrica), più forte sarà il freno motore. Al contrario, più senti il ​​freno motore, più significa che le tue batterie si stanno caricando (o meglio, il motore sta generando molta corrente).

Ma, come ho appena detto, le batterie hanno un limite di assorbimento, e quindi non è auspicabile effettuare frenate brusche e prolungate per ricaricare la batteria. Quest'ultimo non sarà in grado di appropriarsene e l'eccedenza verrà gettata nella spazzatura ...

Il problema è legato alla progressività della frenata rigenerativa

Alcuni vorrebbero utilizzare la frenata rigenerativa come primaria e quindi rinunciare definitivamente ai freni a disco, che sono energeticamente poveri. Ma, sfortunatamente, lo stesso principio di funzionamento del motore elettrico impedisce l'accesso a questa funzione.

Infatti, la frenata è più forte quando c'è una differenza di velocità tra rotore e statore. Quindi, più deceleri, meno potente sarà la frenata. Fondamentalmente, non è possibile immobilizzare l'auto attraverso questo processo, è necessario disporre di freni normali aggiuntivi per aiutare a fermare l'auto.

Con due assali accoppiati (qui ibridazione E-Tense / HYbrid4 PSA), ciascuno con un motore elettrico, il recupero di energia in frenata può essere raddoppiato. Ovviamente questo dipenderà anche dal collo di bottiglia sul lato della batteria... Se quest'ultima non ha molto appetito, non ha molto senso avere due generatori. Possiamo citare anche la Q7 e-Tron, le cui quattro ruote sono collegate ad un motore elettrico grazie al Quattro, ma in questo caso sulle quattro ruote è installato un solo motore elettrico, non due come nello schema (quindi abbiamo solo un generatore)

3) La batteria è satura o il circuito è surriscaldato

Come dicevamo, quando la batteria è completamente carica, oppure assorbe troppa energia in un tempo troppo breve (la batteria non può caricarsi ad una velocità troppo elevata), abbiamo due soluzioni per evitare di danneggiare il dispositivo:

• La prima soluzione è semplice, ho tagliato tutto... Con l'aiuto di un interruttore (controllato dall'elettronica di potenza), ho tagliato il circuito elettrico, facendolo così aprire (ripeto il termine esatto). In questo modo la corrente non scorre più e non ho più elettricità nelle bobine e quindi non ho più campi magnetici. Di conseguenza, la frenata rigenerativa non funziona più e il veicolo procede per inerzia. Come se non avessi più un generatore, e quindi non avessi più l'attrito elettromagnetico che rallenta le mie masse in movimento.
• La seconda soluzione è dirigere la corrente con la quale non sappiamo più cosa fare alle resistenze. Questi resistori sono progettati per questo, e ad essere onesti, sono abbastanza semplici... Il loro ruolo è proprio quello di assorbire corrente e dissipare questa energia sotto forma di calore, grazie quindi all'effetto Joule. Questo dispositivo viene utilizzato sui camion come freni ausiliari oltre ai dischi/pinze convenzionali. Pertanto, invece di caricare la batteria, inviamo corrente in una sorta di "bidoni della spazzatura elettrici" che dissipano quest'ultima sotto forma di calore. Si noti che questo è migliore della frenatura a disco perché a parità di velocità di frenatura il freno a reostato si riscalda di meno (un nome dato alla frenata elettromagnetica, che dissipa la sua energia nei resistori).

Qui tagliamo il circuito e tutto perde le sue proprietà elettromagnetiche (è come se stessi attorcigliando un pezzo di legno in una bobina di plastica, l'effetto è sparito)

Qui usiamo un freno a reostato che

4) modulazione della forza di frenata rigenerativa

Opportunamente, i veicoli elettrici ora hanno paddle per regolare la forza del ritorno. Ma come si fa a rendere più o meno potente la frenata rigenerativa? E come farlo in modo che non sia troppo potente, in modo che la guida sia sopportabile?

Ebbene, se in modalità rigenerativa 0 (nessuna frenata rigenerativa) ho solo bisogno di spegnere il circuito per modulare la frenata rigenerativa, bisognerà trovare un'altra soluzione.

E tra questi, possiamo quindi restituire parte della corrente alla bobina. Perché se la produzione di succo ruotando il magnete nella bobina provoca resistenza, avrei molta meno (resistenza) se, invece, iniettassi io stesso il succo nella bobina. Più inietto, meno freni avrò, e peggio ancora, se inietto troppo, finisco per accelerare (e lì, il motore diventa il motore, non il generatore).

Pertanto, è la frazione della corrente reiniettata nella bobina che renderà più o meno potente la frenata rigenerativa.

Per tornare alla modalità a ruota libera, possiamo trovare anche un'altra soluzione oltre a scollegare il circuito, ovvero inviare corrente (esattamente quella che serve) in modo da avere la sensazione di essere in modalità a ruota libera... Un po' come quando rimaniamo in mezzo del pedale sulla termica per parcheggiare a passo sostenuto.

Qui stiamo inviando dell'elettricità nell'avvolgimento per ridurre il "freno motore" del motore elettrico (in realtà non è un freno motore, se vogliamo essere precisi). Possiamo persino ottenere un effetto ruota libera se inviamo abbastanza elettricità per stabilizzare la velocità.

Tutti i commenti e le reazioni

Dernier commento pubblicato:

Reggan (Data: 2021, 07:15:01)

Ciao,

Qualche giorno fa ho avuto un incontro presso un concessionario Kia sulla manutenzione programmata della mia Soul EV 48000 2020 km. UN ?? mia grande sorpresa, mi è stato consigliato di sostituire tutti i freni anteriori (dischi e pastiglie) perché erano finiti!!

Ho detto al responsabile dell'assistenza che ciò non era possibile perché ho sfruttato al massimo i freni di recupero sin dall'inizio. La sua risposta: i freni di un'auto elettrica si consumano ancora più velocemente di un'auto normale!!

Questo è davvero divertente. Leggendo la tua spiegazione su come funzionano i freni rigenerativi, ho ricevuto conferma che l'auto sta rallentando utilizzando un processo diverso dai freni standard.

il io. 1 reazione (i) a questo commento:

• amministratore AMMINISTRATORE DEL SITO (2021-07-15 08:09:43): Essere un rivenditore e dire che un'auto elettrica consuma i freni più velocemente è ancora il limite.

  Perché se l'eccessiva severità di questo tipo di veicolo dovrebbe logicamente portare a un'usura più rapida, la rigenerazione inverte la tendenza.

  Ora, forse il livello di recupero 3 utilizza i freni in parallelo per aumentare artificialmente il freno motore (utilizzando quindi la forza magnetica del motore e dei freni). In questo caso, puoi capire perché i freni si consumano più velocemente. E con l'uso frequente della rigenerazione, questo causerà una lunga pressione delle pastiglie su dischi con sgradevole calore da usura (quando impariamo a guidare, ci viene detto che la pressione sui freni deve essere forte, ma breve per limitare il riscaldamento).

  Sarebbe bello se vedessi con i tuoi occhi l'usura di questi elementi per vedere se la concessionaria è tentata di fare numeri illegali (improbabile, ma è vero che “qui possiamo dubitarne”).

(Il tuo post sarà visibile sotto il commento dopo la verifica)

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