Operación de rexeneración eléctrica durante a freada e a desaceleración

Introducido hai uns anos nas locomotoras diésel convencionais, a freada rexenerativa cobra cada vez máis importancia a medida que os vehículos eléctricos e híbridos se fan máis democráticos.

Entón, vexamos os aspectos fundamentais desta técnica, que polo tanto trata de obter electricidade do movemento (ou máis ben enerxía cinética/forza de inercia).

O principio básico

Xa sexa unha cámara térmica, un híbrido ou un vehículo eléctrico, a recuperación de enerxía está agora en todas partes.

No caso das máquinas de imaxe térmica, o obxectivo é descargar o motor apagando o alternador coa maior frecuencia posible, cuxo papel é recargar a batería de chumbo-ácido. Así, liberar o motor da limitación do alternador significa que se xerará o máximo posible aforro de combustible e xeración de enerxía cando o vehículo estea co freo do motor, cando se pode utilizar enerxía cinética en lugar da potencia do motor (ao ralentizar ou baixar un longo tempo). pendente sen aceleración).

Para híbridos e vehículos eléctricos, será o mesmo, pero esta vez o obxectivo será recargar a batería de litio, que está calibrada nun tamaño moito maior.

Usa a enerxía cinética xerando corrente?

O principio é moi coñecido e democratizado, pero debo volver a el rapidamente. Cando cruzo unha bobina de material condutor (o mellor é o cobre) cun imán, xérase unha corrente nesta famosa bobina. Isto é o que imos facer aquí, utilizar o movemento das rodas dun coche en marcha para animar o imán e, polo tanto, xerar electricidade que se recuperará nas baterías (é dicir, a batería). Pero se semella elemental, verás que hai algunhas sutilezas máis das que ter en conta.

Rexeneración durante a freada/desaceleración de vehículos híbridos e eléctricos

Estes coches están equipados con motores eléctricos para propulsalos, polo que convén empregar a reversibilidade deste último, é dicir, que o motor remolque se recibe zume e que entregue enerxía se é accionado mecánicamente por unha forza externa (aquí un coche arrancado con rodas xiratorias).

Entón, agora vexamos un pouco máis específicamente (pero sigamos esquemáticos) o que isto dá, con algunhas situacións.

1) Modo motor

Comecemos co uso clásico dun motor eléctrico, para que circulemos a corrente nunha bobina situada xunto ao imán. Esta circulación de corrente no fío eléctrico inducirá un campo electromagnético ao redor da bobina, que entón actúa sobre o imán (e, polo tanto, fai que se mova). Deseñando intelixentemente esta cousa (envolta nunha bobina cun imán que xira no seu interior), podes conseguir un motor eléctrico que faga xirar o eixe mentres se lle aplique a corrente.

É o "controlador de potencia" / "electrónica de potencia" o encargado de encamiñar e controlar o fluxo de electricidade (elixe a transferencia á batería, ao motor a unha determinada tensión, etc.), polo que é fundamental. papel, xa que é o que permite que o motor estea no modo "motor" ou "xerador".

Desenvolvín aquí un circuíto sintético e simplificado deste dispositivo cun motor monofásico para que sexa máis doado de entender (un trifásico funciona co mesmo principio, pero tres bobinas poden complicar as cousas en balde, polo que visualmente é máis doado). nunha única fase).

A batería funciona con corrente continua, pero o motor eléctrico non, polo que son necesarios un inversor e un rectificador. A enerxía eléctrica é un dispositivo para distribuír e dosificar a corrente.

2) Generador / modo de recuperación de enerxía

Polo tanto, no modo xerador, faremos o proceso contrario, é dicir, enviaremos a corrente que vén da bobina á batería.

Pero volvendo ao caso concreto, o meu coche acelerou a 100 km / h grazas a un motor térmico (consumo de aceite) ou a un motor eléctrico (consumo de batería). Entón, adquirei enerxía cinética asociada a estes 100 km/h e quero converter esta enerxía en electricidade...

Entón, para isto deixarei de enviar corrente desde a batería ao motor eléctrico, a lóxica que quero abrandar (de aí que o contrario me faga acelerar). Pola contra, a electrónica de potencia inverterá a dirección dos fluxos de enerxía, é dicir, dirixirá toda a electricidade producida polo motor cara ás baterías.

De feito, o simple feito de que as rodas fagan xirar o imán fai que se xere electricidade na bobina. E esta electricidade inducida na bobina volverá xerar un campo magnético, que despois ralentizará o imán e xa non o acelerará como cando se fai aplicando electricidade á bobina (polo tanto grazas á batería)...

É esta freada a que está asociada á recuperación de enerxía e, polo tanto, permite que o vehículo ralentice mentres recupera enerxía eléctrica. Pero hai algúns problemas.

Se quero recuperar enerxía mentres sigo avanzando a unha velocidade estabilizada (é dicir, híbrida), utilizarei un motor térmico para impulsar o coche e un motor eléctrico como xerador (grazas aos movementos do motor).

E se non quero que o motor teña demasiados freos (debido ao xerador), envío a corrente ao xerador/motor).

Cando freas, o ordenador distribúe a forza entre o freo regenerativo e os freos de disco convencionais, isto denomínase "freada combinada". Dificultade e, polo tanto, eliminación do fenómeno repentino e doutros que poden interferir na condución (cando se fai mal, a sensación de freada pódese mellorar).

Un problema coa batería e a súa capacidade.

O primeiro problema é que a batería non pode absorber toda a enerxía que lle transfire, ten un límite de carga que impide que se inxecte demasiado zume ao mesmo tempo. E cunha batería chea, o problema é o mesmo, non come nada!

Desafortunadamente, cando a batería absorbe electricidade, prodúcese resistencia eléctrica e é cando a freada é máis severa. Así, canto máis "bombeemos" a electricidade xerada (e, polo tanto, ao aumentar a resistencia eléctrica), máis forte será o freo do motor. Pola contra, canto máis sentes o freo do motor, máis significará que as túas baterías se están cargando (ou mellor dito, o motor está xerando moita corrente).

Pero, como acabo de dicir, as baterías teñen un límite de absorción e, polo tanto, non é desexable facer freadas duras e prolongadas para recargar a batería. Este último non poderá apropiarse del, e o sobrante será tirado ao lixo...

O problema está relacionado coa progresividade da freada rexenerativa

Algúns quererían usar o freado rexenerativo como principal e, polo tanto, prescindirían definitivamente dos freos de disco, que son enerxéticamente pobres. Pero, por desgraza, o propio principio de funcionamento do motor eléctrico impide o acceso a esta función.

De feito, a freada é máis forte cando hai unha diferenza de velocidade entre o rotor e o estator. Así, canto máis desaceleres, menos potente será a freada. Basicamente, non pode inmobilizar o coche a través deste proceso, debe ter freos normais adicionais para axudar a deter o coche.

Con dous eixes acoplados (aquí hibridación E-Tense / HYbrid4 PSA), cada un con motor eléctrico, a recuperación de enerxía durante a freada pódese duplicar. Por suposto, isto tamén dependerá dun pescozo de botella ao lado da batería... Se esta última non ten moito apetito, non ten moito sentido ter dous xeradores. Tamén podemos mencionar o Q7 e-Tron, cuxas catro rodas están conectadas a un motor eléctrico grazas ao Quattro, pero neste caso só se instala un motor eléctrico nas catro rodas, non dous como no diagrama (polo que só temos un xerador)

3) A batería está saturada ou o circuíto está superenriquecido

Como dixemos, cando a batería está completamente cargada ou consume demasiada enerxía en moi pouco tempo (a batería non pode cargarse a unha velocidade demasiado alta), temos dúas solucións para evitar danar o dispositivo:

• A primeira solución é sinxela, corte todo ... Empregando un interruptor (controlado pola electrónica de potencia), corto o circuíto eléctrico, abríndoo así (repito o termo exacto). Deste xeito xa non circula a corrente e xa non teño electricidade nas bobinas e polo tanto xa non teño campos magnéticos. Como resultado, a freada rexenerativa xa non funciona e o vehículo vai por costas. Como se xa non tivese un xerador, e polo tanto xa non tivera fricción electromagnética que ralentiza as miñas masas en movemento.
• A segunda solución é dirixir a corrente coa que xa non sabemos que facer ás resistencias. Estas resistencias están deseñadas para iso, e para ser honesto, son bastante simples... O seu papel é realmente absorber corrente e disipar esa enerxía en forma de calor, grazas, polo tanto, ao efecto Joule. Este dispositivo utilízase nos camións como freos auxiliares ademais dos discos / pinzas convencionais. Por iso, en lugar de cargar a batería, enviamos corrente a unha especie de “lixos eléctricos” que disipan estes últimos en forma de calor. Teña en conta que isto é mellor que a freada en disco porque á mesma velocidade de freo o freo do reostato quéntase menos (nome dado á freada electromagnética, que disipa a súa enerxía nas resistencias).

Aquí cortamos o circuíto e todo perde as súas propiedades electromagnéticas (é coma se estivera retorcendo un anaco de madeira nunha bobina de plástico, o efecto xa non está)

Aquí usamos un freo de reóstato que

4) modulación da forza de freada rexenerativa

Os vehículos eléctricos dispoñen agora de paletas para axustar a forza de retorno. Pero como facer que a freada rexenerativa sexa máis ou menos potente? E como facelo para que non sexa demasiado potente, para que a condución sexa soportable?

Ben, se no modo rexenerativo 0 (sen freado rexenerativo) só necesito desconectar o circuíto para modular o freado rexenerativo, haberá que atopar outra solución.

E entre eles, podemos devolver parte da corrente á bobina. Porque se a produción de zume ao xirar o imán na bobina provoca resistencia, tería moito menos (resistencia) se, pola contra, inxectase eu o zume na bobina. Canto máis inxecto, menos freos terei, e aínda peor, se inxecto demasiado, acabo acelerando (e aí, o motor pasa a ser o motor, non o xerador).

Polo tanto, é a fracción da corrente reinxectada na bobina a que fará que a freada rexenerativa sexa máis ou menos potente.

Para volver ao modo de roda libre, incluso podemos atopar outra solución ademais de desconectar o circuíto, é dicir, enviar corrente (exactamente a que fai falta) para ter a sensación de que estamos en modo de roda libre... Un pouco como cando nos quedamos no circuíto. medio do pedal no termal para aparcar a un ritmo constante.

Aquí estamos enviando algo de electricidade ao devanado para reducir o "freo motor" do motor eléctrico (en realidade non é un freo motor, se queremos ser precisos). Incluso podemos conseguir un efecto de roda libre se enviamos electricidade suficiente para estabilizar a velocidade.

Todos os comentarios e reaccións

pasado comentario publicado:

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

Ola

Hai uns días, tiven unha reunión nun concesionario Kia sobre o mantemento programado do meu Soul EV 48000 de 2020 km. Ã ?? A miña gran sorpresa, recomendáronme substituír todos os freos dianteiros (discos e pastillas) porque estaban acabados!!

Díxenlle ao responsable do servizo que isto non era posible porque aproveitei ao máximo os freos recuperadores dende o principio. A súa resposta: os freos dun coche eléctrico desgástanse aínda máis rápido que un coche normal !!

Isto é moi divertido. Lendo a túa explicación sobre como funcionan os freos rexenerativos, recibín a confirmación de que o coche está a diminuír a velocidade mediante un proceso distinto dos freos estándar.

Il J. 1 reacción (s) a este comentario:

• Administrador ADMINISTRADOR DO SITIO (2021-07-15 08:09:43): Ser un concesionario e dicir que un coche eléctrico gasta os freos máis rápido segue sendo o límite.

  Porque se a severidade excesiva deste tipo de vehículos debe levar loxicamente a un desgaste máis rápido, a rexeneración inverte a tendencia.

  Agora, quizais o nivel de recuperación 3 use os freos en paralelo para aumentar artificialmente o freo do motor (utilizando así a forza magnética do motor e dos freos). Neste caso, podes entender por que os freos se desgastan máis rápido. E co uso frecuente da rexeneración, isto provocará presións longas das pastillas nos discos con calor desagradable polo desgaste (cando aprendemos a conducir, dinnos que a presión sobre os freos debe ser forte, pero curta para limitar o quecemento).

  Estaría ben que vise o desgaste destes elementos cos seus propios ollos para ver se o concesionario ten a tentación de facer números ilegais (poco probable, pero é certo que “aquí podemos dubidalo”).

(A túa publicación será visible no comentario despois da verificación)

Escribe un comentario

Para o mantemento e as correccións, farei: