Phanh tái tạo là gì và tại sao chúng ta không sử dụng nó?

Tôi biết rằng nhiều ô tô điện sử dụng hệ thống phanh tái tạo để cho phép chiếc xe trở nên hiệu quả hơn bằng cách chuyển đổi những gì sẽ bị mất năng lượng nhiệt thành dạng năng lượng hữu dụng hơn, có thể tái sử dụng.

Chắc chắn, phải có một số cách thiết kế một thiết kế phanh mới cho phép sử dụng công nghệ này trên một chiếc xe thông thường hơn được cung cấp bởi động cơ đốt trong thông thường.

Điều tôi không hiểu là:

• Chính xác thì hãm tái sinh là gì?
• Tại sao chúng ta chỉ có thể sử dụng phanh tái tạo trên xe điện và hybrid?
• Có bất kỳ lý do tại sao chúng ta không thể sử dụng công nghệ phanh thông minh này để tăng sức mạnh cho trục khuỷu hoặc giảm mức tiêu thụ nhiên liệu?

Nguồn hình ảnh: http://sjam4uphysics.pbworks.com/w/page/38936885/Regenerative%20Braking

tl; dr: Chúng tôi làm. Nó chỉ đắt tiền.

Một trong những khác biệt giữa động cơ năng lượng điện và hóa học là hệ thống điện giúp thuận tiện hơn trong việc thu và giữ năng lượng (ví dụ: pin). Tất cả những gì bạn cần làm là sử dụng cảm ứng để tạo ra một dòng điện ngay tại bánh xe trong khi phanh. Chỉ ra rằng hiện tại pin đó và bạn đã giữ lại năng lượng mà nếu không sẽ bị lãng phí.

Với một động cơ năng lượng hóa học, việc lưu trữ năng lượng dư thừa sẽ khó hơn rất nhiều. Ví dụ, chúng ta không thể sử dụng phanh để tạo ra nhiều xăng hơn. Tuy nhiên, có thể giữ lại động năng trong một thứ giống như KERS . Điều này sẽ sử dụng năng lượng trong việc hãm để quay bánh đà. Bánh đà đó sau đó có thể được sử dụng cho động lực bổ sung khi cần thiết.

Thật không may, các đơn vị KERS đắt tiền và đòi hỏi một loạt các kỹ thuật bổ sung (làm thế nào, chính xác, bạn sẽ có được bánh đà quay đó để thực sự đẩy chiếc xe về phía trước?). Chúng cũng không phổ biến vì vậy chúng không được hưởng lợi từ quy mô kinh tế.

Tất cả những gì đã nói, họ làm việc. Công thức Một đã sử dụng chúng để có hiệu quả tuyệt vời như một hệ thống tăng tốc vượt qua. Tôi sẽ không sử dụng loại khả năng đó trên đường nhưng tôi rất vui khi thử nghiệm bất cứ thứ gì giúp tôi nhận được nhiều hơn từ một gallon xăng.

Để trả lời cho câu hỏi "Phanh tái tạo là gì và tại sao chúng ta không sử dụng nó?", Chúng tôi làm. Với phanh thông thường, đà tiến của xe bị triệt tiêu bởi phanh bằng cách biến chúng thành nhiệt trong đĩa phanh với sự tan biến sau đó và bị mất. Với hệ thống phanh tái tạo, thay vì chuyển động của xe bị mất vào khí quyển dưới dạng nhiệt, nó được chuyển đổi thành năng lượng điện và được lưu trữ trong ắc quy của xe.

Dòng xe ô tô Volkswagen Bluemotion (và tôi khá tự tin các nhà sản xuất khác làm điều này nhưng tôi chắc chắn rằng Volkswagen làm) có một máy phát điện rất tinh vi. Khi chiếc xe phát hiện ra nó đang bị làm chậm bởi áp lực được áp dụng cho hệ thống phanh và chiếc xe vẫn còn trong hộp số và bộ ly hợp được bật lên, máy phát điện bước lên một chế độ mà nó lấy thêm năng lượng đáng kể từ ổ đĩa. Ổ đĩa này thường sẽ đến từ động cơ nhưng trong tình huống phanh, nó chỉ được cung cấp thông qua hệ truyền động và hoạt động hiệu quả chống lại hệ thống truyền lực.

Hệ thống này được trang bị trên cả hai loại động cơ Bluemotion chạy bằng xăng và diesel. Thêm thông tin có sẵn ở đây và ở đây

Tôi đánh giá cao rằng điều này không hoàn toàn ở cùng quy mô như những chiếc xe F1 sử dụng nhưng nó là một hình thức phanh tái tạo và nó được sử dụng trên đường công cộng ngày nay.

Phanh hãm tái sinh là một hệ thống lưu trữ năng lượng thay vào đó sẽ bị mất do nhiệt trong phanh. Trong khi các hệ thống này nghe có vẻ tuyệt vời, chúng đi kèm với một loạt các vấn đề của riêng chúng.

1. Trước khi vào kho lưu trữ năng lượng và tạo ra, phanh dịch vụ thực tế trở nên rất phức tạp. Để phanh tái tạo hoạt động tốt, phanh không thể bật trong khi phanh tái tạo đang làm việc của chúng. Phanh tái tạo hơn nữa chỉ hoạt động ở tốc độ cao và mất hiệu quả của chúng khi bạn chậm lại. Điều này đòi hỏi một sự chuyển đổi trong đó ở tốc độ cao, phanh tái tạo làm bạn chậm lại và phanh thông thường thì không và khi bạn giảm tốc độ thì phanh tái tạo sẽ ngày càng ít đi và phanh thường xuyên sẽ khiến bạn dừng lại. Hệ thống làm cho bàn đạp phanh cảm thấy bình thường trong khi phanh thông thường không làm gì và sau đó chuyển bạn thành phanh thường xuyên một cách trơn tru với bạn nhận thấy rằng một công tắc xảy ra là rất phức tạp và rất khó để có được sự hoàn hảo.
2. Lưu trữ năng lượng là một vấn đề rất lớn. Mọi thứ nghe có vẻ tuyệt vời trong các giống lai, chỉ cần sạc pin, trong thực tế, lượng năng lượng mà chiếc xe tạo ra trong quá trình dừng là nhiều hơn so với pin thực sự có thể hấp thụ. Nếu dừng nhanh thì vấn đề được khuếch đại thêm. Một hệ thống mà @BobCross đã đề cập là KERS. Bằng cách kết hợp một động cơ / máy phát điện cho bánh đà, năng lượng tái tạo bổ sung không thể đi trực tiếp vào pin được sử dụng để quay bánh đà. Sau đó, theo thời gian, năng lượng được chuyển đổi thành điện năng để sạc pin. Các hệ thống này rất nặng và đắt tiền. Một hệ thống khác đang sử dụng siêu tụ điện. Năng lượng bổ sung được đổ vào các siêu mũ. Vấn đề là khi năng lượng được lưu trữ trong các tụ điện, nó không siêu hữu ích nếu không có điều hòa. Điện áp trong tụ giảm rất nhanh. Nếu lưu trữ một điện áp cao thì cần có một hệ thống để giảm điện áp xuống một cái gì đó hữu ích. Nếu lưu trữ không nhiều điện áp hơn pin thì cần có một hệ thống để tăng điện áp lên một cái gì đó hữu ích. Siêu tụ điện cũng khá đắt.

Xe hybrid và xe điện đã được xây dựng trong các hệ thống điện để tận dụng hệ thống phanh tái tạo. Tất cả những vấn đề này được khuếch đại hơn nữa với động cơ xăng thẳng. Một hệ thống mới cần được cài đặt, không thể tận dụng một cái gì đó hiện có, để cung cấp hệ thống phanh tái tạo thêm vào chi phí. Thật khó để bán ai đó trên một hệ thống có thêm $ 5k vào giá của một chiếc xe có khả năng tiết kiệm nhiên liệu tốt hơn trong thành phố nhưng phải chịu đựng trên đường cao tốc.

Ford đang phát triển một hệ thống trong đó một máy bơm dịch chuyển tích cực sẽ tích điện cho bộ tích lũy thủy lực khi bạn dừng lại. Khi cất cánh trở lại, áp suất chất lỏng được gửi ngược lại qua bơm để biến nó thành động cơ để hỗ trợ bắt đầu từ điểm dừng. Hệ thống này dành cho các xe tải lớn, nơi kích thước của hệ thống không quá nhiều gánh nặng. Ngoài ra hệ thống rất to và dễ bị rò rỉ.

Đầu máy xe lửa diesel-điện sử dụng phanh tái tạo, nhưng họ gọi nó là "phanh động lực". Ngoài ra, họ không lưu trữ năng lượng, họ thổi nó qua lưới điện trở và quạt ở tầng mái.

Đầu máy xe lửa đầy đủ và một số xe điện nói chung có thể cung cấp năng lượng tái tạo trở lại vào dây hoặc đường ray thứ ba; Điều này đơn giản hơn nhiều trong các hệ thống DC.

Nhưng các động cơ kéo (thường là một trên mỗi trục) được điều khiển bởi động lượng của tàu và do đó chạy như máy phát điện.

Phanh hãm chỉ thực sự hữu ích trên xe điện hoặc hybrid vì lý do đơn giản là chúng có cách sử dụng năng lượng được lưu trữ. Ngoài ra, một khi bạn có một động cơ điện như là một phần của phanh tái tạo đào tạo lái xe được tích hợp khá nhiều (ít nhất là về phần cứng) khi bạn chỉ cần sử dụng máy phát điện aa hiện tại và chuyển năng lượng được tạo ra cho pin sau này sử dụng.

Về bản chất, không có điểm nào là tất cả trong việc sử dụng phanh tái tạo trong bất cứ thứ gì khác ngoài một chiếc xe hybrid, thực sự có phanh tái tạo là một định nghĩa tốt về một chiếc xe hybrid.

Mặc dù không có lý do tại sao bạn không thể lắp một chiếc xe động cơ IC thông thường với hệ thống phanh tái tạo, trừ khi bạn sẽ sử dụng sức mạnh đó để lái xe thì bạn thực sự không đạt được nhiều vì bạn đang bổ sung thêm rất nhiều trọng lượng và độ phức tạp để lưu trữ năng lượng điện mà bạn không thể sử dụng.

Ngoài ra còn có một vấn đề là trên những hành trình dài trên đường cao tốc / đường cao tốc, bạn có thể không đủ phanh để đáp ứng ngay cả những nhu cầu nhỏ của hệ thống điện phụ trợ (đèn, đánh lửa, radio, sạc pin để bắt đầu, v.v.) nên bạn thậm chí không thể có được lợi thế của việc không cần một máy phát điện.

Chúng ta có thể làm điều tốt nhất tiếp theo.

1/2 dặm (800m) phía trước, tôi thấy một ánh sáng chuyển sang màu vàng; ở tốc độ 60 dặm / giờ (100kph) trong 30 giây. Và tôi biết rằng ánh sáng có chu kỳ khoảng 35 giây, cộng thêm 10 giây để chồng xe dừng lại để di chuyển.

Tôi đã áp dụng sức mạnh liên tục để giữ tốc độ. Tôi sẽ tiếp tục làm như vậy trong 25 giây nữa, sau đó 5 giây phanh chắc chắn và dừng lại. 15 giây chơi với điện thoại của tôi, sau đó tôi đang trên đường.

Hoặc ... tôi đi đến quyền lực nhàn rỗi ngay lập tức. Xe của tôi bờ biển. Với động cơ vẫn còn trong hộp số, động lượng của tôi đang đẩy (quay) động cơ, cho hiệu quả phanh nhẹ, do đó kim phun nhiên liệu hoàn toàn tắt. Tốc độ của tôi dần dần chậm lại ... 55 ... 50 ... 45 ... Một chút sức mạnh ... 40 (65kph) ... lật đèn chuyển sang màu xanh lá cây trong khi tôi vẫn còn 1/8 dặm (200m) trở lại. Những chiếc xe dừng lại giải nén và tôi đánh giá chính xác khi nào cần áp dụng năng lượng. Và tôi không bao giờ phanh.

Trong kịch bản đầu tiên, có hai trao đổi năng lượng. Đầu tiên, nhiên liệu được sử dụng cho 3/8 dặm (600m) để ở lại hành trình. Thứ hai, năng lượng phanh giảm trong 1/8 dặm cuối cùng. Không chỉ là gần như nhau, chúng là cùng một năng lượng . Nếu chúng ta đang thực hiện regen thích hợp, chúng ta có thể đọc chúng ra khỏi ampe kế và rút ra các joules thực tế ra và vào.

Trong kịch bản thứ hai, không có. Nhiên liệu không được sử dụng và năng lượng phanh không bị đổ ra. Hiệu quả của phanh tái tạo đạt được, nhưng không có bất kỳ tổn thất chuyển đổi nào.

Cấp, đây là một phương pháp giáo dục chứ không phải là một phương pháp công nghệ, nhưng nó hoạt động. Thậm chí trên một EV có khả năng regen, nó vẫn hoạt động tốt hơn so với regen - trên thực tế nó sẽ làm việc thậm chí tốt hơn trên một EV vì bạn trở nên tốt hơn "bờ biển" - không cần phải sử dụng kéo để quay động cơ chỉ đơn thuần là để cung cấp phanh và chỉ đạo hỗ trợ .