การเบรกแบบปฏิรูปคืออะไรและทำไมเราไม่ใช้มัน

ฉันรู้ว่ารถยนต์ไฟฟ้าจำนวนมากใช้การเบรกแบบใหม่เพื่อให้รถมีประสิทธิภาพมากขึ้นโดยการแปลงพลังงานความร้อนที่สูญเสียไปเป็นพลังงานที่มีประโยชน์และสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้

แน่นอนว่าต้องมีวิธีการออกแบบเบรกแบบใหม่ที่จะช่วยให้สามารถใช้เทคโนโลยีนี้กับรถยนต์ทั่วไปที่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์สันดาปภายในทั่วไป

สิ่งที่ฉันไม่เข้าใจคือ:

• การเบรกแบบปฏิรูปนั้นคืออะไร?
• เหตุใดเราสามารถใช้ระบบเบรกแบบปฏิรูปสำหรับรถยนต์ไฟฟ้าและรถยนต์ไฮบริดเท่านั้น
• มีเหตุผลใดที่เราไม่สามารถใช้เทคโนโลยีการเบรกอันชาญฉลาดนี้เพื่อเพิ่มพลังให้กับเพลาข้อเหวี่ยงหรือลดการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิง?

แหล่งที่มาของรูปภาพ: http://sjam4uphysics.pbworks.com/w/page/38936885/Regenerative%20Braking

tl; dr: เราทำ มันแพงมาก

หนึ่งในความแตกต่างระหว่างมอเตอร์พลังงานไฟฟ้าและสารเคมีคือระบบไฟฟ้าทำให้การจับและเก็บพลังงานสะดวกขึ้น (เช่นแบตเตอรี่) สิ่งที่คุณต้องทำคือใช้การเหนี่ยวนำเพื่อสร้างกระแสไฟฟ้าที่ล้อขณะเบรก ชี้ให้เห็นว่ากระแสไฟฟ้าตรงกับแบตเตอรี่นั้นและคุณยังมีพลังงานเหลืออยู่ซึ่งจะสูญเปล่า

ด้วยมอเตอร์พลังงานเคมีมันยากมากที่จะเก็บพลังงานส่วนเกิน ตัวอย่างเช่นเราไม่สามารถใช้เบรกเพื่อสร้างน้ำมันเบนซินมากขึ้น แต่ก็เป็นไปได้ที่จะเก็บพลังงานจลน์พลังงานในสิ่งที่ต้องการKERS สิ่งนี้จะใช้พลังงานในการเบรกเพื่อหมุนมู่เล่ มู่เล่นั้นสามารถใช้เป็นพลังขับเคลื่อนเพิ่มเติมเมื่อจำเป็น

น่าเสียดายที่หน่วย KERS นั้นมีราคาแพงและต้องการวิศวกรรมเพิ่มเติม (แน่นอนว่าคุณจะได้ล้อมู่เล่ที่หมุนได้จริงเพื่อผลักดันรถไปข้างหน้าหรือไม่) พวกมันไม่ธรรมดาดังนั้นพวกเขาจึงไม่ได้รับประโยชน์จากการประหยัดจากขนาด

ทั้งหมดที่กล่าวมาพวกเขาทำงาน ฟอร์มูล่าวันใช้มันเพื่อผลที่ยอดเยี่ยมในฐานะระบบการส่งผ่าน ฉันจะไม่ใช้ความสามารถแบบนั้นบนท้องถนน แต่ฉันยินดีที่จะทดลองกับสิ่งใดก็ตามที่ช่วยให้ฉันสามารถอุ้มออกมาได้มากกว่าแกลลอนแก๊ส

ในการตอบคำถาม "การเบรกแบบปฏิรูปซ้ำคืออะไรและทำไมเราไม่ใช้มัน?" เราทำ ด้วยการเบรกแบบปกติโมเมนตัมไปข้างหน้าของรถจะถูกขัดออกด้วยการเบรกโดยการเปลี่ยนให้เป็นความร้อนในดิสก์เบรกด้วยการสลายตัวในภายหลังและหายไป ด้วยการเบรกแบบใหม่ทั้งหมดแทนที่จะเป็นการเคลื่อนไหวของรถที่หายไปจากชั้นบรรยากาศเป็นความร้อนมันจะถูกแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้าและเก็บไว้ในแบตเตอรี่รถยนต์

ช่วงของรถยนต์ Volkswagen Bluemotion (และฉันค่อนข้างมั่นใจว่าผู้ผลิตรายอื่นทำสิ่งนี้ แต่ฉันมั่นใจว่า Volkswagen ทำ) มีเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับที่ซับซ้อนมาก เมื่อรถตรวจพบว่ามีการชะลอตัวโดยความดันที่ใช้กับเบรกและรถยังคงอยู่ในเกียร์และคลัตช์นั้นขึ้นเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับจะเข้าสู่โหมดที่ดึงพลังงานออกมาจากไดรฟ์อย่างมีนัยสำคัญ โดยปกติแล้วไดรฟ์นี้จะมาจากเครื่องยนต์ แต่ในสถานการณ์เบรกจะมีให้ผ่านเกียร์เท่านั้นและทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพกับระบบขับเคลื่อน

ระบบนี้ติดตั้งได้ทั้ง Volkswagens ที่ติดตั้งระบบน้ำมันและดีเซล Bluemotion ข้อมูลเพิ่มเติมสามารถดูได้ที่นี่และที่นี่

ฉันรู้สึกซาบซึ้งที่นี่ไม่ได้อยู่ในระดับเดียวกับรถ F1 ที่ใช้ แต่มันเป็นรูปแบบหนึ่งของการเบรกแบบปฏิรูปใหม่และใช้งานบนถนนสาธารณะในปัจจุบัน

การเบรกแบบ Regenerative braking เป็นระบบที่เก็บพลังงานซึ่งจะทำให้สูญเสียความร้อนในเบรกแทน ในขณะที่ระบบเหล่านี้ฟังดูยอดเยี่ยมพวกเขามาพร้อมกับปัญหามากมายของตัวเอง

1. ก่อนที่จะเข้าสู่ที่จัดเก็บพลังงานและการผลิตเบรกที่เกิดขึ้นจริงนั้นมีความซับซ้อนมาก สำหรับการเบรกแบบปฏิรูปเพื่อให้ทำงานได้อย่างถูกต้องเบรกจะไม่สามารถทำงานได้ในขณะที่ระบบเบรกแบบรีเอเจนต์กำลังทำอยู่ เบรกแบบปฏิรูปเพิ่มเติมนั้นจะทำงานที่ความเร็วสูงและลดประสิทธิภาพลงเมื่อคุณทำงานช้าลง สิ่งนี้ทำให้การเปลี่ยนผ่านเกิดขึ้นเมื่อเบรกความเร็วสูงทำให้เบรคช้าลงและเบรกปกติจะไม่ทำงานและในขณะที่เบรกช้าลงจะทำให้เบรกไม่ทำงานและเบรคธรรมดาจะหยุดคุณ ระบบที่ทำให้เหยียบเบรครู้สึกปกติในขณะที่เบรกปกติไม่ทำอะไรเลยและเปลี่ยนคุณเป็นเบรกปกติได้อย่างราบรื่นโดยสังเกตว่าสวิตช์ที่เกิดขึ้นนั้นซับซ้อนและยากที่จะทำให้สมบูรณ์
2. การจัดเก็บพลังงานเป็นปัญหาใหญ่ ทุกอย่างฟังดูดีในลูกผสมเพียงชาร์จแบตเตอรี่ซึ่งในความเป็นจริงปริมาณพลังงานที่รถสร้างขึ้นในระหว่างการหยุดเป็นวิธีที่มากกว่าที่แบตเตอรี่สามารถดูดซับได้จริง หากหยุดอย่างรวดเร็วปัญหาก็จะถูกขยายเพิ่มเติม ระบบที่ @BobCross กล่าวถึงคือ KERS ด้วยการรวมมอเตอร์ / เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเข้ากับล้อช่วยเสริมพลังงานการงอกใหม่ที่ไม่สามารถเข้าไปในแบตเตอรี่ได้โดยตรงจะถูกใช้เพื่อหมุนมู่เล่ จากนั้นเมื่อเวลาผ่านไปพลังงานจะถูกแปลงเป็นไฟฟ้าเพื่อชาร์จแบตเตอรี่ ระบบเหล่านี้หนักและแพงมาก ระบบอื่นกำลังใช้ตัวเก็บประจุ super พลังงานพิเศษจะถูกเทลงในซุปเปอร์แคป ปัญหาคือเมื่อพลังงานถูกเก็บไว้ในตัวเก็บประจุมันจะไม่มีประโยชน์มากนักหากไม่มีการปรับสภาพ แรงดันไฟฟ้าในตัวเก็บประจุลดลงอย่างรวดเร็ว หากการจัดเก็บไฟฟ้าแรงสูงจำเป็นต้องมีระบบในการลดความต่างศักย์ให้เป็นประโยชน์ หากการจัดเก็บแรงดันไม่เกินแบตเตอรี่แล้วจำเป็นต้องมีระบบในการปรับระดับแรงดันไฟฟ้าให้มีประโยชน์ ตัวเก็บประจุแบบซุปเปอร์นั้นค่อนข้างแพง

รถไฮบริดและรถยนต์ไฟฟ้าได้สร้างขึ้นในระบบไฟฟ้าเพื่อใช้ประโยชน์จากการเบรกแบบใหม่ ปัญหาทั้งหมดเหล่านี้จะขยายเพิ่มเติมด้วยเครื่องยนต์เบนซินตรง ความต้องการของระบบใหม่ที่ติดตั้งไม่สามารถใช้ประโยชน์จากสิ่งที่มีอยู่เพื่อให้การเบรกซ้ำเพิ่มไปยังค่าใช้จ่าย มันยากที่จะขายใครบางคนในระบบที่เพิ่ม $ 5k ให้กับราคาของรถที่ประหยัดน้ำมันเชื้อเพลิงได้ดีขึ้นในเมือง แต่ทนอยู่บนทางหลวง

ฟอร์ดกำลังพัฒนาระบบที่ปั๊มสูบน้ำที่มีประจุบวกเก็บประจุไฮดรอลิกขณะที่คุณหยุด เมื่อถอดออกอีกครั้งแรงดันของเหลวจะถูกส่งกลับผ่านปั๊มเพื่อเปลี่ยนให้เป็นมอเตอร์เพื่อช่วยเริ่มต้นจากจุดหยุด ระบบนี้มีไว้สำหรับรถบรรทุกขนาดใหญ่ที่มีขนาดของระบบไม่เป็นภาระมากเกินไป นอกจากนี้ระบบเสียงดังและมีแนวโน้มที่จะรั่วไหล

ดีเซล - ไฟฟ้าระเนระนาดรถไฟใช้ปฏิรูปเบรก แต่พวกเขาเรียกมันว่า "พลังเบรก" นอกจากนี้พวกเขาไม่ได้เก็บพลังงานพวกมันจะพัดผ่านตะแกรงต้านทานและพัดลมที่ระดับหลังคา

ระเนระนาดไฟฟ้าเต็มรูปแบบและรถรางบางส่วนสามารถป้อนพลังงานที่สร้างใหม่กลับเข้าไปในสายไฟหรือรางที่สาม สิ่งนี้ง่ายกว่ามากในระบบ DC

แต่ฉุดมอเตอร์ (โดยทั่วไปหนึ่งต่อเพลา) ถูกขับเคลื่อนด้วยโมเมนตัมของรถไฟและทำงานเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

การเบรกแบบใหม่นั้นมีประโยชน์อย่างมากกับรถยนต์ไฟฟ้าหรือรถยนต์ไฮบริดด้วยเหตุผลง่ายๆว่าพวกเขามีวิธีการใช้พลังงานที่เก็บไว้ นอกจากนี้เมื่อคุณมีมอเตอร์ไฟฟ้าซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของการเบรกสำหรับการขับเคลื่อนขบวนรถไฟไดรฟ์จะถูกสร้างขึ้นใน (อย่างน้อยก็ในแง่ของฮาร์ดแวร์) เพราะคุณเพียงแค่ใช้มอเตอร์เครื่องกำเนิดไฟฟ้า aa ที่มีอยู่แล้วเปลี่ยนพลังงานที่สร้างขึ้นสำหรับแบตเตอรี่ในภายหลัง ใช้.

ในสาระสำคัญไม่มีประเด็นใดที่จะใช้การเบรกแบบปฏิรูปในสิ่งอื่นใดนอกจากรถยนต์ไฮบริดการมีระบบเบรกแบบการปฏิรูปแบบใหม่นั้นเป็นคำจำกัดความที่ดีของรถไฮบริด

ในขณะที่ไม่มีเหตุผลว่าทำไมคุณไม่สามารถติดตั้งเครื่องยนต์รถไอซีคอนเวนชั่นด้วยระบบเบรกแบบปฏิรูปใหม่ได้เว้นแต่ว่าคุณกำลังจะใช้พลังนั้นในการขับรถแล้วคุณก็ยังไม่ประสบความสำเร็จเท่าที่ควร น้ำหนักและความซับซ้อนในการจัดเก็บพลังงานไฟฟ้าที่คุณไม่สามารถใช้ได้

นอกจากนี้ยังมีปัญหาที่การเดินทางบนทางหลวง / มอเตอร์เวย์ที่ยาวคุณอาจเบรกไม่เพียงพอที่จะตอบสนองแม้แต่ความต้องการเล็กน้อยของระบบไฟฟ้าเสริม (ไฟจุดระเบิดวิทยุการชาร์จแบตเตอรี่สำหรับการเริ่มต้น ฯลฯ ) ดังนั้นคุณอาจไม่ได้รับ ข้อดีของการไม่ต้องใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ

เราสามารถทำสิ่งที่ดีที่สุดต่อไป

1/2 ไมล์ (800m) ข้างหน้าฉันเห็นแสงเปลี่ยนเป็นสีเหลือง ที่ 60 mph (100kph) นั่นคือ 30 วินาที และฉันรู้ว่าแสงนั้นมีรอบ 35 วินาทีบวกกับ 10 วินาทีสำหรับกองรถหยุดเพื่อเคลื่อนที่

ฉันใช้กำลังอย่างต่อเนื่องเพื่อรักษาความเร็ว ฉันจะทำต่อไปอีก 25 วินาทีจากนั้นเบรกจะหยุด 5 วินาที เล่นกับโทรศัพท์ของฉัน 15 วินาทีจากนั้นฉันก็ไป

หรือ ...ฉันไปใช้พลังงานโดยไม่ได้ใช้งานทันที ชายฝั่งรถยนต์ของฉัน เมื่อเครื่องยนต์ยังคงอยู่ในเกียร์โมเมนตัมของฉันกำลังผลัก (หมุน) เครื่องยนต์เพื่อให้เกิดการเบรกอย่างอ่อนโยนดังนั้นหัวฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงจึงดับลงอย่างสิ้นเชิง ความเร็วของฉันค่อยๆช้าลง ... 55 ... 50 ... 45 ... พลังงานน้อยนิด ... 40 (65kph) ...พลิกแสงเปลี่ยนเป็นสีเขียวในขณะที่ฉันยังคงอยู่ 1/8 ไมล์ (200m) กลับ. รถที่หยุดเปิดออกและฉันวัดว่าเมื่อใดที่จะใช้พลังงาน และฉันก็ไม่เคยเบรก

ในสถานการณ์แรกมีการแลกเปลี่ยนพลังงานสองครั้ง อันดับแรกน้ำมันเชื้อเพลิงที่ใช้สำหรับ 3/8 ของไมล์ (600m) เพื่อล่องเรือ ประการที่สองพลังงานเบรกจะลดลงในระยะ 1/8 ไมล์ที่ผ่านมา ไม่เพียง แต่เหล่านี้เกือบเท่ากันพวกเขาเป็นพลังงานเดียวกัน หากเราทำ regen ที่เหมาะสมเราสามารถอ่านค่าแอมมิเตอร์และรับจูลจริงออกมา

ในสถานการณ์สมมติที่สองไม่มี เชื้อเพลิงไม่ได้ใช้และพลังงานเบรคจะไม่หายไป ผลของการเบรกแบบปฏิรูปนั้นทำได้ แต่ไม่มีการสูญเสียการแปลง

จริงอยู่ที่นี่เป็นแนวทางการศึกษามากกว่าเป็นแนวทางเทคโนโลยี แต่ใช้งานได้ แม้ใน EV ที่มีความสามารถในการฟื้นฟูมันก็ยังทำงานได้ดีกว่า Regen - ในความเป็นจริงมันจะทำงานได้ดียิ่งขึ้นใน EV เพราะคุณได้รับ "ชายฝั่ง" ที่ดีขึ้น - ไม่จำเป็นต้องใช้การลากเพื่อหมุนเครื่องยนต์ .