Funcionament de regeneració elèctrica durant la frenada i la desacceleració

Introduït fa uns anys a les locomotores dièsel convencionals, la frenada regenerativa és cada cop més important a mesura que els vehicles híbrids i elèctrics es tornen més democràtics.

Fem una ullada, doncs, als aspectes fonamentals d'aquesta tècnica, que, per tant, tracta d'obtenir electricitat del moviment (o més aviat energia cinètica / força inercial).

El principi bàsic

Tant si es tracta d'una càmera d'imatge tèrmica, un híbrid o un vehicle elèctric, la recuperació d'energia és ara a tot arreu.

En el cas de les màquines d'imatge tèrmica, l'objectiu és descarregar el motor apagant l'alternador el més sovint possible, la funció del qual és recarregar la bateria de plom-àcid. Així, alliberar el motor de la limitació de l'alternador significa que es generarà el màxim possible estalvi de combustible i generació d'energia quan el vehicle està al fre del motor, quan es pot utilitzar l'energia cinètica en comptes de la potència del motor (en reduir la velocitat o baixar un llarg temps). pendent sense acceleració).

Per als vehicles híbrids i elèctrics, serà el mateix, però aquesta vegada l'objectiu serà recarregar la bateria de liti, que està calibrada a una mida molt més gran.

Utilitza energia cinètica generant corrent?

El principi és àmpliament conegut i democratitzat, però he de tornar-hi ràpidament. Quan creuo una bobina de material conductor (el coure és el millor) amb un imant, genera un corrent en aquesta famosa bobina. Això és el que farem aquí, utilitzar el moviment de les rodes d'un cotxe en marxa per animar l'imant i per tant generar electricitat que es recuperarà a les bateries (és a dir, la bateria). Però si sona elemental, veuràs que hi ha algunes subtileses més que cal tenir en compte.

Regeneració durant la frenada / desacceleració de vehicles elèctrics i híbrids

Aquests cotxes estan equipats amb motors elèctrics per impulsar-los, per la qual cosa és convenient utilitzar la reversibilitat d'aquest últim, és a dir, que el motor remolca si rep suc, i que lliura energia si és accionat mecànicament per una força externa (aquí un cotxe arrenca). amb rodes que giren).

Així que ara mirem una mica més específicament (però siguem esquemàtics) què dóna això, amb algunes situacions.

1) Mode motor

Comencem amb l'ús clàssic d'un motor elèctric, per això fem circular el corrent en una bobina situada al costat de l'imant. Aquesta circulació de corrent al cable elèctric induirà un camp electromagnètic al voltant de la bobina, que després actua sobre l'imant (i per tant el fa moure). Dissenyant intel·ligentment aquesta cosa (embolicada en una bobina amb un imant giratori a l'interior), és possible obtenir un motor elèctric que faci girar l'eix sempre que s'apliqui corrent.

És el "controlador de potència" / "electrònica de potència" que s'encarrega d'encaminar i controlar el flux d'electricitat (tria la transmissió a la bateria, el motor a una determinada tensió, etc.), per la qual cosa és fonamental. rol, ja que és el que permet que el motor estigui en el mode "motor" o "generador".

Aquí he desenvolupat un circuit sintètic i simplificat d'aquest aparell amb un motor monofàsic per facilitar-ne la comprensió (un trifàsic funciona amb el mateix principi, però tres bobines poden complicar les coses en va i, per tant, visualment és més fàcil en una sola fase).

La bateria funciona amb corrent continu, però el motor elèctric no, per la qual cosa es necessita un inversor i un rectificador. El poder elèctric és un dispositiu per distribuir i dosificar el corrent.

2) Generador/mode de recuperació d'energia

Per tant, en mode generador, farem el procés contrari, és a dir, enviar el corrent procedent de la bobina a la bateria.

Però tornant al cas concret, el meu cotxe va accelerar fins als 100 km/h gràcies a un motor tèrmic (consum d'oli) o un motor elèctric (consum de bateria). Per tant, he adquirit energia cinètica associada a aquests 100 km/h i vull convertir aquesta energia en electricitat...

Així que per això deixaré d'enviar corrent de la bateria al motor elèctric, la lògica que vull frenar (per tant, el contrari em farà accelerar). En canvi, l'electrònica de potència invertirà la direcció dels fluxos d'energia, és a dir, dirigirà tota l'electricitat produïda pel motor cap a les bateries.

De fet, el simple fet que les rodes facin girar l'imant fa que es generi electricitat a la bobina. I aquesta electricitat induïda a la bobina tornarà a generar un camp magnètic, que després alentirà l'imant i ja no l'accelerarà com quan es fa aplicant electricitat a la bobina (per tant gràcies a la bateria)...

Aquesta frenada s’associa a la recuperació d’energia i, per tant, permet al vehicle disminuir la velocitat mentre recupera l’electricitat. Però hi ha alguns problemes.

Si vull recuperar energia mentre segueixo movent-me a una velocitat estabilitzada (és a dir, híbrida), faré servir un motor tèrmic per impulsar el cotxe i un motor elèctric com a generador (gràcies als moviments del motor).

I si no vull que el motor tingui massa frens (a causa del generador), envio el corrent al generador/motor).

Quan frenes, l'ordinador distribueix la força entre el fre regeneratiu i els frens de disc convencionals, això s'anomena "frenada combinada". Dificultat i, per tant, eliminació dels fenòmens sobtats i altres que poden interferir amb la conducció (quan es fa malament, es pot millorar la sensació de frenada).

Un problema amb la bateria i la seva capacitat.

El primer problema és que la bateria no pot absorbir tota l'energia que li transfereix, té un límit de càrrega que evita que s'injecti massa suc al mateix temps. I amb la bateria plena, el problema és el mateix, no menja res!

Malauradament, quan la bateria absorbeix electricitat, es produeix una resistència elèctrica, i és quan la frenada és més severa. Així, com més "bombegem" l'electricitat generada (i, per tant, augmentant la resistència elèctrica), més fort serà el frenat del motor. Per contra, com més sentiu el frenat del motor, més significarà que les bateries s'estan carregant (o millor dit, el motor genera molta corrent).

Però, com acabo de dir, les bateries tenen un límit d'absorció i, per tant, no és desitjable fer frenades sobtades i prolongades per recarregar la bateria. Aquest últim no se'n podrà apropiar, i el sobrant es llençarà a les escombraries...

El problema està relacionat amb la progressivitat de la frenada regenerativa

Alguns voldrien utilitzar la frenada regenerativa com a principal i, per tant, prescindir definitivament dels frens de disc, que són energèticament pobres. Però, malauradament, el mateix principi de funcionament del motor elèctric impedeix l'accés a aquesta funció.

De fet, la frenada és encara més forta quan hi ha una diferència de velocitat entre el rotor i l’estator. Així, com més desacceleris, menys potent serà la frenada. Bàsicament, no podeu immobilitzar el cotxe mitjançant aquest procés, heu de tenir frens normals addicionals per ajudar a aturar el cotxe.

Amb dos eixos acoblats (aquí hibridació E-Tense / HYbrid4 PSA), cadascun amb un motor elèctric, la recuperació d'energia durant la frenada es pot duplicar. Això sí, això també dependrà del coll d'ampolla del costat de la bateria... Si aquesta darrera no té molta gana, no té gaire sentit tenir dos generadors. També podem esmentar el Q7 e-Tron, les quatre rodes del qual estan connectades a un motor elèctric gràcies al Quattro, però en aquest cas només hi ha instal·lat un motor elèctric a les quatre rodes, no dos com a l'esquema (per tant només tenim un generador)

3) La bateria està saturada o el circuit està sobreescalfat

Com dèiem, quan la bateria està completament carregada, o consumeix massa energia en massa poc temps (la bateria no es pot carregar a una velocitat massa alta), tenim dues solucions per evitar danyar el dispositiu:

• La primera solució és senzilla, ho tallo tot... Mitjançant un interruptor (controlat per l'electrònica de potència), tallo el circuit elèctric, fent-lo obrir (repeteixo el terme exacte). D'aquesta manera el corrent ja no circula i ja no tinc electricitat a les bobines i per tant ja no tinc camps magnètics. Com a conseqüència, la frenada regenerativa ja no funciona i el vehicle marxa per inercia. Com si ja no tingués un generador i, per tant, ja no tingués fricció electromagnètica que frena les meves masses en moviment.
• La segona solució és dirigir el corrent amb el qual ja no sabem què fer a les resistències. Aquestes resistències estan dissenyades per a això i, per ser sincers, són bastant senzilles... El seu paper és realment absorbir el corrent i dissipar aquesta energia en forma de calor, gràcies, per tant, a l'efecte Joule. Aquest dispositiu s'utilitza en camions com a frens auxiliars a més dels discos / pinces convencionals. Per tant, en comptes de carregar la bateria, enviem corrent a una mena de "papers d'escombraries elèctriques" que dissipen aquestes últimes en forma de calor. Tingueu en compte que això és millor que el frenat de disc perquè a la mateixa velocitat de frenada el fre del reòstat s'escalfa menys (nom que rep el frenat electromagnètic, que dissipa la seva energia en resistències).

Aquí tallem el circuit i tot perd les seves propietats electromagnètiques (és com si estigués retorçant un tros de fusta en una bobina de plàstic, l'efecte ja no hi és)

Aquí fem servir un fre de reòstat que

4) modulació de la força de frenada regenerativa

De manera adequada, els vehicles elèctrics ara disposen de pales per ajustar la força de retorn. Però, com es pot fer que la frenada regenerativa sigui més o menys potent? I com fer-ho perquè no sigui massa potent, perquè la conducció sigui suportable?

Bé, si en mode regeneratiu 0 (sense frenada regenerativa) només necessito desconnectar el circuit per tal de modular la frenada regenerativa, caldrà trobar una altra solució.

I entre ells, podem retornar part del corrent a la bobina. Perquè si la producció de suc fent girar l'imant a la bobina provoca resistència, tindria molt menys (resistència) si, en canvi, jo mateix injectés el suc a la bobina. Com més injecto, menys frens tindré, i pitjor encara, si injecto massa, acabo accelerant (i allà, el motor passa a ser el motor, no el generador).

Per tant, és la fracció del corrent reinjectada a la bobina la que farà que la frenada regenerativa sigui més o menys potent.

Per tornar al mode de roda lliure, fins i tot podem trobar una altra solució a més de desconnectar el circuit, és a dir, enviar corrent (exactement el que cal) per tal de tenir la sensació que estem en mode de roda lliure... Una mica com quan ens quedem al mig del pedal a la tèrmica per aparcar a ritme constant.

Aquí estem enviant una mica d'electricitat al bobinatge per reduir el "fre del motor" del motor elèctric (en realitat no és un fre del motor, si volem ser precisos). Fins i tot podem obtenir un efecte de roda lliure si enviem prou electricitat per estabilitzar la velocitat.

Tots els comentaris i reaccions

passat comentari publicat:

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

Hola

Fa uns dies, vaig tenir una reunió en un concessionari Kia sobre el manteniment programat del meu Soul EV 48000 de 2020 km. Ã ?? la meva gran sorpresa, em van aconsellar que canviés tots els frens davanters (discs i pastilles) perquè estaven acabats !!

Li vaig dir al responsable del servei que això no era possible perquè vaig aprofitar al màxim els frens recuperadors des del principi. La seva resposta: els frens d'un cotxe elèctric es desgasten encara més ràpid que un cotxe normal !!

Això és realment divertit. Llegint la teva explicació sobre com funcionen els frens regeneratius, he rebut la confirmació que el cotxe s'està alentint mitjançant un procés diferent dels frens estàndard.

Il J. 1 reacció (s) a aquest comentari:

• Administrador ADMINISTRADOR DEL LLOC (2021-07-15 08:09:43): Ser concessionari i dir que un cotxe elèctric desgasta els frens més ràpid segueix sent el límit.

  Perquè si l'excés de severitat d'aquest tipus de vehicles hauria de comportar lògicament un desgast més ràpid, la regeneració inverteix la tendència.

  Ara bé, potser el nivell de recuperació 3 utilitza els frens en paral·lel per augmentar artificialment el fre del motor (utilitzant així la força magnètica del motor i dels frens). En aquest cas, podeu entendre per què els frens es desgasten més ràpidament. I amb l'ús freqüent de la regeneració, això provocarà una pressió de pastilles llarga sobre els discos amb una calor desagradable pel desgast (quan aprenem a conduir, ens diuen que la pressió sobre els frens ha de ser forta, però curta per limitar l'escalfament).

  Estaria bé que veiés el desgast d'aquests elements amb els teus propis ulls per veure si el concessionari té la temptació de fer números il·legals (poc probable, però és cert que “aquí en podem dubtar”).

(La vostra publicació serà visible al comentari després de la verificació)

Escriure un comentari

Per al manteniment i reparacions, faré el següent: