Как работает рекуперация в тесла
Перейти к содержимому

Как работает рекуперация в тесла

  • автор:

Как Tesla выжимает дальность пробега из своих автомобилей

Толпа конкурентов подбирается к дальности поездки автомобиля Tesla Model S в 412 км. Porsche Taycan попадает в промежуток от 309 до 327 км. Audi e-tron – от 328 до 351 км. Jaguar I-Pace проходит 377 км. Chevy Bolt EV идёт нос к носу со своим расстоянием в 417 км.

Есть только одна проблема. Tesla Model S заслужила эту характеристику у агентства по охране окружающей среды (АООС) США восемь лет назад. Сегодня, по меркам АООС США, модель Tesla с самым большим расстоянием поездки, Model S Long Range Plus, может покрыть невероятные 647 км.

И по расстоянию, проходимому электромобилями, Tesla, судя по всему, вне конкуренции. Несмотря на миллиарды, вливаемые в программы разработки электромобилей, авторитетные автопроизводители не смогли достичь такой дальности поездки — а выигрыш в этой игре остаётся ключевым для выигрыша в поиске покупателей. Так как же Tesla это удаётся?

Нам это было особенно интересно, поскольку наши собственные испытания Tesla на шоссе с разрешённой скоростью в 120 км/ч показали, что машина не дотягивает до этих показателей на 27%, а все остальные испытанные нами автомобили – на 22%. Учитывая всё это, а также недавние скандалы, связанные с экономией топлива и выбросами вредных веществ, имевшие место в Ford, Hyundai-Kia и Volkswagen, мы не могли просто поверить Tesla на слово. Вместо этого мы воспользовались помощью информационного провайдера IHS Markit, чтобы прочесать документацию от АООС США, сообщества автомобильных инженеров SAE и автопроизводителей. Кроме того, мы сами испытали автомобили, чтобы понять, как Tesla достигает таких больших чисел. Доминирование компании в этой области сводится, по большому счёту, к трём факторам. Разберём их по отдельности.

Фактор корректировки

Если зарыться в конкретику расчёта пробега электромобилей на одной зарядке, то быстро появляется кроличья нора напичканных деталями технических документов – как, например, 32-страничный стандарт J1634 от SAE, описывающий испытания пробега и эффективности. Если подытожить, то: к электромобилю привязывают динамометр – что-то типа беговой дорожки для машин – и продолжают испытания, которые заканчиваются, только когда аккумулятор садится до такой степени, что машина не может поддерживать требуемую скорость.

Такая процедура использует «городской цикл» АООС США (средняя скорость в 32 км/ч на протяжении 12 км с 18 остановками) и «шоссейный цикл» (средняя скорость в 77 км/ч на протяжении 17 км). Такие же циклы используются для испытаний по экономичности потребления топлива всех легковых машин. Во время обоих циклов машину ведут очень «нежно» – самый агрессивный разгон набирает скорость 97 км/ч за 18 секунд. Между циклами городской и шоссейной езды испытание поддерживает постоянную скорость в 90-100 км/ч для разрядки аккумулятора. АООС США знает, что эти низкоскоростные испытания не отражают реальных условий, поэтому каждое число, обозначающее максимальный пробег конечного продукта, умножается на фактор корректировки, дающий более реалистичный и близкий к потребителю результат.


Вот как Tesla Model S обгоняет Porsche Taycan Turbo S в испытаниях на пробег от АООС США:
Показатель Porsche Taycan Turbo S 2020 года: 192
Показатель Tesla Model S 2020 года: 326

Разница состоит из:

  • 8 – добровольное уменьшение показателя компанией Porsche,
  • 16 – фактор корректировки от АООС США,
  • 41 – полезная ёмкость батареи,
  • 26 – разница в нагрузке на дорогу,
  • 43 – рекуперация и эффективность мотора.

Всё это находится в пределах правил. Из всех производителей Tesla занимается этим дольше всего, поэтому неудивительно, что она разобралась во всех трюках для максимизации своих чисел в АООС США. Метод двойных испытаний появился во время пересмотра показателей экономии топлива, которое АООС США проводило в 2008 году. Изначально агентство хотело, чтобы все машины проходили испытания из пяти циклов, однако автопроизводители пожаловались, что это слишком сложно организовать, и АООС США смягчило требования. Затем агентство придумало способ преобразовать результаты испытаний с двумя циклами в результаты испытаний с пятью, и сегодня многие автопроизводители играют в эту игру с двумя методами со своими бензиновыми машинами.

Однако в случае с электромобилями АООС США остановилось на едином 30% факторе корректировки в 2011 году, когда на рынке было ещё слишком мало электромобилей для статистики. Агентство сообщает, что изначально посчитало эту цифру на основе испытаний Toyota Prius, и позже, в 2015 году, подтвердив правильность этой оценки, решило её не менять.

Когда мы спросили АООС США, как эти значения пробега должны коррелировать с поездками в реальном мире, нам ответили, что одной из главных целей простановки маркировки экономии топлива было дать людям возможность сравнить машины, использующие несравнимые источники энергии – с чем эта маркировка, по мнению агентства, справляется. Однако мы считаем, что в случае с пока ещё развивающимся рынком электромобилей важно получать значения пробега, которые можно сравнивать с пробегом других машин, а также с их пробегом в реальном мире. Альтернативный метод корректировки затрудняет сравнение, и мы не убеждены в том, что он даёт результаты, лучше соответствующие вождению в реальном мире, в особенности при реалистичных шоссейных скоростях типа 120 км/ч – именно это число мы используем для расчёта шоссейной эффективности и дальности.

Большие аккумуляторы

Возможно, это очевидно, но чем больше ёмкость аккумулятора, тем больше должен быть пробег на одной зарядке, а у Tesla пока самые большие аккумуляторы. В 2012 году, когда вышла Model S, Tesla предлагала аккумуляторы ёмкостью 85 кВт*ч. Сегодня покупатели могут заказать аккумулятор на 15% больше, с 98 кВт*ч. Среди менее дорогих электромобилей лидируют Model 3 и Y с аккумулятором на 75 кВт*ч.


2020 Porsche Taycan Turbo s и 2020 Tesla Model S

Что не всегда очевидно, так это какой процент от максимального теоретического объёма батареи удаётся использовать. Для защиты аккумуляторов от преждевременного старения электромобили никогда не заряжают и не разряжают их полностью. Некоторые производители раскрывают общую ёмкость, некоторые пишут полезную энергию, некоторые – оба параметра. Многие утаивают эти детали. К примеру, после запуска Taycan Porsche заявляла о ёмкости её аккумулятора в 93,4 кВт*ч, близко к Model S. Из-за этого небольшой пробег Taycan выглядел ещё более странно. Но оказывается, что количество доступной энергии у Taycan всего лишь 83,7 кВт*ч – на 15% меньше, чем у Model S.

На основании неполных данных можно сделать вывод, что Tesla позволяет машинам использовать больший процент энергии аккумулятора, чем другие производители. По-видимому, это отчасти происходит потому, что компания перекладывает часть ответственности на водителя, выбирающего, насколько сильно нужно заряжать аккумуляторы, отмечая, что зарядку выше 90% нужно делать только перед поездками, а не ежедневно.

Выигрыш в эффективности

Самый крупный и полностью заряженный аккумулятор от Tesla содержит в себе энергию, эквивалентную всего 11 литрам бензина. Ключ к увеличению пробега – использовать меньше электричества для движения средства, и возвращать как можно больше энергии, тормозя электромоторами во время того, как водитель снимает ногу с педали акселератора во время многочисленных замедлений в циклах АООС США. Агрессивная рекуперация Tesla позволяет ей получить 13% выигрыш в дальности по сравнению с Porsche Taycan – последний включает рекуперацию, только когда водитель жмёт на тормоз. Это часть целостного подхода Tesla к эффективной езде, куда входит также и возможность машины катиться под горку с меньшим трением по сравнению с конкурентами.


Меньшая нагрузка: сопротивление качению под горку, выражаемое в фунтах силы, препятствующей движению, у Tesla оказывается меньше всего. Эти данные автопроизводители предоставляют АООС США.

Также с годами Tesla значительно меняла электромоторы для повышения эффективности. В 2015 году она представила полноприводные модели, добавив мотор на переднюю ось Model S, которая раньше была только заднеприводной. Второй мотор и ось добавляют веса и трения, однако полноприводная Model S 85D растянула пробег, измеряемый АООС США, на 8 км по сравнению с заднеприводной. Как? Как и в случае с ДВС, более эффективно будет крутить маломощный мотор с большой загрузкой, чем мощный мотор с малой. Модель 85D с двумя моторами по 188 л.с. использует только один из них, если только водителю не нужно очень сильно ускориться – при том, что заднеприводная модель крутила мотор на 362 л.с. постоянно.

В ранних полноприводных моделях использовались два индукционных мотора, использующих колебания электрического тока для создания вращающегося магнитного поля, раскручивающего мотор. В моделях 2019 года Tesla перешла на более эффективный передний синхронный мотор с постоянными магнитами на Model S и Model X. Это, а также иные небольшие правки, увеличило дальность вариантов Long Range на 10%, до 595 км для Model S и 523 км для Model X.

У новой Model S Long Range Plus дальность возросла до 647 км за счёт дальнейших улучшений. В их числе: сиденья, аккумулятор и моторы похудели суммарно на 63,5 кг, колёса стали аэродинамичней, сопротивление качению у шин уменьшено, механический масляной насос у заднего двигателя заменили электрическим. Так Tesla может остаться лидером по дальности хода на ещё восемь лет.

Тест на детекторе лжи

Тесты дальности и эффективности проводятся на динамометре, который нужно калибровать так, чтобы сопротивление роликов соответствовало происходящему на дороге. Суммарная сила, препятствующая движению машины, называется дорожной нагрузкой. В неё входят аэродинамическое сопротивление, сопротивление шин качению и трение в трансмиссии.

Дорожную нагрузку измеряют во время качения машины по инерции, когда она замедляется со скорости около 130 км/ч до скорости порядка 15 км/ч. Время, за которое произошло замедление, используется для подсчёта трёх коэффициентов в квадратном уравнении, выражающем фунты силы, препятствующей поступательному движению машины с заданной скоростью. Эти коэффициенты определяют сопротивление динамометра во время испытаний на эффективность и дальность.

В 39-страничном документе J1263 от SAE, естественно, содержится куча рекомендаций по поводу этой процедуры, включая требования к глубине протектора покрышек и предварительному пробегу машины, чтобы тестовые автомобили правильно симулировали реальную езду. Однако автопроизводители могут, и собирают экземпляры с наилучшими характеристиками – с самыми скользкими подшипниками и лучшими тормозами – и гоняют их на самых гладких поверхностях.

У Hyundai из-за этого были неприятности в 2012. Компания использовала очень сильно оптимизированные покрышки и особо отобранные результаты, недостижимые в реальном мире. В 2014 году АООС США оштрафовало её на $100 млн и уменьшило рейтинги экономии топлива для большинства моделей Hyundai и Kia 2012 и 2013 годов.


Детектор лжи зависимости дорожной нагрузки от скорости. Чёрные показатели -результаты тестов журнала Car and Driver; зелёные – спецификации Tesla согласно АООС США.

Мы, естественно, захотели выборочно измерить дорожную нагрузку Tesla, лучшую в своём классе, поэтому провели тесты замедления для Model 3, Model Y и Model S. Хотя мы использовали далёкий от идеальной гладкости отрезок дороги длиной в 2 км, а наши машины не были специально подготовлены, полученные результаты не отличались от заявленных более, чем на несколько процентов. Это явное свидетельство того, что компания не пытается обманывать тесты на замедление, и способна оптимизировать эффективность, реально обгоняя конкурентов.

Хотя Tesla, по сравнению с большинством автопроизводителей, охотно делится дальностью пробега для разных предлагаемых комбинаций автомобилей – она обязана сообщать только данные по самым популярным вариантам – иногда она кое о чём умалчивает. К примеру, из данных по дорожной нагрузке, отправленных ею в АООС США, следует, что колёса диаметром в 21″ для Model S Long Range Plus уменьшат дальность поездки почти на 130 км. Таких данных на веб-сайте компании вы не найдёте.

Автомобиль Тесла — как работает электромобиль

Tesla автомобиль

Неуклонно повышается популярность легковых транспортных средств с электродвигателем в качестве силового агрегата. Пионер инновационного развития автотехники ‒ компания Tesla во главе с Илоном Маском ‒ бесспорный лидер рынка электромобилей.

Почему брендовая серия машин Тесла Model, выпуск которой начался всего 9 лет назад, уже стала культовой и сверх престижной? За счет чего электромобили вытесняют авто с ДВС, производителям которых удалось добиться впечатляющего прогресса в улучшении показателей экологичности, экономичности, безопасности? В чем конструктивные отличия электрокара от авто с топливными двигателями?

Давайте выясним, как Тесла Motors серийным производством своих высокотехнологичных изделий, указала приоритетное направление в развитии легкового автотранспорта.

Устройство автомобиля Тесла

конструкция Тесла

Определяющими конструктивными компонентами Тесла являются:

  1. Электродвигатель: асинхронного типа, переменного тока; индуцирует 4-х полюсное магнитное поле, прокручивающее ротор.
  2. Инвертор: выполняет трансформацию постоянного тока, поступающего с батареи, в переменный 3-х фазный, поступающий на двигатель.
  3. Подвесная часть: независимая 2-х рычажная передняя и 5-ти рычажная задняя.
  4. Аккумуляторная батарея (тяговая

В электрическом автомобиле полностью отсутствуют: ДВС, сцепление, стартер, системы зажигания, приготовления рабочей смеси, многоступенчатая коробка передач.

Принцип работы двигателя Тесла

работа мотора Тесла

Это установка асинхронного типа, создающая, за счет электродвижущей силы вращающегося в неподвижном статоре магнитного поля, условия для вращения ротора короткозамкнутого типа.

Принципиально работа электромотора выглядит следующим образом: ток постоянных значений, преобразованный инвертором в переменный, поступает на полюса 3-х фазного статора → происходит вращение в статоре электромагнитного поля и образование (индукция) эдс → воздействие на роторную обмотку создает вихревые токи якоря → их взаимодействие с полем статора приводит к вращению ротора → воздействие на «газ» увеличивает частоту тока статора и, соответственно, число оборотов якоря.

В отличие от синхронных двигателей, где вращение полей в тандеме статор-ротор идентично, в асинхронном агрегате происходит «отставание» ротора от оборотов статорных полей (на величину относительного скольжения).

Движение задним ходом в Тесле обеспечивается переключением полярности стартерных катушек. При полном отпускании акселератора электромотор автомобиля выполняет функцию генератора, ‒ трансформирует механическую энергию от вращения колес в электрическую для зарядки АКБ.

Преимуществами использования асинхронных силовых устройств в автомобилях Тесла является:

  • простая конструкция и обслуживание;
  • допустимость кратковременных перегрузок;
  • пуск ‒ непосредственно от аккумуляторного блока;
  • эффективный отбор крутящего момента;
  • работа в режиме генератора (рекуперация при отпускании «газовой» педали).

В зависимости от модификаций, на Тесла устанавливаются 1 или 2 двигателя: 1 ‒ на заднеприводные, 2 ‒ на полноприводные ТС.

Преимущества асинхронного двигателя перед ДВС

асихронный двигатель Тесла

В сравнении с топливными силовыми агрегатами, достоинства электрических моторов неоспоримы:

  • 100% экологичность;
  • масса в 6 раз меньше ДВС;
  • бесшумность;
  • показатель зависимости массы к производимой мощности у электродвигателя больше в 10 раз (8,5 против 0,8 кВт/кг);
  • КПД ‒ > 95% ( у ДВС ‒ ≤ 25%);
  • «приемистость» (ускорение с места до 100 км/ч: 3,5 ‒ 5,5 сек);
  • ресурс ‒ > 1,6 млн. км пробега;
  • равномерная выдача мощности на всех оборотах (0 ‒ 18000 об/мин);
  • для передачи усилия на колесную пару не требуется дорогостоящая трансмиссия;
  • обслуживание и ремонт ‒ проще и доступнее по стоимости;
  • нет необходимости в регулярных заменах моторных и трансмиссионных масел, уплотнителей, сальников, «расходников».
Познавательно

В разработках новых версий электромобиля инженеры Тесла добились уникальной динамики ‒ разгон до 100 км/ч за 1,1 секунды (Roadster 2)!

Аккумуляторные батареи электрокара

батареи Тесла

Источником питания для двигателя Тесла является тяговый аккумулятор. Он представляет собой платформу из литий-ионных «пальчиковых» элементов Panasonic 18650.

Конструкция

Батарейный отсек автомобиля ‒ последовательно соединенные 16 модулей с плотно «упакованными» батарейками. Модули разделены на группы по 6 элементов, удерживаемые решетками, выполняющими, также, роль проводника охлаждающей жидкости для предотвращения перегрева аккумуляторного узла. В модуле элементы соединены по алгоритму: в группах ‒ последовательно, между группами ‒ параллельно.

В каждом блоке, в зависимости от версии автомобиля, находится от 312 до 444 мини-аккумуляторов, что обеспечивает суммарную емкость 60 ÷ 84 кВт×часов (Model X P100D ‒ 100 кВт×ч/537 км) при номинальном напряжении 400 V. Общее число элементов в платформе ‒ 5040 ÷ 7104. Заявленный пробег без зарядки ‒ 330 ÷ 425 км.

Габаритные характеристики и расположение в автомобиле

Масса ‒ 383 ÷ 540 кг; длина × ширина × высота (см) ‒ 210 ×150 × 15. Платформа размещается в днище на высоте 45 см от земли, что оптимизирует управляемость Тесла.

Зарядка и время

Полностью зарядить аккумуляторную платформу на 60 кВт×ч можно от:

  1. Бытовой розетки евростандарта (V = 220 В; I = 16 A (Ампер)) ≈ 17 ч.
  2. 3-х фазной розетки (с Mobile Connector) ≈ 6 ч.
  3. Зарядной станции Tesla Wall Connector ≈ 3,2 ч.
  4. Станций ABL, Schneider Electric, KEBA ≈ 2,4 ч.
  5. Скоростными зарядками ChaDeMo/Supercharger ≈ 72 мин.
Полезная информация

Автомобили, произведенные для американского рынка, не имеют опции заряда от 3-х фазной розетки.

Инвертор

инвертор Тесла

Устройство с электронным управлением трансформирования постоянного тока в переменный. Функционирует посредством двухэтапного преобразования напряжения изменением параметров частоты тока.

Воздействуя на акселератор, водитель автомобиля увеличивает частоту поступающего на двигатель переменного тока, ‒ возрастает скорость вращения статорных электромагнитных полей и число оборотов ротора.

При рекуперации инвертор Тесла выпрямляет вырабатываемый двигателем знакопеременный ток и распределяет на подзарядку тяговой батареи/АКБ (12 V).

Познавательно

При движении автомобиля отпускание газовой педали определяется датчиками, ‒ Тесла программно переводится в режим рекуперации: прекращается подача тока с тягового аккумулятора → возникает «обратная» эдс → переход двигателя в режим генератора → снижение оборотов ротора/торможение автомобиля → выпрямление инвертором вырабатываемого двигателем тока → подзарядка источников энергии.

Как передается вращение от двигателя к колесам?

Способность электромотора Тесла равномерно передавать крутящий момент позволяет отказаться от ступенчатой коробки передач. Обороты от вала ротора на ведущую колесную пару передаются посредством одноступенчатой шестеренчатой передачи, состоящей из 4-х зубчатых колес спирального типа.

Спиральная конструкция шестерен обеспечивает плавность передачи вращения. Смазка подшипников и зубчатых колес производится принудительной циркуляцией трансмиссионного масла.

Преимущества и недостатки автомобиля Тесла

преимущества тесла

Стильные, инновационные электрокары Tesla ‒ законодатели мод в автомобилестроении. На Тесла равняются мировые производители легковой автотехники, переходящие на выпуск электромобилей.

Отметим основные преимущества автомобилей бренда:

  • Экологическая чистота и бесшумность.
  • Экономичность: сравнение стоимости зарядки Тесла и заправки автомобиля с ДВС в Украине указывает на 4-х кратную экономию Тесла.
  • Функция автоматического вождения (автопилот): искусственный интеллект способен брать управление автомобиля в свои руки, контролируя дорожную обстановку в радиусе 250 м.
  • Высокая технологичность: софт автомобиля мониторит и координирует функциональность механизмов Тесла.
  • Безопасность: машины имеют высшую оценку экспертов по гарантиям защищенности находящихся в автомобиле пассажиров и водителя.
  • Изысканный, «космический» дизайн. Интерьер и экстерьер Тесла отличается от автомобилей других производителей модерновыми дизайнерскими решениями.
  • Вместительность. Отсутствие топливного двигателя «добавило» передний багажник.

К недостаткам Теслы можно отнести продолжительность зарядки/подзарядки и «неподъемную» для среднего автомобилиста стоимость машин.

С 2022 г. Тесла намерена развернуть в Украине станции быстрой зарядки, «заправляющих» фирменные автомобили за 30 ‒ 40 минут. Такое решение повысит количество желающих приобрести Теслу и оценить на практике передовые технологии.

Высокая цена на автомобили с электродвигателем предопределена стоимостью тяговых батарей (32% в смете расходов на изготовление Тесла Model). Глава компании анонсировал разработку и производство более дешевых и «вместительных» по емкости аккумуляторов, что дает возможность снизить стоимость автомобилей.

Где можно купить запчасти на Тесла в Украине

запчасти для автомобилей тесла

Даже самому совершенному и надежному автомобилю может потребоваться ремонт с заменой отдельных узлов и деталей. Приобрести запасные части ко всем модификациям Тесла по лучшей в Украине стоимости всегда можно на странице.

В каталоге ‒ только оригинальные изделия бренда, с технической документацией и гарантийными обязательствами. При отсутствии нужной продукции, магазин организует экспресс-доставку деталей. Автозапчасти-UA ‒ надежный партнер, ценящий каждого клиента.

С Регенерацией и без

С первого момента езды на электричках, в голове крутился неразрешимый вопрос, каким способом регенерация может улучшить производительность автомобиля? Если ничего из ниоткуда не появляется и потраченная на движение энергия в любом случае значительно превышает энергию выработанную при рекуперации. Плюс при рекуперации отрицательное ускорение значительно больше, а значит потратить на новый разгон придется больше, чем если бы автомобиль продолжал катиться накатом. Ну в общем есть теория, а есть практика и наблюдение.

И вот сегодня я проделал полевое испытание и проехал одинаковый путь в обе стороны с приблизительно равными средними результатами. С одной лишь разницей. В одну сторону рекуперация была в режиме Стандарт, а обратно в режиме Низкая.

И вот какие цифры получились.

Фото в бортжурнале Tesla Model X

Фото в бортжурнале Tesla Model X

Результаты вполне убедительные. При низкой рекуперации средний расход на км. уменьшился. А эффективность поездки стала 100%

Понятно, что разницей в принципе можно пренебречь, но в пересчёте на несколько тысяч км. цифры получатся уже более ощутимые.

В сухом остатке — Чудес не бывает.

Сколько энергии потратишь, столько уже не вернёшь никакими рекуперация и даже наоборот потратишь ещё больше в связи с появлением дополнительных звеньев в цепочке передвижения. Хотя наверно, потратишь больше на замену колодок 🙂

По просьбам наблюдательных комментаторов внизу сравнение одного и того же маршрута в одну и туже сторону с и без рекуперации.

Фото в бортжурнале Tesla Model X

Фото в бортжурнале Tesla Model X

И снова не в пользу рекуперации. Теперь при езде с рекуперацией и теплее и скорость ниже, а эффективности увы даже не равны.

Рекуперативное торможение в электромобилях: как работает технология и насколько реально можно увеличить запас хода

Рекуперативное торможение в электромобилях

Понять, что такое рекуперативное торможение в электромобилях совсем не сложно, для этого нужно лишь обратить внимание на основные характеристики этого вида транспорта.

В отличие от машин с ДВС, где важным фактором является динамика, большинство электромобилей выбирают по запасу хода.

И вот именно этот показатель и можно увеличить с помощью рекуперативной тормозной системы.


Рис. 1. Схема рекуперации энергии в электромобиле.

Что такое рекуперативная система?

Технологию рекуперативного торможения используют не только электрические машины, но и автомобили с бензиновым или дизельным мотором (гибриды).

Основанием для её разработки стали высокие цены на топливо и стремление снизить расходы.

Автопроизводители искали варианты решения проблемы, одним из которых стало получение энергии из процесса торможения.

Своё название система получила от термина recuperatio (лат. «возвращение» или «компенсация»).

Возвращая часть затраченной на торможение энергии, она расходует полученное электричество на разгон транспортного средства с двигателем внутреннего сгорания.

Рекуперация на электромобиле имеет одно серьёзное отличие – выработанная электроэнергия не тратится сразу, а может аккумулироваться.

Это позволяет подзаряжать аккумулятор, а запас хода увеличивается, хотя и незначительно. В то же время для электрического транспорта, который непросто подзарядить в дороге, даже этот небольшой заряд может оказаться решающим.

Принцип работы

Работу системы рекуперации электрической энергии можно описать следующим образом:

  • При торможении электромобиля его силовой агрегат отключается от источника питания (аккумулятора) и переходит в генераторный режим, самостоятельно вырабатывая энергию.
  • В таком режиме в обмотках ротора и статора возникают противоположно направленные токи.
  • На валу электромотора возникает тормозной момент. Он обеспечивает торможение транспортного средства, снижая скорость.
  • Одновременно с этим запасённая машиной кинетическая энергия переходит в электроэнергию и тепло.
  • Электрическая энергия поступает в аккумулятор, увеличивая его заряд.
  • Чем чаще тормозит автомобиль, тем больше заряжается его аккумуляторная батарея.

Система рекуперативного торможения получила распространение, в первую очередь, при поездках на транспорте, оборудованном электродвигателями постоянного тока.

Следует отметить, что она применяется не для полного торможения состава, масса которого слишком большая, чтобы компенсировать её таким способом, а лишь для небольшого снижения скорости.

Однако тормозной момент создаётся достаточно большой, и экономия в течение года только для одного состава достигает сотен тысяч гривен.

Проблемы небольших электромобилей

В отличие от тяжёлых и перемещающихся на высокой скорости электропоездов, получившие такую систему электромобили не получают таких же преимуществ:

  • В городе, особенно при движении в плотном потоке, электромобиль практически не может нормально разогнаться (даже при хороших динамических характеристиках, как у Tesla Model S).
  • Рекуперация мало эффективна, так как скорость в начале торможения небольшая (до 60 км/ч), а масса автомобиля не превышает 1-2 т.
  • Энергии вырабатывается мало, и запас хода увеличивается незначительно.
  • Стоимость установки оборудования, обеспечивающего рекуперацию достаточно большая, а из-за низкой эффективности работы рекуперации она почти не окупается.

Важно: Ситуация немного улучшается при движении с горки и торможениях на высокой скорости. Но так разогнаться электромобили могут только за городом. А большинство доступных по цене электрических моделей не обладает запасом хода для загородных поездок и динамикой для нормального разгона.

Эффективность рекуперативного торможения

Использующую рекуперацию тормозную систему нельзя назвать достаточно эффективной.

Хотя её КПД довольно большой – производители электромобилей и другого электрического транспорта (велосипедов, мопедов и грузовых авто) называют цифру в 60-70% возврата.

При этом первые 10-20% теряются сразу, при захвате кинетической энергии – ещё примерно такое же количество аккумулятор недополучает в процессе преобразования в электроэнергию.

С одной стороны, показатель достаточно большой – 70% кинетической энергии подзаряжают аккумулятор электромобиля.

Запас хода увеличивается, и транспортное средство может проехать дальше на одном заряде.

С другой стороны, кинетической энергии на торможение тратится немного, и цифры нельзя назвать впечатляющими.


Рис. 3. Индикация системы рекуперации модели Volkswagen e-Golf.

Владельцы автомобилей Tesla Model S говорят, что во время поездок по городу пользы от системы рекуперативного торможения практически нет.

Заметить её влияние получается только при поездке по холмистой местности, когда водителю приходится тормозить во время спуска.

Иногда запас хода транспортного средства увеличивается при этом на 15-20%.


Рис. 4. Тормоза премиального электромобиля Tesla Model S.

Перспективы использования рекуперации

Повысить эффективность рекуперативной системы позволяет её использование не только при торможении, но и во время обычной поездки.

Предполагается, что энергия будет возвращаться благодаря инновационной подвеске, которую уже разрабатывают компании Levant Power и ZF.

В будущем такими устройствами могут оснащаться все серийно выпускаемые авто.

Принцип действия системы в подвеске следующий:

  • Рекуперативное устройство будет состоять из небольшого электромотора, 4 электрогидравлических насосов и управляющего блока.
  • Приспособление будет устанавливаться возле амортизаторов каждого автомобильного колеса.
  • При движении входящего в конструкцию штока кинетическая энергия будет переходить в электрическую.
  • Полученная электроэнергия будет передаваться к аккумулятору электромобиля. Если устройство будет устанавливаться на машинах с ДВС, энергия поступит в их электрическую сеть.

Совместная работа рекуперативной системы торможения и устройств, аккумулирующих энергию от обычного движения, должна повысить эффективность примерно вдвое. Однако проект пока находится в разработке. До его завершения и, тем более, установки на серийные авто, может пройти несколько лет.

Выводы

Возможность возвращать хотя бы часть потраченной на торможение энергии и дальнейшее развитие технологий в этом направлении позволяет рассчитывать, что электромобили в будущем станут ещё эффективнее.

Запас хода даже бюджетного электрического транспорта увеличится до 150-200 км, и на таком авто можно будет ездить целый день без подзарядки.

В то же время эффективность рекуперации на компактных электрических авто, таких как Chevrolet Bolt, Hyundai Ioniq или Nissan Leaf, всё равно останется небольшой.

Намного заметнее увеличение запаса хода на грузовиках с электромоторами и на тяжёлых электромобилях типа Tesla Model X, вес которого даже без водителя достигает 2,4 т.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *