Frenare è un termine comune nell'industria automobilistica. Quando un veicolo arriva sul mercato una delle specifiche sarebbe il tipo di frenata. I freni a tamburo e a disco sono sistemi di frenatura comuni nei veicoli convenzionali. Il veicolo elettrico ha un ruolo importante nella diffusione del sistema di frenata rigenerativa. Vediamo cosa significa Frenata rigenerativa? Come frenata rigenerativa lavoro e quali sono i suoi effetti sul veicolo.
La prima legge del moto di Newton dice che un oggetto continua nel suo stato di quiete o di moto uniforme a meno che non agisca una forza esterna su di esso.
Per fermare un veicolo in movimento che trattiene energia cinetica, deve agire una forza esterna.
La forza che agisce durante la frenata del veicolo in un sistema frenante convenzionale è la forza di attrito. Quando si azionano i freni su un veicolo in movimento energia cinetica viene convertito in energia termica nei tamburi dei freni e nei fermi del veicolo.
Un veicolo si muove un po' prima di fermarsi anche se applichiamo il freno. Sai perché il veicolo non si ferma istantaneamente quando si applica il freno? È un altro argomento di discussione.
La frenata rigenerativa è un tipo di frenata in cui l'energia viene immagazzinata in un sistema di accumulo di energia quando il veicolo frena e decelera. La frenata rigenerativa mira principalmente ai veicoli elettrici per la facilità di implementazione.
La macchina elettrica in un veicolo elettrico funge da generatore durante la frenata, converte l'energia cinetica in energia elettrica e immagazzina in una batteria. La fonte di energia di un veicolo elettrico è la batteria . L'energia recuperata può essere utilizzata per l'accelerazione del veicolo. Quindi l'energia che sarebbe andata persa viene risparmiata e riutilizzata dalla frenata rigenerativa.
Leggi Un vecchio post sulla frenata rigenerativa dei motori Tesla
Al giorno d'oggi i motori a induzione CA e i PMSM sono comuni in un'auto elettrica . Lo sviluppo di controllori elettronici di potenza ha semplificato il controllo della velocità del motore. Un inverter converte la corrente continua immagazzinata in una batteria in corrente alternata trifase e aziona il motore di un'auto elettrica.
Gli IGBT e i loro impulsi di gate controllano l'uscita di tensione e corrente di un inverter. Sorprendentemente l'inverter non solo converte la CC in CA, ma trasferisce anche l'alimentazione trifase dal motore alla batteria convertendola in CC. Succede con un corretto controllo degli impulsi di gate del circuito del convertitore. Preferiamo nominare il convertitore come convertitore di alimentazione bidirezionale .
Come funziona la frenata rigenerativa?
Quando il conducente preme il pedale dell'attuatore di un'auto elettrica, si verifica la richiesta di coppia e in base alla richiesta di coppia l'unità di controllo del veicolo calcola i segnali di corrente e tensione richiesti al motore.
Oltre all'input del pedale dell'attuatore, l'input del pedale del freno utilizzato anche dal controller del veicolo per decidere se la richiesta di coppia è negativa o positiva. La frenata richiede una coppia negativa e l'accelerazione richiede una coppia positiva. Poi valutando tutti gli altri vincoli il veicolo elettrico cerca di imporre la frenata rigenerativa.
Una volta presa la decisione, gli impulsi del gate ai circuiti del convertitore vengono controllati in modo tale da trasferire energia dal motore alla batteria.
Nel caso in cui la macchina elettrica sia un convertitore dc-dc bidirezionale con motore parallelo cc aiuterebbe a recuperare energia. (Recupero di energia è un'altra parola usata per la frenata rigenerativa).
Innanzitutto la frenata rigenerativa consente di risparmiare l'energia che sarebbe stata persa sotto forma di calore durante la frenata ad attrito. L'autonomia di un veicolo elettrico è davvero importante e una distanza aggiuntiva potrebbe essere percorsa con l'energia della frenata rigenerativa. Quindi l'autonomia di un veicolo puramente elettrico può essere estesa del 10-15% durante i normali viaggi su strada. Ciò dipende anche dal ciclo di guida , terreno, ecc.
Un massimo del 32% di recupero si è verificato in un'auto elettrica quando è salita su una collina e torna indietro.
Una combinazione di freno ad attrito e freno rigenerativo aiuta a prolungare la durata dei componenti. L'uso combinato riduce in parte l'usura dei componenti meccanici dell'impianto frenante.
Un veicolo elettrico è generalmente dotato di frenata ad attrito. Sfortunatamente, la frenata rigenerativa non può venire da sola nei veicoli elettrici. Il motivo è che non è sempre possibile applicare efficacemente la frenata rigenerativa in un veicolo elettrico.
Lo stato di carica (SOC) della batteria, la velocità del veicolo, la quantità di pressione applicata sul pedale del freno, ecc. influiscono sull'efficacia della frenata rigenerativa. A volte è costretto a preferire la frenata ad attrito per fermare il veicolo.
Un veicolo elettrico con una batteria completamente carica non può essere utilizzato per la frenata rigenerativa. Ovviamente, la batteria non può accettare più carica. A quel punto la frenata dovrebbe essere di attrito. Se si verifica una situazione in cui la batteria non è in grado di accettare la carica, la frenata per attrito ha la precedenza sulla frenata rigenerativa.
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Durata della batteria è una preoccupazione importante nelle auto elettriche. I clienti preferirebbero sempre una lunga durata della batteria poiché la sostituzione è un processo costoso. I frequenti cicli di carica-scarica riducono drasticamente la durata della batteria.
La parte triste è che la frenata rigenerativa aggiunge più cicli di carica e scarica a una batteria e riduce la durata della batteria.
Una batteria non può accettare una grande quantità di energia generata quando il veicolo frena e ci sono metodi che combinano l'ultracondensatore e la batteria insieme per superare l'inconveniente.
La velocità del veicolo è importante nella frenata rigenerativa. Supponiamo che il veicolo viaggi a una velocità molto bassa e in quella condizione l'efficienza della frenata rigenerativa sarebbe molto bassa. La registrazione dell'energia a bassa velocità influisce anche sul comfort del conducente.
La modalità di guida start-stop, in particolare il traffico cittadino, è la regione più preferibile ed efficace della frenata rigenerativa.
Come spiegato nella sezione precedente, la frenata rigenerativa non può essere applicata in tutte le situazioni e in tutti i veicoli. Camion elettrico, treno elettrico, auto elettrica, ecc. sarebbero le scelte migliori per l'applicazione della frenata rigenerativa. Il loro grande slancio facilita la raccolta di energia durante la frenata.
Non è così efficace nei piccoli veicoli elettrici. Il peso del veicolo è un fattore che influisce sul recupero di energia. Ad esempio, lo scooter elettrico e le biciclette non possono fornire energia sufficiente alla batteria durante la frenata.
Alcuni scooter elettrici sono dotati dell'opzione di recupero dell'energia come caratteristica aggiuntiva per attirare i clienti. Di quanto siano efficaci, non ne siamo del tutto sicuri.
