Мотор колесо рекуперация энергии

Правда о системе рекуперативного торможения электровелосипеда

Опубликовано в Тех. характеристики Просмотров: 14495

Рекуперативное торможение электрического транспорта – торможение, при котором электрическая энергии, вырабатываемая тяговыми электромоторами, способными работать в генеративном режиме, преобразуется в иную её форму и возвращается в электрическую сеть или запасается в аккумуляторных батареях транспортного средства. Доказано, что около 30% кинетической энергии во время торможения преобразуется в тепловую энергию, которая за счет силы трения рассеивается в окружающую среду, однако часть энергии может употребляться с целью питания батарей транспортного средства и, соответственно, увеличения диапазона его пробега.

Данная цель достигается преобразованием механической энергии в электрическую. Система рекуперативного торможения уже довольно давно используется при работе таких видов электрических транспортных средств, как: трамваи, электрические поезда, троллейбусы. Во время торможения электродвигатель выполняет функцию генератора, преобразуя тепловую энергию, которая в последующем, проходя через контактную сеть, поступает в энергосистему. Подобный принцип работы электромоторов со временем начал реализовываться в гибридных и электрических автомобилях, электрических мотоциклах, скутерах и даже электровелосипедах.

Система рекуперативного торможения используется в электромобилях ещё с 1967 года, когда впервые удалось добиться дополнительной подзарядки автомобильного концепт-кара при торможении. Огромное количество современных гибридных и электрических транспортных средств используют эту технику с целью расширения диапазона пробега на одном заряде аккумуляторных батарей, и их яркими примерами являются: Toyota Prius , Honda Insight, Tesla Roadster, Chevrolet Volt .

На сегодняшний день система рекуперативного торможения широко применяется с целью увеличения дальности пробега целого ряда электрических транспортных средств. Наиболее эффективна рекуперация кинетической энергии для тех видов транспорта, для которых свойствен довольно длинный тормозной путь. Рекуперация сегодня не чужда и многим электровелосипедам. Способностью к рекуперации обладают и мотор-колеса фирмы Электра, комплектуемые соответствующими контроллерами с поддержкой этой функции.

Один из первых вопросов, который задает практически каждый второй потенциальный покупатель велосипедного электронабора касается предмета поддержания электроникой функции рекуперации энергии при торможении. Похоже, что идея генерирования значительного количества энергии при торможении уже довольно сильно просочилась в массовое сознание украинцев, но, как правило, уровень желаемого не совсем соответствует действительности. Люди мечтают расширить диапазон пробега своего электробайка при помощи рекуперативного торможения практически до бесконечности, однако отдаваемый «импульс» со стороны мотор-колеса при торможении и спусках довольно скромен и гипотетически, в силу довольно такие небольшой мощности двигательного механизма, не может обеспечить восполнение больше чем 10% энергии аккумуляторных батарей. Мотор-колесо не является ракетный двигателем, и просто физически не сможет перескочить через свои возможности. По правде говоря, возможности системы рекуперативного торможения электровелосипеда довольно скромны, но скажу вам так: иногда даже небольшое количества дополнительной энергии может стать спасительной ниточкой в ситуации необходимости увеличения продолжительности поездки. Высокий уровень сохранения энергии при торможении характерен для габаритных транспортных средств – электрических мотоциклов, электромобилей. Довольно таки легкому электрическому велосипеду в отличии от них свойствен принципиально иной механизм работы, да и полезность рекуперации растет в основном с ростом массы транспортного средства. Тяжелые электромобили не теряют большого количества энергии на аэродинамическое сопротивление, в отличии от электрических велосипедов.

Конструктивное исполнение велосипедного мотор-колеса позволяет запасать кинетическую энергию, высвобождаемую при торможении или движении под уклон, и использовать её тогда, когда транспортному средству может понадобится дополнительный импульс для ускорения. Явление рекуперации объясняется снятием напряжения с обмоток статора электромотора и, соответственно, его переходом в генераторный режим. Несмотря на малый процент сохранения энергии при торможении, считать идею системы рекуперативного торможения излишеством явно не стоит, ибо даже малое количество дополнительной энергии способно увеличить максимальное время работы от аккумуляторных батарей.

Рекуперативное торможение — двухступенчатый процесс, обусловленный взаимодействием двигателя-генератора и аккумуляторов транспортного средства. Начальная кинетическая энергия торможения преобразуется в электрическую энергию при помощи генератора, а затем превращается в химическую энергию аккумуляторных батарей. Количество генерируемой энергии при торможении в значительной степени зависит от протяжности холмистых спусков, которыми приходится перемещаться электровелосипедам, непосредственно уровня их уклона, эффективности использования тормозной системы транспортного средства, продуктивности работы, как непосредственно электродвигателя, так и велосипедного контроллера и аккумуляторных батарей.

Читайте также:  Уникальный электромотор мотор колесо дуюнова схема

Теоретически, полное восполнение заряда батарей элекровелосипеда при спусках со склонов возможно, однако для осуществление этой нехитрой «процедуры» потребуется очень крутой холм протяжностью более 322 километров. Но где встретишь в Украине такой крутой спуск, да и вообще в мире? Большая часть территории нашей страны не отличается повышенной холмистостью, да и небольшой доли её «повышенных» участков уж очень далеко до вышеупомянутого показателя. Да и во время спусков со склонов мы тормозим не весь период преодоления его протяжности, нажимая на тормоз, лишь через некоторое время. Более того, настоятельно не рекомендуется использовать функцию рекуперативное торможение в течении длительного промежутка времени при спуске, поскольку это может негативно отобразится на работе аккумуляторных батарей. Даже литиевые батареи по причине плохого восприятия скоростной перезарядки способны запасать не больше 30% преобразуемой тепловой энергии. Главная загвоздка эффективного использования энергии, высвобождаемой при торможении, заключается в том, что ни один из существующих видов аккумуляторных батарей не способен поглощать энергию со скоростью, которая бы соответствовала интенсивности выделения энергии торможения. Правда, на данный момент ученые работают над технологическим процессом использования ионистов (специальных конденсаторов), способных обеспечить более эффективную рекуперацию.

Если справедливо оценить реальные возможности велосипедной электроники и взять во внимание манеру езды велосипедиста, мы получим показатель возобновления энергии аккумуляторных батареи при торможении не выше 5-7%. Более того, показатель в 5 процентов энергетического восполнения окажется более правдоподобным. Получается, что даже 15-20% запитка аккумуляторных батарея электровелосипеда при торможении просто физически невозможна, не говоря уже о полном восполнении заряда.

В принципе, наличие функции рекуперации энергии Вашему электровелосипеду не повредит, однако и огромной пользы также не принесет. Не стоит летать в облаках и надеяться, что контроллер и мотор-колесо, поддерживающие такие возможности, позволят значительно увеличить потенциал пробега Вашего байка. По сути, огромного количества энергии функция рекуперации сэкономить не даст, но лишний километр проехать позволит. Динамическое торможение электровелосипеда также позитивно отобразится на продолжительности жизни тормозных колодок, а это, поверьте мне, довольно таки большой плюс. Не стоит переоценивать возможности рекуперативной системы электровелосипеда, но и недооценивать её тоже не стоит! А для все тех, кто желает повысить продуктивность работы своего электровелосипеда, и максимально увеличить диапазон его пробега на одном заряде, хочу дать один хороший совет: постарайтесь во время велосипедных путешествий придерживаться режима экономной езды, сочетаемой с периодическим самостоятельным педалированием.

Источник

Включить рекуперацию на электровелосипеде

При рекуперативном торможении велосипеда с тяговым мотором прямого привода, поддерживающим функционирование в режиме генерации энергии, электроэнергия трансформируется в другую форму и поступает обратно в сеть или копится в АКБ. Известно, что порядка 30% кинетической энергии при торможении превращается в тепло и рассеивается. Рекуперация позволяет избежать этих потерь и направить сохраненную энергию на питание АКБ, тем самым немного увеличивая дальность хода электровелосипеда без подзарядки.

Как включить рекуперацию на электровелосипеде?

Рекуперация как торможение электродвигателем, способным функционировать в режиме генератора, обеспечивается путем перехода механической энергии в электрическую. В процессе торможения электромотор играет роль генератора, преобразует тепловую энергию, и она в дальнейшем протекает через сеть и идет в АКБ. Данная система была разработана более 50 лет назад и на данный момент востребована в гибридных и электрических моделях транспорта. Особенно она эффективна для средств передвижения с длинным тормозным путем.

Конструкция мотор-колеса электровелосипеда дает возможность накапливать кинетическую энергию, которая высвобождается при торможении или езде с горки, и пользоваться ею при потребности транспорта в импульсе для ускорения езды. Рекуперация обеспечивается благодаря снятию напряжения со статорных обмоток мотора и его переходу в режим генератора.

Читайте также:  Не тянет лодочный мотор тохатсу

Рекуперация энергии: ожидания и реальность

При выборе набора для электрификации велосипеда многие покупатели задаются вопросом, поддерживает ли электроника выбранного набора функции рекуперации? Возможность преобразования тепловой энергии при торможении интересна многим велосипедистам. Но важно понимать, что увеличение пробега за счет рекуперативного торможения электрического велосипеда будет достигать максимум 10% энергии АКБ.

Возможности мотор-колеса не безграничны, поэтому и результаты использования системы рекуперативного торможения будут не слишком впечатляющими. Тем не менее, в некоторых ситуациях и незначительный объем рекуперированной энергии может сыграть значимую роль, например, позволит вам доехать оставшиеся пару километров до пункта назначения на электротяге. Кстати, целесообразность рекуперации возрастает с увеличением веса средства передвижения.

Принцип и особенности рекуперации

Рекуперативное торможение – 2-ступенчатый процесс, протекающий при взаимодействии мотора-генератора и АКБ. Кинетическая энергия благодаря генератору трансформируется в электроэнергию, а после этого – в химическую энергию АКБ. На объем генерируемой энергии существенно влияет протяженность холмистых спусков на маршруте, угол их уклона, результативность применения системы тормозов, качество работы мотора, контроллера и АКБ.

По расчетам, чтобы полностью восполнить заряд АКБ электробайка при спусках со склонов, нужно спускаться с очень крутого склона протяженностью свыше 322 км. На практике с помощью рекуперации удается восполнять небольшую часть энергии – порядка 5%. К тому же, ни один из современных типов АКБ не может принимать энергию со скоростью, соответствующей интенсивности ее выделения при торможении. Но продолжают разрабатываться новые методики по более результативному использованию энергии рекуперативного торможения с применением специальных конденсаторов.

Нужна ли электровелосипеду рекуперация?

Функцию рекуперации не стоит считать бесполезной опцией, но и ожидать от нее фантастического эффекта также не нужно. Если вы рассчитываете, что контроллер и мотор-колесо, работающее в режиме генерации энергии, помогут в разы увеличить пробег без подзарядки, вы будете разочарованы функцией рекуперации в действии. Большой экономии она не обеспечит, зато позволит проезжать на одном заряде на пару километров больше. В некоторых случаях такой запас может оказаться очень полезным. К тому же, динамическое торможение благотворно сказывается на долговечности тормозных колодок.

Рекуперативная система – полезное дополнение электровелосипеда, только не нужно переоценивать ее функционал. А продлить пробег электробайка на одном заряде помогут другие методы – использование более емкой аккумуляторной батареи, езда в экономичном режиме и сочетание электропривода с педалированием.

А вместо прямоприводного мотора, поддерживающего функцию рекуперации, в большинстве случаев лучше использовать редукторные моторы с обгонной муфтой. Они более экономно расходуют энергию АКБ, легче весят и не притормаживают при отсутствии питания.

Узнайте в нашем предыдущем материале о причинах растущей популярности электробайков – 7 причин купить электровелосипед.

Источник

Рекуперация на электровелосипеде

Рекуперация – торможение электрическим двигателем способным работать в режиме генератора, при котором часть кинетической энергии транспортного средства преобразуется в электрическую и возвращается назад в аккумуляторную батарею. Основная цель торможения электродвигателем – увеличение пробега.
Есть ли на вашем электровелосипеде система рекуперации? Это часто задаваемый вопрос. Многие считают, что зарядка аккумулятора в процессе движения на велосипеде не представляет особых физических трудностей для велосипедиста. При этом совсем забывают о том, что приобретают электровелосипед по его прямому назначению — для облегчения обычной езды на велосипеде, а не для зарядки аккумуляторов.

Давайте разберемся с рекуперацией на электровелосипеде:
Рекуперация возможна, если на электровелосипеде установлен двигатель прямого привода. Этот тип двигателя способен работать в генераторном режиме. Однако практика использования систем рекуперации на электровелосипедах говорит о том, что это довольно спорная затея. Опыт использования системы рекуперации на электровелосипеде показывает, что возвращается не более 3 % заряда батареи. При движении в сильно холмистой местности до 5 %. Это связано с тем, что для осуществления заряда аккумуляторной батареи колесо Электровелосипеда должно иметь достаточно большие обороты, чтобы двигатель в генераторном режиме мог выдавать достаточное напряжение необходимое для зарядки аккумулятора. Во-вторых, торможения двигателем может быть недостаточно, и на крутом спуске приходится задействовать штатные тормоза, при этом возможны значительные потери энергии. Да и литиевая аккумуляторная батарея электровелосипеда не способна к скоростной перезарядке и способна поглотить всего 25-30% энергии. Для этой цели больше подошли бы суперконденсаторы (ионисторы) а не аккумулятор. В-третьих, система преобразования кинетической энергии в электрическую и возврате ее назад в батарею на электровелосипеде имеет кпд около 50%.
Заряжать же аккумуляторную батарею педалируя велосипед по относительно равнинной местности, задача не из легких. Даже просто ехать на электровелосипеде с выключенным двигателем прямого привода не очень легко. Наличие большого количества сильных магнитов в двигателе прямого привода и отсутствие обгонной муфты приводит к тому, что двигатель существенно подтормаживает колесо велосипеда даже при отсутствии питания. А при работе двигателя в режиме генератора это торможение можно сравнить с движением в достаточно крутую гору. Причем скорость движения при этом должна быть около 20 км/час.
При скорости 20 км/час зарядный ток аккумулятора будет около 2 ампер. (При таком токе аккумулятор емкостью 10 A/час зарядится за 5 часов.) Велосипедист при этом должен развивать мощность 2A*48В= 96 Вт. Однако здесь не учтены потери в системе преобразования энергии и потери при зарядке. А они составляют около 50%. Другими словами – велосипедисту необходимо развить мощность для зарядки аккумулятора в два раза большую – приблизительно 180 Вт. Следует также учесть, что для движения с такой скоростью на обычном велосипеде велосипедист должен развивать мощность около 100 Вт. Суммарная мощность, требуемая от велосипедиста, для зарядки аккумулятора и само передвижение со скоростью, по крайней мере, в 20 км/час составит около 180+100=280 Вт.
Для справки:
— хороший спортсмен велосипедист может отдавать кратковременно, мощность 500-600 Вт;
— при движении в гору с большим уклоном нетренированный человек может кратковременно отдавать мощность 220-290 Вт;
Нетрудно сделать вывод, что ехать на велосипеде в таком режиме, сколько ни будь продолжительное время нереально.

Читайте также:  Лодочный мотор made in japan

Недаром практически на все электровелосипеды заводского изготовления устанавливают не двигатели прямого привода способные работать в генераторном режиме, а двигатели с редуктором и обгонной муфтой. И это неспроста.
Если сравнивать экономичность этих двух двигателей, то можно увидеть, что редукторные двигатели мотор колеса более чем на 30% экономнее расходуют энергию, запасенную в аккумуляторной батарее, чем двигатели прямого привода, и они не тормозят движение при отсутствии питания. Ко всему, редукторные двигатели мотор колеса в два раза легче – эквивалентных двигателей прямого привода. По этой причине почти на всех серийно изготавливаемых электровелосипедах устанавливают только редукторные двигатели.
Сравните:
— используя двигатель прямого привода и систему рекуперации, вы можете вернуть в батарею максимум 5% энергии, а если будете использовать редукторный двигатель, то сможете, сэкономить 30% энергии запасенной в батарее, другими словами проехать расстояние на 25% больше, чем на двигателе прямого привода. И ваш велосипед будет существенно легче. Выбор как говорится очевиден.
Применив в качестве движущей силы на велосипеде мотор-колесо с редукторным двигателем идею рекуперации энергии на электровелосипеде можно успешно забыть, выиграв при этом около 30% пробега на одной зарядке при авиавлентоной по энергоемкости аккумуляторной батарее.

Двигатели прямого привода логично применять, если Ваша цель скорость и Вас не сильно волнует экономическая сторона вопроса. В таком случае этому двигателю не будет конкурента со стороны редукторного собрата. Если необходима скорость более 50 км/час, приготовьтесь взять двигатель мощностью 1000 – 1500 Вт (максимальная мощность 1500-2500 Вт) в комплекте с энергоемкой , тяжелой и дорогостоящей аккумуляторной батареей. Батарея должна быть рассчитана на номинальный разрядный ток 20-30 A. Велосипед будет очень тяжелым. Это будет уже не велосипед. Это уже скорее скутер. И к тому же передвигаться со скоростью болеее 30 км/час на обычном велосипеде слишком рисковано, что подтвержается существующей статистикой.

Источник

Поделиться с друзьями