Использование рекуперации энергии стало возможным в результате перехода на бесступенчатую передачу вращения от двигателя к ведущим колесам. При разгоне постоянный крутящий момент передается к колесам, а при необходимости обратного действия, уже колеса крутят двигатель. В этот момент электродвигатель выступает в качестве генератора электрического тока.
Понятие и физическая суть процесса. Рекуперация (или рекуперативное торможение) - физический процесс, обозначающий преобразование кинетической энергии движущегося электромобиля в электрическую энергию. В обычном автомобиле энергия, потраченная на разгон транспортного средства при торможении, частично расходуется в виде тепловых потерь. Это относится к энергии выхлопных газов и потраченной на нагрев рабочих поверхностей тормозной системы.
Перевод электродвигателя при режиме рекуперации происходит из положения мотора привода колес в режим генератора. Выработанная энергия в таком случае поступает в батарею (чаще всего, литий-ионную), частично восстанавливая уровень заряда.
По ряду физических причин процесс не может быть полностью обратимым. Т. е. за счет электроэнергии машина приводится в движение, а в режиме рекуперации происходит частичное восстановление заряда. Часть энергии уходит на сопротивление колес качению, преодоление сопротивления потока воздуха, на трение в подвижных деталях электромобиля.
Влияние на удельный расход энергии. Использование рекуперации значительно сказывается на дальности хода электромобилей. Особенно в зависимость попадают компактные модели, где запас хода изначально не очень большой.
Вот как выглядит показатель удельного расхода энергии для Honda-e в разных условиях (кВт×ч / 100 км):
- Интенсивный городской цикл: 13,9;
- Неспешное движение в пригороде: 15,6;
- Загородное шоссе: 21-23 в зависимости от темпа движения.
Таким образом, с батареей емкостью 35,5 кВт×ч компактный хэтчбек может проехать теоретически от 255 км при благоприятных условиях. А в загородной поездке на быстрой скорости энергии хватит в худшем случае на 155 км.
Особенности рекуперации энергии на разных моделях. Как правило, водители могут самостоятельно выбирать между разными уровнями рекуперации. Это зависит от режима движения и целесообразности активации рекуперации. К примеру, если в городском цикле замедление происходит регулярно, то на шоссе нет необходимости препятствовать качению при движении по ровному участку. Рекуперация будет полезна на крутом спуске, что позволит удержать машину от разгона, а некоторое количество электрической энергии будет передано в аккумулятор.
Сегодня в большинстве моделей электромобилей производители предлагают несколько режимов рекуперации. Только в некоторых случаях степень рекуперации можно задать вручную. Чаще заданы заранее определенные режимы.
Обычно режим жесткой рекуперации работает в цикле «разгон-торможение». Это значит, что сразу после прекращения набора скорости, электродвигатель переходит к торможению. В таких случаях педаль тормоза и вовсе не нужна.
Наиболее показательна разбивка режимов рекуперации по ступеням у электромобилей концерна Volkswagen. Описанный режим «жесткой» рекуперации на модели ID.3 отнесен в категорию «B». Остальные 3 режима в порядке от более жесткого до малозаметного обозначены в настройках:
- D2;
- D1;
- D.
В последнем случае режим рекуперации почти незаметен водителю. Чтобы представлять, как эффективно преобразуется энергия из кинетической в электрическую, водителю доступно графическое изображение потока энергии и уровня зарядки аккумулятора.
В целом ряд экспериментов показывает, что за счет рекуперации энергии удается дополнительно выработать до 20 % от затраченного объема. Наиболее эффективен такой прием, когда электромобиль вырабатывает определенный запас энергии на спуске, который потом будет затрачен на последующем таком же подъеме. По итогу отрезок пути будет преодолен без снижения уровня заряда батареи.
В качестве заключения. Технически процесс рекуперации развивается уже более 100 лет. Не исключено, что в дальнейшем появятся еще дополнительные технические возможности. Исследователи, например, указывают на такой экологический эффект от рекуперации, как снижение загрязнения окружающей среды пылью от тормозных колодок.
Кстати, кто мог бы ожидать, что в современные электромобили вернутся барабанные тормоза? Дисковые, как более эффективные уже как бы и не нужны. А обслуживать гидравлическую систему тормозов требуется в двое реже, чем на классическом автомобиле.
Чтобы полностью закончить тему рекуперации энергии рассмотрим ее некоторые современные конструкционные отличия в рамках следующей публикации, дорогие подписчики и гости канала, уже в следующей публикации.