Cara kerja pengereman regeneratif pada kendaraan listrik

Pengereman merupakan salah satu aspek penting dari sebuah kendaraan. Sistem pengereman mekanis yang kami gunakan di kendaraan kami memiliki kelemahan besar dalam membuang energi kinetik kendaraan sebagai panas. Ini menurunkan efisiensi kendaraan secara keseluruhan dengan mempengaruhi penghematan bahan bakar. Dalam siklus berkendara perkotaan, kita cenderung lebih sering memulai dan menghentikan kendaraan jika dibandingkan dengan siklus berkendara di jalan raya. Karena kami sering mengerem dalam siklus berkendara perkotaan, kehilangan energi lebih banyak. Insinyur datang dengan sistem pengereman regeneratifuntuk memulihkan energi kinetik yang hilang sebagai panas selama pengereman dalam metode pengereman tradisional. Sesuai dengan hukum fisika, kita tidak dapat memulihkan semua energi kinetik yang hilang tetapi masih banyak energi kinetik yang dapat diubah dan disimpan dalam baterai atau Supercapacitor. Energi yang dipulihkan membantu meningkatkan penghematan bahan bakar pada kendaraan konvensional dan membantu memperluas jangkauan kendaraan listrik. Perlu diperhatikan bahwa proses pengereman regeneratif mengalami kerugian saat memulihkan energi kinetik. Sebelum melangkah lebih jauh, Anda juga dapat membaca artikel menarik lainnya tentang EV:

• Seorang Insinyur Pengantar Kendaraan Listrik (EV)
• Jenis Motor yang digunakan dalam Kendaraan Listrik

The konsep pengereman regeneratif dapat diimplementasikan dalam kendaraan konvensional menggunakan roda Fly. Roda gila adalah cakram dengan inersia tinggi yang berputar dengan kecepatan sangat tinggi. Mereka bertindak sebagai perangkat penyimpanan energi mekanik dengan mengambil (menyimpan) energi kinetik kendaraan selama pengereman. Energi yang diperoleh selama proses pengereman dapat digunakan untuk membantu kendaraan saat start atau menanjak.

Pada kendaraan listrik, kami dapat menggunakan pengereman regeneratif dengan cara yang jauh lebih efisien secara elektronik. Ini akan mengurangi kebutuhan akan flywheel yang berat, yang menambah bobot ekstra pada bobot total kendaraan. Kendaraan listrik memiliki masalah yang melekat pada kecemasan jangkauan di antara pengguna. Meski kecepatan rata-rata kendaraan dalam siklus berkendara perkotaan sekitar 25-40 km / jam, seringnya akselerasi dan pengereman segera menguras baterai. Kita tahu bahwa motor dapat berfungsi sebagai generator dalam kondisi tertentu. Dengan menggunakan fitur ini, energi kinetik kendaraan tidak terbuang percuma. Saat kita menggunakan rem pada kendaraan listrik, pengontrol motor (berdasarkan keluaran sensor pedal rem) mengurangi kinerja atau menghentikan motor. Selama operasi ini, pengontrol motor dirancang untukmemulihkan energi kinetik dan menyimpannya dalam baterai atau bank kapasitor. Pengereman regeneratif membantu memperluas jangkauan kendaraan listrik sebesar 8-25%. Selain menghemat energi dan meningkatkan jangkauan, ini juga membantu dalam mengontrol operasi pengereman secara efektif.

Pada sistem pengereman mekanis, torsi mundur diberikan pada roda saat kita menekan pedal rem. Demikian pula, dalam mode pengereman regeneratif, kecepatan kendaraan dikurangi dengan memulai torsi negatif (berlawanan dengan gerakan) di motor dengan bantuan pengontrol motor. Terkadang orang menjadi bingung ketika mereka memvisualisasikan konsep bahwa motor bertindak sebagai generator ketika berputar ke arah sebaliknya dalam mode pengereman regeneratif. Pada artikel ini, orang dapat memahami bagaimana memulihkan energi kinetik melalui metode pengereman regeneratif pada kendaraan listrik.

Bagaimana sebuah Motor bertindak sebagai Generator

Pertama, kita akan fokus pada pemahaman bagaimana sebuah motor dapat bertindak sebagai generator. Kita semua telah menggunakan motor DC Magnet Permanen dalam aplikasi robotika seperti pengikut garis. Ketika roda robot yang terhubung ke motor diputar bebas (secara eksternal dengan tangan), terkadang IC driver motor mengalami kerusakan. Ini terjadi karena motor bertindak sebagai generator, dan EMF balik yang dibangkitkan (tegangan balik dengan magnitudo lebih besar) diterapkan di seluruh IC driver, yang merusaknya. Saat kita memutar angker pada motor ini, fluks dari magnet permanen terputus. Sebagai akibatnya, EMF diinduksi untuk melawan perubahan fluks. Oleh karena itu, kita dapat mengukur tegangan di terminal motor. Itu karena EMF belakang merupakan fungsi dari kecepatan rotor (rpm). Ketika rpm lebih dan jika ggl balik yang dihasilkan lebih dari tegangan suplai, maka motor bertindak sebagai generator. Mari kita lihat sekarangcara kerja prinsip ini pada kendaraan listrik untuk menghindari kehilangan energi akibat pengereman.

Ketika motor mengakselerasi kendaraan, energi kinetik yang diasosiasikan dengannya meningkat sebagai kuadrat kecepatan. Selama meluncur, kendaraan berhenti ketika energi kinetik menjadi nol. Saat kita mengerem pada kendaraan listrik, pengontrol motor beroperasi sedemikian rupa untuk membawa motor berhenti atau untuk mengurangi kecepatannya. Ini melibatkan pembalikan arah torsi motor ke arah rotasi. Selama proses ini, rotor motor yang terhubung ke poros penggerak menghasilkan EMF di motor (analog dengan penggerak utama / turbin yang menggerakkan rotor generator). Ketika EMF yang dihasilkan lebih dari tegangan bank kapasitor, daya mengalir dari motor ke bank. Dengan demikian energi yang dipulihkan disimpan dalam baterai atau bank kapasitor.

Cara kerja Pengereman Regeneratif pada Kendaraan Listrik

Mari kita pertimbangkan bahwa sebuah mobil memiliki motor Induksi AC tiga fasa sebagai motor penggeraknya. Dari ciri-ciri motor tersebut, diketahui bahwa ketika motor induksi tiga fasa berjalan diatas kecepatan sinkronnya, slip menjadi negatif dan motor bertindak sebagai generator (alternator). Dalam keadaan praktis, kecepatan motor induksi selalu kurang dari kecepatan sinkron. The kecepatan sinkronadalah kecepatan putaran medan magnet stator yang dihasilkan karena interaksi suplai tiga fasa. Pada saat start motor, EMF yang diinduksi pada rotor adalah maksimum. Saat motor mulai berputar, EMF yang diinduksi berkurang sebagai fungsi selip. Ketika kecepatan rotor mencapai kecepatan sinkron, EMF yang diinduksi adalah nol. Pada titik ini, jika kita mencoba memutar rotor di atas kecepatan ini, EMF akan diinduksi. Dalam hal ini, motor menyuplai daya aktif kembali ke sumber listrik atau suplai. Kami menerapkan rem untuk mengurangi kecepatan kendaraan. Dalam hal ini, kita tidak dapat mengharapkan kecepatan rotor melebihi kecepatan sinkron. Di sinilah peran pengontrol motor masuk ke dalam gambaran. Untuk tujuan pemahaman, kita dapat memvisualisasikan seperti contoh yang diberikan di bawah ini.

Mari kita asumsikan bahwa motor berputar pada 5.900 rpm dan frekuensi suplai menjadi 200 Hz ketika kita menggunakan rem, kita harus mengurangi rpm atau menurunkannya ke nol. Kontroler bekerja sesuai dengan masukan dari sensor pedal rem dan menjalankan operasi tersebut. Selama proses ini, pengontrol akan mengatur frekuensi suplai kurang dari 200 Hz seperti 80 Hz. Oleh karena itu kecepatan sinkron motor menjadi 2400 rpm. Dari perspektif pengontrol motor, kecepatan motor lebih dari kecepatan sinkronnya. Saat kami mengurangi kecepatan selama operasi pengereman, motor sekarang bertindak sebagai generator hingga rpm turun menjadi 2400. Selama periode ini, kami dapat mengekstraksi daya dari motor dan menyimpannya di baterai atau bank kapasitor.Perlu diketahui bahwa baterai terus menyuplai tenaga ke motor induksi tiga fasa selama proses pengereman regeneratif. Itu karena motor induksi tidak memiliki sumber fluks magnet saat suplai OFF. Oleh karena itu motor ketika bertindak sebagai generator menarik daya reaktif dari suplai untuk membentuk hubungan fluks dan memasok daya aktif kembali ke sana. Untuk motor yang berbeda, prinsip pemulihan energi kinetik selama pengereman regeneratif berbeda. Motor magnet permanen dapat bertindak sebagai generator tanpa catu daya karena memiliki magnet pada rotor untuk menghasilkan fluks magnet. Demikian pula beberapa motor memiliki magnet sisa di dalamnya yang menghilangkan eksitasi eksternal yang diperlukan untuk menciptakan fluks magnet.Itu karena motor induksi tidak memiliki sumber fluks magnet saat suplai OFF. Oleh karena itu motor ketika bertindak sebagai generator menarik daya reaktif dari suplai untuk membentuk hubungan fluks dan memasok daya aktif kembali ke sana. Untuk motor yang berbeda, prinsip pemulihan energi kinetik selama pengereman regeneratif berbeda. Motor magnet permanen dapat bertindak sebagai generator tanpa catu daya karena memiliki magnet pada rotor untuk menghasilkan fluks magnet. Demikian pula beberapa motor memiliki magnet sisa di dalamnya yang menghilangkan eksitasi eksternal yang diperlukan untuk menciptakan fluks magnet.Itu karena motor induksi tidak memiliki sumber fluks magnet saat suplai OFF. Oleh karena itu motor ketika bertindak sebagai generator menarik daya reaktif dari suplai untuk membentuk hubungan fluks dan memasok daya aktif kembali ke sana. Untuk motor yang berbeda, prinsip pemulihan energi kinetik selama pengereman regeneratif berbeda. Motor magnet permanen dapat bertindak sebagai generator tanpa catu daya karena memiliki magnet pada rotor untuk menghasilkan fluks magnet. Demikian pula beberapa motor memiliki magnet sisa di dalamnya yang menghilangkan eksitasi eksternal yang diperlukan untuk menciptakan fluks magnet.Prinsip pemulihan energi kinetik selama pengereman regeneratif berbeda. Motor magnet permanen dapat bertindak sebagai generator tanpa catu daya karena memiliki magnet pada rotor untuk menghasilkan fluks magnet. Demikian pula beberapa motor memiliki magnet sisa di dalamnya yang menghilangkan eksitasi eksternal yang diperlukan untuk menciptakan fluks magnet.Prinsip pemulihan energi kinetik selama pengereman regeneratif berbeda. Motor magnet permanen dapat bertindak sebagai generator tanpa catu daya karena memiliki magnet pada rotor untuk menghasilkan fluks magnet. Demikian pula beberapa motor memiliki magnet sisa di dalamnya yang menghilangkan eksitasi eksternal yang diperlukan untuk menciptakan fluks magnet.

Pada sebagian besar kendaraan listrik, motor listrik hanya dihubungkan ke poros penggerak tunggal (kebanyakan ke poros penggerak roda belakang). Dalam hal ini, roda depan perlu menggunakan sistem pengereman mekanis (hydraulic braking). Artinya, pengontrol harus menjaga koordinasi antara sistem pengereman mekanis dan elektronik saat mengerem.

Apakah Pengereman Regeneratif layak untuk diterapkan di semua Kendaraan Listrik?

Tidak ada keraguan dalam potensi pengambilan kembali energi dalam konsep metode pengereman regeneratif, tetapi ia juga memiliki beberapa keterbatasan. Seperti yang disebutkan sebelumnya, kecepatan pengisian baterai lambat jika dibandingkan dengan kecepatan pengisian daya. Ini membatasi jumlah energi pulih yang dapat disimpan baterai selama pengereman mendadak (perlambatan cepat). Tidak disarankan menggunakan pengereman regeneratif dalam kondisi terisi penuh. Itu karena pengisian yang berlebihan dapat merusak baterai, tetapi sirkuit elektronik mencegahnya dari pengisian yang berlebihan. Dalam hal ini, bank kapasitor dapat menyimpan energi dan membantu memperluas jangkauan. Jika tidak ada, maka rem mekanis diterapkan untuk menghentikan kendaraan.

Kita tahu bahwa energi kinetik diberikan oleh 0,5 * m * v ². Jumlah energi yang dapat kita ambil bergantung pada massa kendaraan dan juga kecepatan perjalanannya. Massa total lebih banyak pada kendaraan berat seperti mobil listrik, bus listrik, dan truk. Dalam siklus berkendara perkotaan, kendaraan berat ini akan mendapatkan momentum besar setelah akselerasi meski melaju dengan kecepatan rendah. Jadi saat pengereman, energi kinetik yang tersedia lebih banyak jika dibandingkan dengan skuter listrik yang melaju dengan kecepatan yang sama. Oleh karena itu, efektifitas pengereman regeneratif lebih pada mobil listrik, bus, dan kendaraan berat lainnya. Meskipun beberapa skuter listrik memiliki fitur pengereman regeneratif, dampaknya pada sistem (jumlah energi yang diambil, atau jangkauan diperpanjang) tidak seefektif pada mobil listrik.

Kebutuhan Capacitor Banks atau Ultra Capacitors

Saat pengereman, kita perlu menghentikan atau mengurangi kecepatan kendaraan secara instan. Oleh karena itu pengoperasian pengereman pada saat itu juga berlangsung singkat. Baterai memiliki batasan waktu pengisian sehingga kita tidak dapat membuang lebih banyak energi pada suatu waktu karena akan menurunkan baterai. Selain itu, pengisian dan pengosongan daya baterai yang sering juga menurunkan masa pakai baterai. Untuk menghindarinya, kami menambahkan bank kapasitor atau ultra-kapasitor ke sistem. Kapasitor ultra atau Kapasitor Super dapat mengosongkan dan mengisi daya untuk banyak siklus tanpa penurunan kinerja, yang membantu meningkatkan masa pakai baterai. Kapasitor ultra memiliki respons yang cepat, yang membantu dalam menangkap puncak / lonjakan energi secara efektif selama operasi pengereman regeneratif.Alasan memilih kapasitor ultra adalah karena ia dapat menyimpan energi 20 kali lebih banyak daripada kapasitor elektrolitik. Sistem ini memiliki konverter DC ke DC. Selama akselerasi, operasi boost memungkinkan kapasitor melepaskan hingga nilai ambang batas. Selama perlambatan (yaitu pengereman), operasi buck memungkinkan kapasitor mengisi daya. Kapasitor ultra memiliki respons transien yang baik, yang berguna selama memulai kendaraan. Dengan menyimpan energi yang dipulihkan selain dari baterai, ini dapat membantu memperluas jangkauan kendaraan dan juga dapat mendukung akselerasi mendadak dengan bantuan sirkuit penguat.pengereman) operasi buck memungkinkan kapasitor untuk mengisi. Kapasitor ultra memiliki respons transien yang baik, yang berguna selama memulai kendaraan. Dengan menyimpan energi yang dipulihkan selain dari baterai, ini dapat membantu memperluas jangkauan kendaraan dan juga dapat mendukung akselerasi mendadak dengan bantuan sirkuit penguat.pengereman) operasi buck memungkinkan kapasitor untuk mengisi. Kapasitor ultra memiliki respons transien yang baik, yang berguna selama memulai kendaraan. Dengan menyimpan energi yang dipulihkan selain dari baterai, ini dapat membantu memperluas jangkauan kendaraan dan juga dapat mendukung akselerasi mendadak dengan bantuan sirkuit penguat.