Bromstekniken har inte förändrats mycket under de senaste hundra åren, men regenerativ bromsning representerar en förändring i vårt sätt att bromsa. Istället för att använda brut alt våld för att stoppa fordon genom att fysiskt klämma ner eller trycka ut som en komponent som en bromsskiva eller trumma, utnyttjar denna teknik på ett skickligt sätt hur hybridbilar och helt eldrivna bilar fungerar för att faktiskt återvinna lite energi varje gång fordonet saktar ner..
Hur fungerar bromsar i bilar och lastbilar?
Framsteg inom bromsteknologi har till stor del varit iterativa snarare än innovativa under åren, som övergången från trumbromsar till skivbromsar. Det har också skett betydande framsteg i de fysiska materialen som bromsbelägg är gjorda av, vilket har resulterat i friktionsmaterial som håller längre, skapar mindre damm och är mindre benägna att bullra. Tekniker som låsningsfria bromsar har också gjort bromstekniken säkrare, men den underliggande principen att omvandla kinetisk energi till värme har förblivit oförändrad.
Traditionella bromsar fungerar utmärkt, men de är oerhört slösaktiga till sin natur. Varje gång du trycker ner din bromspedal, klämmer du effektivt fast på dina hjul med kraften av tusentals pund hydrauliskt tryck. Den exakta mekanismen innebär att skivformade metallrotorer, som är inklämda mellan varje däck och hjulnav, kläms mellan organiska, metalliska eller keramiska bromsbelägg.
I äldre fordon, och bakbromsarna på vissa lätta lastbilar, används istället mindre effektiva trummor och bromsbackar. I båda fallen saktar fordonet ner på grund av den enorma friktionen som genereras mellan kuddar och skivor eller skor och trummor. Den friktionen förvandlar i huvudsak kinetisk energi till värmeenergi (och ibland en hel del buller), och din bil saktar ner som ett resultat.
Problemet med traditionella bromsar är att din motor var tvungen att förbruka mycket bränsle för att bygga upp den kinetiska energin, och den är i princip bortkastad när dina bromsar omvandlar den till värme.
Grundtanken bakom regenerativ bromsning är att en mängd olika tekniker gör det möjligt att återta en del av den kinetiska energin, omvandla den till elektricitet och sedan återanvända den.
Hur fungerar regenerativa bromsar?
Den vanligaste formen av regenerativ bromsteknik återanvänder en elmotor som en generator, vilket är anledningen till att regenerativa bromsar ofta finns i hybrid- och elfordon.
Under normal drift drar elmotorn ström från batteriet och använder det för att flytta fordonet. När bromspedalen trycks ned kan elmotorn vända denna process, bli en generator som drivs av de roterande hjulen och mata tillbaka elektriciteten till batteriet.
Eftersom regenerativa bromsar effektivt laddar batteriet utan att anslutas till en laddare, i fallet med ett elfordon, eller använder generatorn i en hybrid, ökar fordonets totala effektivitet. Det leder till fler mil mellan laddningar eller tankningar.
Eftersom regenerativa bromsar effektivt omvandlar kinetisk energi till elektricitet, kan de bromsa ett fordon utöver att ladda batteriet. Det finns dock begränsningar för effektiviteten hos ett regenerativt bromssystem. En av huvudproblemen är att regenerativa bromsar inte fungerar lika bra vid låga hastigheter som de gör vid höga hastigheter. På grund av den inneboende begränsningen i regenerativ bromsning är de flesta fordon också utrustade med ett kompletterande traditionellt bromssystem.
På samma sätt som traditionella styr-, broms- och accelerationskontroller ofta ingår som backup för drive-by-wire-system, kan traditionella bromsar fungera som backup för regenerativ bromsning. Traditionella system kanske bara slår in när det finns ett utrustningsfel, eller så kan de användas tillsammans med regenerativ bromsning hela tiden.
Begränsningar av regenerativa bromsar
Förutom den naturliga nedgången av regenerativ bromseffektivitet vid låga hastigheter, lider tekniken också av ett antal andra begränsningar. Några av de mest anmärkningsvärda inkluderar:
- Regenerativ bromsning fungerar bara på drivhjul: Om ett elfordon inte är fyrhjulsdrivet, med en motor för varje hjul, är de hjul som saknar rotorer inte det kan dra nytta av regenerativ bromsning.
- Problem med panikstopp: Regenerativa bromsar ger vanligtvis inte tillräckligt med bromskraft under panikstopp. Det är ett område där traditionella bromsar fortfarande fungerar mycket bättre.
- Batteri- och motorbegränsningar: Effektiviteten hos ett regenerativt system begränsas av faktorer som energilagringssystemets kapacitet och elmotorns effekt.
- Arbetar endast med el- och hybridfordon: Traditionella regenerativa system är inkompatibla med icke-elektriska, icke-hybridfordon. Eftersom dessa fordon saknar elmotorer är det kostsamt och komplicerat att implementera regenerativ bromsning.
- Dynamiska bromsbegränsningar: Vissa regenerativa system tvingas använda kompletterande "dynamisk bromsning" som inte lagrar den återvunna kinetiska energin.
Kapacitiva bromsar och traditionella förbränningsmotorer
Eftersom regenerativa bromssystem vanligtvis förlitar sig på sina elmotorer för att generera elektricitet, är de till sin natur inkompatibla med fordon som använder förbränningsmotorer. Det finns dock några alternativa regenerativa tekniker som kan tillämpas på traditionella förbränningsmotorer.
Ett sådant system använder stora kondensatorer för att snabbt lagra och släppa ut elektricitet, som sedan leds genom en nedtrappningstransformator.12-voltseffekten matas sedan in i fordonets elsystem, vilket tar lite belastning på motorn. Den här tekniken kan för närvarande öka bränsleeffektiviteten med upp till 10 procent, även om den fortfarande är i sin linda.
Vilka bilar använder regenerativa bromsar?
De flesta hybrid- och elfordon använder någon typ av regenerativt bromssystem. OEM-tillverkare som Chevrolet, Honda, Nissa, Toyota och Tesla var alla ombord tidigt med regenerativ bromsteknik i sina hybrid- och elfordon. Icke-hybridfordon som använder någon typ av regenerativ bromsning är betydligt mindre vanliga, men BMW och Mazda var båda tidiga användare av tekniken i vissa modeller.
