Operação de regeneração elétrica durante a frenagem e desaceleração

Introduzida há alguns anos nas locomotivas diesel convencionais, a frenagem regenerativa está se tornando cada vez mais importante à medida que os veículos híbridos e elétricos se tornam mais democráticos.

Então, vamos dar uma olhada nos aspectos fundamentais dessa técnica, que, portanto, trata de obter eletricidade do movimento (ou melhor, energia cinética / força inercial).

Princípio básico

Quer se trate de um termovisor, um veículo híbrido ou elétrico, a recuperação de energia está agora em toda parte.

No caso das máquinas de imagem térmica, o objetivo é descarregar o motor desligando o alternador o máximo possível, cuja função é recarregar a bateria de chumbo-ácido. Assim, liberar o motor da limitação do alternador significa que a economia de combustível e a geração de energia serão geradas tanto quanto possível quando o veículo estiver no freio motor, quando a energia cinética pode ser usada em vez da potência do motor (ao desacelerar ou desacelerar por um longo declive sem aceleração).

Para veículos híbridos e elétricos, será o mesmo, mas desta vez o objetivo será recarregar a bateria de lítio, que é calibrada para um tamanho muito maior.

Usando energia cinética para gerar corrente?

O princípio é amplamente conhecido e democratizado, mas devo voltar a ele rapidamente. Quando eu cruzo uma bobina de material condutor (cobre é melhor) com um ímã, ele gera uma corrente nesta famosa bobina. Isso é o que vamos fazer aqui, usar o movimento das rodas de um carro em movimento para animar um ímã e, portanto, gerar eletricidade que será recuperada nas baterias (ou seja, a bateria). Mas se parecer elementar, você verá que existem mais algumas sutilezas a serem observadas.

Regeneração durante a frenagem / desaceleração de veículos híbridos e elétricos

Esses carros são equipados com motores elétricos para movê-los, por isso é aconselhável usar a reversibilidade deste último, ou seja, que o motor reboque se receber suco e que forneça energia se for movido mecanicamente por uma força externa (aqui um carro ligou com rodas giratórias).

Portanto, agora vamos olhar um pouco mais especificamente (mas permanecer esquemático) o que isso dá, com algumas situações.

1) Modo motor

Vamos começar com o uso clássico de um motor elétrico, para fazermos circular a corrente em uma bobina localizada próxima ao ímã. Essa circulação de corrente no fio elétrico induzirá um campo eletromagnético ao redor da bobina, que então atua sobre o ímã (e, portanto, o faz se mover). Ao projetar habilmente essa coisa (enrolada em uma bobina com um ímã giratório dentro), você pode obter um motor elétrico que gira o eixo enquanto a corrente é aplicada a ele.

É o “controlador de potência” / “eletrônica de potência” que é responsável por direcionar e controlar o fluxo de eletricidade (ele escolhe a transferência para a bateria, o motor em uma determinada tensão, etc.), por isso é crítico. função, pois é ela que permite que o motor esteja no modo "motor" ou "gerador".

Aqui desenvolvi um circuito sintético e simplificado deste dispositivo com um motor monofásico para torná-lo mais fácil de entender (um trifásico funciona no mesmo princípio, mas três bobinas podem complicar as coisas em vão, e visualmente é, portanto, mais fácil em uma única fase).

A bateria funciona com corrente contínua, mas o motor elétrico não, então um inversor e um retificador são necessários. A energia elétrica é um dispositivo para distribuição e dosagem de corrente.

2) Modo gerador / recuperação de energia

Portanto, no modo gerador, faremos o processo inverso, ou seja, enviaremos a corrente vinda da bobina para a bateria.

Mas voltando ao caso específico, meu carro acelerou para 100 km / h graças a um motor térmico (consumo de óleo) ou um motor elétrico (consumo de bateria). Então, eu adquiri energia cinética associada a esses 100 km / h, e quero converter essa energia em eletricidade ...

Então para isso vou parar de enviar corrente da bateria para o motor elétrico, lógica que quero desacelerar (daí o contrário vai me fazer acelerar). Em vez disso, a eletrônica de potência inverterá a direção dos fluxos de energia, ou seja, direcionará toda a eletricidade produzida pelo motor para as baterias.

Na verdade, o simples fato de que as rodas fazem o ímã girar faz com que a eletricidade seja gerada na bobina. E esta eletricidade induzida na bobina irá gerar novamente um campo magnético, que irá desacelerar o ímã e não mais acelerá-lo como quando é feito aplicando eletricidade na bobina (portanto, graças à bateria) ...

É esta travagem que está associada à recuperação de energia e, portanto, permite que o veículo reduza a velocidade enquanto recupera eletricidade. Mas existem alguns problemas.

Se eu quiser recuperar energia enquanto continuo me movendo a uma velocidade estabilizada (ou seja, híbrido), usarei um motor térmico para impulsionar o carro e um motor elétrico como gerador (graças aos movimentos do motor).

E se eu não quiser que o motor tenha muitos freios (por causa do gerador), mando a corrente para o gerador / motor).

Quando você freia, o computador distribui a força entre o freio regenerativo e os freios a disco convencionais, isso é chamado de "frenagem combinada". Dificuldade e, portanto, eliminação do fenômeno repentino e outros que podem interferir na direção (quando feito de maneira inadequada, a sensação de frenagem pode ser melhorada).

Um problema com a bateria e sua capacidade.

O primeiro problema é que a bateria não consegue absorver toda a energia transferida para ela, ela tem um limite de carga que evita que muito suco seja injetado ao mesmo tempo. E com a bateria cheia, o problema é o mesmo, não come nada!

Infelizmente, quando a bateria absorve eletricidade, ocorre resistência elétrica, e é quando a frenagem é mais severa. Assim, quanto mais “bombearmos” a eletricidade gerada (e, portanto, aumentando a resistência elétrica), mais forte será a travagem do motor. Por outro lado, quanto mais você sentir que o motor está travando, mais isso significará que suas baterias estão carregando (ou melhor, o motor está gerando muita corrente).

Mas, como acabei de dizer, as baterias têm um limite de absorção e, portanto, não é desejável fazer uma frenagem brusca e prolongada para recarregar a bateria. Este último não poderá se apropriar, e o excedente será jogado no lixo ...

O problema está relacionado à progressividade da frenagem regenerativa

Alguns gostariam de usar a frenagem regenerativa como principal e, portanto, definitivamente dispensam os freios a disco, que são energeticamente pobres. Mas, infelizmente, o próprio princípio de funcionamento do motor elétrico impede o acesso a esta função.

Na verdade, a frenagem é mais forte quando há uma diferença de velocidade entre o rotor e o estator. Assim, quanto mais você desacelera, menos potente será a frenagem. Basicamente, você não pode imobilizar o carro por meio desse processo, você deve ter freios normais adicionais para ajudar a parar o carro.

Com dois eixos acoplados (aqui hibridização E-Tense / HYbrid4 PSA), cada um com um motor elétrico, a recuperação de energia durante a frenagem pode ser duplicada. Claro, isso também vai depender do gargalo na lateral da bateria ... Se esta última não tem muito apetite, não faz muito sentido ter dois geradores. Podemos citar também o Q7 e-Tron, cujas quatro rodas estão conectadas a um motor elétrico graças ao Quattro, mas neste caso apenas um motor elétrico está instalado nas quatro rodas, não dois como no diagrama (portanto, só temos um gerador)

3) A bateria está saturada ou o circuito está superaquecido

Como dissemos, quando a bateria está totalmente carregada ou consome muita energia em um tempo muito curto (a bateria não pode carregar em uma velocidade muito alta), temos duas soluções para evitar danos ao dispositivo:

• A primeira solução é simples, cortei tudo ... Com a ajuda de um interruptor (controlado pela electrónica de potência), cortei o circuito eléctrico, abrindo assim (repito o termo exacto). Dessa forma a corrente não flui mais e não tenho mais eletricidade nas bobinas e, portanto, não tenho mais campos magnéticos. Como resultado, a frenagem regenerativa não funciona mais e o veículo acelera. Como se eu não tivesse mais um gerador e, portanto, não tivesse mais o atrito eletromagnético que desacelera minhas massas em movimento.
• A segunda solução é direcionar a corrente com a qual não sabemos mais o que fazer com os resistores. Estas resistências foram concebidas para isso e, para ser sincero, são bastante simples ... A sua função é mesmo absorver a corrente e dissipar essa energia na forma de calor, graças portanto ao efeito Joule. Este dispositivo é usado em caminhões como freios auxiliares, além de discos / pinças convencionais. Portanto, em vez de carregar a bateria, enviamos a corrente para uma espécie de "lixeira elétrica" ​​que a dissipam em forma de calor. Observe que isso é melhor do que a frenagem a disco porque na mesma taxa de frenagem o freio reostato aquece menos (um nome dado à frenagem eletromagnética, que dissipa sua energia em resistores).

Aqui cortamos o circuito e tudo perde as propriedades eletromagnéticas (é como se eu torcesse um pedaço de madeira em uma bobina de plástico, o efeito não existe mais)

Aqui usamos um freio reostato que

4) modulação da força de frenagem regenerativa

Apropriadamente, os veículos elétricos agora têm remos para ajustar a força de retorno. Mas como tornar a frenagem regenerativa mais ou menos potente? E como fazer com que não seja muito potente, para que a direção seja suportável?

Bem, se no modo regenerativo 0 (sem frenagem regenerativa) eu só preciso desconectar o circuito para modular a frenagem regenerativa, outra solução precisará ser encontrada.

E entre eles, podemos então retornar um pouco da corrente para a bobina. Porque se a produção de suco pela rotação do ímã na bobina causar resistência, eu teria muito menos (resistência) se, por outro lado, eu mesmo injetasse o suco na bobina. Quanto mais injeto, menos freios terei e, pior ainda, se injetar muito, acabo acelerando (e aí o motor passa a ser o motor, não o gerador).

Portanto, é a fração da corrente reinjetada na bobina que tornará a frenagem regenerativa mais ou menos potente.

Para voltar ao modo de roda livre, podemos até encontrar outra solução além de desligar o circuito, a saber, enviar corrente (exatamente o que é necessário) para ter a sensação de que estamos no modo de roda livre ... Um pouco como quando ficamos no meio do pedal na térmica para estacionar em um ritmo constante.

Aqui estamos enviando um pouco de eletricidade para o enrolamento para reduzir o "freio motor" do motor elétrico (na verdade não é um freio motor, se quisermos ser precisos). Podemos até obter um efeito de roda livre se enviarmos eletricidade suficiente para estabilizar a velocidade.

Todos os comentários e reações

Dernier comentário postado:

Reggan (Data: 2021, 07:15:01)

Olá,

Há alguns dias, tive uma reunião em uma concessionária Kia sobre a manutenção programada do meu 48000 Soul EV de 2020 km. UMA ?? minha grande surpresa, fui aconselhado a substituir todos os freios dianteiros (discos e pastilhas) porque estavam prontos !!

Eu disse ao gerente de serviço que isso não era possível porque eu aproveitei ao máximo os freios de recuperação desde o início. Sua resposta: os freios de um carro elétrico se desgastam ainda mais rápido do que um carro normal !!

Isso é muito engraçado. Lendo sua explicação sobre como funcionam os freios regenerativos, recebi a confirmação de que o carro está reduzindo a velocidade usando um processo diferente dos freios padrão.

Il I. 1 reação (ões) a este comentário:

• Administrador ADMINISTRADOR DO SITE (2021-07-15 08:09:43): Ser revendedor e dizer que carro elétrico gasta freios mais rápido ainda é o limite.

  Porque se a severidade excessiva desse tipo de veículo logicamente levar a um desgaste mais rápido, a regeneração inverte a tendência.

  Agora, talvez o nível de recuperação 3 use os freios em paralelo para aumentar artificialmente o freio motor (usando, assim, a força magnética do motor e dos freios). Nesse caso, você pode entender por que os freios se desgastam mais rapidamente. E com o uso frequente de regeneração, isso fará com que as pastilhas longas pressionem os discos com o calor desagradável do desgaste (quando aprendemos a dirigir, somos informados que a pressão nos freios deve ser forte, mas curta para limitar o aquecimento).

  Seria bom se você visse o desgaste desses elementos com seus próprios olhos para ver se a concessionária fica tentada a fazer números ilegais (improvável, mas é verdade que “aqui podemos duvidar”).

(Sua postagem ficará visível sob o comentário após a verificação)

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