Technológia bŕzd sa za posledných sto rokov veľmi nezmenila, no regeneratívne brzdenie predstavuje zásadnú zmenu v spôsobe, akým uvažujeme o brzdení. Namiesto použitia hrubej sily na zastavenie vozidiel fyzickým zovretím alebo vytlačením ako súčiastky, ako je brzdový kotúč alebo bubon, táto technológia šikovne využíva spôsob, akým fungujú hybridné a plne elektrické autá, aby skutočne rekuperovali trochu energie pri každom spomalení vozidla..
Ako fungujú brzdy v autách a nákladných autách?
Pokroky v technológii bŕzd boli v priebehu rokov do značnej miery iteratívne a nie inovatívne, ako napríklad prechod z bubnových bŕzd na kotúčové brzdy. Došlo tiež k významnému pokroku vo fyzikálnych materiáloch, z ktorých sú vyrobené brzdové doštičky, čo viedlo k trecím materiálom, ktoré vydržia dlhšie, vytvárajú menej prachu a je menej pravdepodobné, že budú vydávať hluk. Technológie ako protiblokovacie brzdy tiež urobili brzdovú technológiu bezpečnejšou, ale základný princíp premeny kinetickej energie na teplo zostal nezmenený.
Tradičné brzdy fungujú dobre, ale zo svojej podstaty sú nesmierne nehospodárne. Zakaždým, keď stlačíte brzdový pedál, efektívne sa pritlačíte na kolesá silou tisícok libier hydraulického tlaku. Precízny mechanizmus zahŕňa kovové rotory v tvare disku, ktoré sú vložené medzi každú pneumatiku a náboj kolesa a sú vtlačené medzi organické, kovové alebo keramické brzdové doštičky.
V starších vozidlách a zadných brzdách niektorých ľahkých nákladných vozidiel sa namiesto nich používajú menej účinné bubny a brzdové čeľuste. V oboch prípadoch sa vozidlo spomalí v dôsledku obrovského trenia, ktoré vzniká medzi doštičkami a kotúčmi alebo topánkami a bubnami. Toto trenie v podstate mení kinetickú energiu na tepelnú energiu (a niekedy aj veľký hluk) a vaše auto sa v dôsledku toho spomalí.
Problém s tradičnými brzdami je v tom, že váš motor musel spotrebovať veľa paliva, aby vytvoril túto kinetickú energiu, a tá sa v podstate míňa, keď ju vaše brzdy premieňajú na teplo.
Základnou myšlienkou regeneratívneho brzdenia je, že rôzne technológie umožňujú znovu získať určitú časť tejto kinetickej energie, premeniť ju na elektrickú energiu a potom ju znova použiť.
Ako fungujú regeneračné brzdy?
Najbežnejšia forma technológie rekuperačnej brzdy premieňa elektrický motor na generátor, a preto sa regeneračné brzdy často vyskytujú v hybridných a elektrických vozidlách.
Počas bežnej prevádzky elektromotor čerpá energiu z batérie a používa ju na pohyb vozidla. Po zošliapnutí brzdového pedálu je elektromotor schopný obrátiť tento proces, stať sa generátorom poháňaným otáčajúcimi sa kolesami a napájať elektrinu späť do batérie.
Keďže rekuperačné brzdy efektívne nabíjajú batériu bez zapojenia do nabíjačky, v prípade elektrického vozidla alebo použitia alternátora v hybride sa celková účinnosť vozidla zvyšuje. To znamená viac míľ medzi nabitiami alebo tankovaním.
Keďže rekuperačné brzdy efektívne premieňajú kinetickú energiu na elektrickú energiu, dokážu okrem nabíjania batérie aj spomaliť vozidlo. Účinnosť regeneratívneho brzdového systému má však obmedzenia. Jedným z hlavných problémov je, že regeneračné brzdy nefungujú tak dobre pri nízkych rýchlostiach ako pri vysokých. Kvôli tomuto inherentnému obmedzeniu rekuperačného brzdenia je väčšina vozidiel vybavená aj doplnkovým tradičným brzdovým systémom.
Rovnakým spôsobom, akým sú tradičné ovládacie prvky riadenia, brzdenia a akcelerácie často zahrnuté ako záloha pre systémy drive-by-wire, tradičné brzdy môžu slúžiť ako záloha pre regeneratívne brzdenie. Tradičné systémy sa môžu spustiť iba vtedy, keď dôjde k poruche zariadenia, alebo ich možno neustále používať spolu s regeneračným brzdením.
Obmedzenia regeneračných bŕzd
Okrem prirodzeného poklesu účinnosti regeneratívneho brzdenia pri nízkych rýchlostiach má táto technológia aj množstvo ďalších obmedzení. Medzi najvýznamnejšie patria:
- Rekuperačné brzdenie funguje iba na hnaných kolesách: Ak elektrické vozidlo nemá pohon všetkých kolies, s motorom pre každé koleso, potom kolesá bez rotorov nie sú schopný využívať regeneratívne brzdenie.
- Problémy s panickým zastavením: Regeneračné brzdy zvyčajne neposkytujú dostatočnú brzdnú silu v podmienkach panického zastavenia. To je jedna oblasť, kde tradičné brzdy stále fungujú oveľa lepšie.
- Obmedzenia batérie a motora: Účinnosť regeneračného systému je obmedzená faktormi, ako je kapacita systému akumulácie energie a výkon elektromotora.
- Fungujú iba s elektrickými a hybridnými vozidlami: Tradičné regeneračné systémy sú nekompatibilné s neelektrickými, nehybridnými vozidlami. Keďže tieto vozidlá nemajú elektrické motory, implementácia regeneratívneho brzdenia je nákladná a komplikovaná.
- Obmedzenia dynamického brzdenia: Niektoré regeneračné systémy sú nútené používať doplnkové „dynamické brzdenie“, ktoré neuchováva regenerovanú kinetickú energiu.
Kapacitné brzdy a tradičné spaľovacie motory
Keďže rekuperačné brzdové systémy sa pri výrobe elektriny zvyčajne spoliehajú na svoje elektrické motory, sú vo svojej podstate nekompatibilné s vozidlami, ktoré používajú spaľovacie motory. Existujú však niektoré alternatívne regeneračné technológie, ktoré možno použiť na tradičné spaľovacie motory.
Jeden z takýchto systémov využíva veľké kondenzátory na rýchle ukladanie a uvoľňovanie elektriny, ktorá potom prechádza cez transformátor so zníženým výkonom.12-voltový výstup sa potom privádza do elektrického systému vozidla, čím sa trochu zaťaží motor. Táto technológia je v súčasnosti schopná zvýšiť spotrebu paliva až o 10 percent, hoci je stále v plienkach.
Aké autá používajú regeneračné brzdy?
Väčšina hybridných a elektrických vozidiel používa nejaký typ regeneratívneho brzdového systému. Výrobcovia OEM ako Chevrolet, Honda, Nissa, Toyota a Tesla boli všetci na palube čoskoro s technológiou regeneratívneho brzdenia vo svojich hybridných a elektrických vozidlách. Nehybridné vozidlá, ktoré využívajú nejaký typ regeneratívneho brzdenia, sú výrazne menej bežné, no BMW a Mazda boli prvými používateľmi tejto technológie v určitých modeloch.
