Was ist regeneratives Bremsen und warum verwenden wir es nicht?

Ich weiß, dass viele Elektroautos regeneratives Bremsen verwenden, damit das Auto effizienter wird, indem die ansonsten verlorene Wärmeenergie in eine nützlichere, wiederverwendbare Energieform umgewandelt wird.

Sicherlich muss es eine Möglichkeit geben, ein neues Bremskonzept zu entwickeln, das die Verwendung dieser Technologie in einem konventionelleren Auto mit normalem Verbrennungsmotor ermöglicht.

Was ich nicht verstehe ist:

• Was genau ist regeneratives Bremsen?
• Warum können wir bei Elektro- und Hybridautos nur regeneratives Bremsen einsetzen?
• Gibt es einen Grund, warum wir diese clevere Bremstechnologie nicht einsetzen können, um die Leistung der Kurbelwelle zu steigern oder den Kraftstoffverbrauch zu senken?

Bildquelle: http://sjam4uphysics.pbworks.com/w/page/38936885/Regenerative%20Braking

tl; dr: Das machen wir. Es ist nur teuer.

Einer der Unterschiede zwischen Motoren für elektrische und chemische Energie besteht darin, dass die elektrischen Systeme die Erfassung und Speicherung von Energie (z. B. eine Batterie) wesentlich komfortabler machen. Alles, was Sie tun müssen, ist die Induktion, um beim Bremsen direkt am Lenkrad elektrischen Strom zu erzeugen. Zeigen Sie den Strom auf diese Batterie und Sie haben Energie behalten, die sonst verschwendet würde.

Mit einem chemischen Energiemotor ist es viel schwieriger, überschüssige Energie zu speichern. Wir können die Bremsen nicht verwenden, um zum Beispiel mehr Benzin zu erzeugen. Es ist jedoch möglich, kinetische Energie in so etwas wie einem KERS zu halten . Dadurch wird die Bremsenergie zum Hochdrehen eines Schwungrads verwendet. Dieses Schwungrad kann dann bei Bedarf für zusätzliche Antriebskraft verwendet werden.

Unglücklicherweise sind KERS-Einheiten teuer und erfordern eine Menge zusätzlicher Technik (wie genau bringen Sie das durchdrehende Schwungrad dazu, das Auto tatsächlich vorwärts zu treiben?). Sie sind auch nicht üblich, sodass sie nicht von Skaleneffekten profitieren.

Alles, was gesagt wurde, sie arbeiten. Die Formel 1 hat sie als vorbeifahrendes Boost-System hervorragend eingesetzt. Ich würde diese Art von Fähigkeiten auf der Straße nicht verwenden, aber ich würde gerne mit etwas experimentieren, das mir hilft, mehr Schwung aus einer Gallone Benzin herauszuholen.

Auf die Frage "Was ist regeneratives Bremsen und warum verwenden wir es nicht?" Antworten wir. Beim normalen Bremsen wird das Vorwärtsmoment des Fahrzeugs durch die Bremsen abgebremst, indem diese in der Bremsscheibe in Wärme umgewandelt werden und anschließend abgeführt werden und verloren gehen. Beim regenerativen Bremsen wird das Auto nicht als Wärme in die Atmosphäre abgegeben, sondern in elektrische Energie umgewandelt und in der Fahrzeugbatterie gespeichert.

Die Volkswagen Bluemotion-Reihe von Autos (und ich bin ziemlich zuversichtlich, dass andere Hersteller dies tun, aber ich bin sicher, dass Volkswagen dies tut) hat einen sehr hoch entwickelten Generator. Wenn das Auto erkennt, dass es durch Druck auf die Bremsen verlangsamt wird und das Auto noch in Gang ist und diese Kupplung geöffnet ist, geht die Lichtmaschine in einen Modus über, in dem es erheblich mehr Leistung aus dem Antrieb bezieht. Dieser Antrieb würde normalerweise vom Motor kommen, wird jedoch in einer Bremssituation ausschließlich über das Getriebe bereitgestellt und läuft effektiv gegen den Antriebsstrang.

Dieses System ist sowohl für benzin- als auch für dieselbetriebene Bluemotion-Volkswagen geeignet. Weitere Informationen finden Sie hier und hier

Ich weiß zu schätzen, dass dies nicht ganz in der Größenordnung der F1-Autos liegt, aber es ist eine Form des regenerativen Bremsens und wird heute auf öffentlichen Straßen eingesetzt.

Regeneratives Bremsen ist ein System, das die Energie speichert, die stattdessen durch Erwärmung in den Bremsen verloren gehen würde. Obwohl diese Systeme großartig klingen, haben sie eine ganze Reihe eigener Probleme.

1. Noch bevor es um Energiespeicher und -erzeugung geht, werden die eigentlichen Betriebsbremsen sehr kompliziert. Damit das regenerative Bremsen richtig funktioniert, können die Bremsen nicht angezogen werden, während die regenerativen Bremsen ihre Sache tun. Weitere regenerative Bremsen arbeiten nur mit hoher Geschwindigkeit und verlieren ihre Wirksamkeit, wenn Sie langsamer werden. Dies erfordert einen Übergang, bei dem die regenerativen Bremsen Sie mit hoher Geschwindigkeit verlangsamen und die regulären Bremsen nicht, und wenn Sie die regenerativen Bremsen verlangsamen, immer weniger tun und die regulären Bremsen Sie schließlich zum Stillstand bringen. Das System, mit dem sich das Bremspedal normal anfühlt, während die regulären Bremsen nichts tun und Sie dann sanft in das reguläre Bremsen überführen, wobei Sie bemerken, dass ein Wechsel passiert ist, ist sehr kompliziert und sehr schwierig, perfekt zu werden.
2. Energiespeicherung ist ein großes Problem. Bei Hybriden hört sich alles gut an, laden Sie einfach die Batterien auf, wobei in Wirklichkeit die Menge an Energie, die das Auto während eines Stopps erzeugt, viel mehr ist, als die Batterien tatsächlich aufnehmen können. Wenn der Stopp schnell ist, wird das Problem weiter verstärkt. Ein von @BobCross genanntes System ist das KERS. Durch die Kombination eines Motors / Generators mit dem Schwungrad wird die zusätzliche regenerative Energie, die nicht direkt in die Batterien gelangen kann, zum Hochdrehen des Schwungrads verwendet. Im Laufe der Zeit wird die Energie dann in Elektrizität umgewandelt, um die Batterien aufzuladen. Diese Systeme sind sehr schwer und teuer. Ein anderes System verwendet Superkondensatoren. Die zusätzliche Energie wird in die Super Caps gesteckt. Das Problem ist, dass die in den Kondensatoren gespeicherte Energie ohne Konditionierung nicht sehr nützlich ist. Die Spannung in Kondensatoren fällt sehr schnell ab. Wenn eine hohe Spannung gespeichert wird, ist ein System erforderlich, um die Spannung auf etwas Nützliches zu senken. Wenn nicht mehr Spannung als die Batterie gespeichert wird, ist ein System erforderlich, um die Spannung auf etwas Nützliches zu erhöhen. Superkondensatoren sind auch ziemlich teuer.

Hybride und Elektroautos haben elektrische Systeme eingebaut, um das regenerative Bremsen zu nutzen. Alle diese Probleme werden mit Reihenbenzinmotoren weiter verstärkt. Ein neues System muss installiert werden, es kann nicht auf vorhandene Elemente zurückgegriffen werden, um die Kosten durch regeneratives Bremsen zu erhöhen. Es wird schwierig, jemanden in einem System zu verkaufen, das dem Preis eines Autos, das in der Stadt sparsamer wird, auf der Autobahn aber darunter leidet, 5.000 US-Dollar hinzufügt.

Ford entwickelt ein System, bei dem eine Verdrängerpumpe einen Hydrospeicher auflädt, wenn Sie zum Stillstand kommen. Beim erneuten Abheben wird der Flüssigkeitsdruck durch die Pumpe umgekehrt, um ihn in einen Motor umzuwandeln, der das Starten von einem Stopp unterstützt. Das System ist für große LKWs gedacht, bei denen die Größe des Systems keine große Belastung darstellt. Auch das System ist laut und leckanfällig.

Dieselelektrische Eisenbahnlokomotiven verwenden eine regenerative Bremsung, nennen sie jedoch "dynamische Bremsung". Außerdem speichern sie die Energie nicht, sondern blasen sie durch Widerstandsgitter und Lüfter auf Dachhöhe ab.

Vollelektrische Lokomotiven und einige Straßenbahnen können im Allgemeinen die regenerierte Energie in den Draht oder die dritte Schiene zurückspeisen. Dies ist in Gleichstromsystemen viel einfacher.

Die Fahrmotoren (in der Regel einer pro Achse) werden jedoch vom Zugimpuls angetrieben und laufen so als Generatoren.

Regeneratives Bremsen ist bei Elektro- oder Hybridfahrzeugen nur deshalb sinnvoll, weil sie die gespeicherte Energie nutzen können. Auch wenn Sie einen Elektromotor als Teil des Antriebsstrangs haben, ist das regenerative Bremsen (zumindest hardwaremäßig) weitgehend integriert, da Sie einfach die vorhandenen Motoren als Generator verwenden und die erzeugte Energie für später an die Batterie umleiten verwenden.

Im Wesentlichen macht es keinen Sinn, das regenerative Bremsen in einem anderen Fahrzeug als einem Hybridfahrzeug zu verwenden. Tatsächlich ist das regenerative Bremsen eine gute Definition eines Hybridfahrzeugs.

Es gibt zwar keinen Grund, warum Sie ein konventionelles Auto mit Verbrennungsmotor nicht mit einem regenerativen Bremssystem ausstatten könnten, aber wenn Sie diese Kraft nicht zum Fahren des Autos verwenden, haben Sie nicht wirklich viel erreicht, da Sie viel mehr hinzufügen Gewicht und Komplexität, um elektrische Energie zu speichern, die Sie nicht verwenden können.

Es gibt auch das Problem, dass Sie auf langen Autobahnfahrten möglicherweise nicht genug bremsen, um selbst die geringen Anforderungen der elektrischen Hilfssysteme (Licht, Zündung, Radio, Aufladen der Batterie zum Starten usw.) zu erfüllen Vorteil, keinen Generator zu benötigen.

Wir können das nächstbeste tun.

800 m vor mir sehe ich, wie sich ein Licht gelb färbt. Bei 100 km / h sind das 30 Sekunden. Und ich weiß, dass das Licht einen Zyklus von ungefähr 35 Sekunden hat, plus 10 Sekunden, damit sich der Stapel angehaltener Autos in Bewegung setzt.

Ich habe ununterbrochene Energie angewendet, um Geschwindigkeit zu halten. Ich mache das noch 25 Sekunden lang, dann 5 Sekunden lang fest bremsen und anhalten. 15 Sekunden mit meinem Handy spielen, dann bin ich auf dem Weg.

Oder ... ich gehe sofort in den Leerlauf. Mein Auto fährt an der Küste entlang. Wenn der Motor noch in Gang ist, drückt (dreht) mein Impuls auf den Motor, um eine milde Bremswirkung zu erzielen, sodass die Einspritzdüsen vollständig ausgeschaltet werden. Meine Geschwindigkeit verlangsamtallmählich ... 55 ... 50 ... 45 ... Kleines Kraft Bit ... 40 (65kph) ... Flip das Licht leuchtet grünwährend ich noch 1/8 Meile (200 m) bin zurück. Die angehaltenen Autos packen aus und ich messe genau, wann Strom anzulegen ist. Und ich bremse nie .

Im ersten Szenario gibt es zwei Energiebörsen. Zuerst wurde der Treibstoff für die 600 m (3/8 Meile) verwendet, um in der Kreuzfahrt zu bleiben. Zweitens, die Bremsenergie hat sich in der letzten 1/8 Meile verlagert. Diese sind nicht nur nahezu gleich, sie sind auch die gleiche Energie . Wenn wir eine ordnungsgemäße Regeneration durchführen, können wir sie am Amperemeter ablesen und die tatsächlichen Joule ein- und ausgeben.

Im zweiten Szenario gibt es keine. Es wird kein Kraftstoff verbraucht und es wird keine Bremsenergie abgegeben. Der Effekt der Nutzbremsung wird erreicht, jedoch ohne Wandlungsverluste.

Zugegeben, dies ist eher ein Bildungsansatz als ein technologischer Ansatz, aber er funktioniert. Sogar auf einem EV, der in der Lage ist, sich zu regenerieren, funktioniert es immer noch besser als Regen. Tatsächlich funktioniert es auf einem EV sogar noch besser, weil Sie ein besseres "Ausrollen" erzielen .