Pojazdy elektryczne i hybrydowe potrafią wykonywać hamowanie regeneracyjne. Ale czy można to robić bez akumulatorów i silników elektrycznych i przechowywać energię do późniejszego wykorzystania? Hobbyści to sprawdzają.
Czym jest hamowanie regeneracyjne?
Koncepcja hamowania regeneracyjnego jest znana jako metoda zwiększania zasięgu w pojazdach hybrydowych i elektrycznych. To jedna z ciekawszych zalet tego typu pojazdów. Jednak hamowanie regeneracyjne nie zwiększa magicznie zasięgu pojazdów elektrycznych, ale ogranicza ilość bezpowrotnie traconej energii podczas hamowana. Bo przecież oczywiste jest, że hamowanie usuwa energię i wymaga włożenia dodatkowej energii, aby odzyskać prędkość. Zatem najlepszy zasięg można uzyskać po prostu nie hamując. Oczywiście w praktyce jest to niemożliwe.
Bardziej odpowiednie jest więc hamowanie regeneracyjne, które wykorzystuje silnik pojazdu elektrycznego jako generator. Ten z kolei przekształca część energii kinetycznej traconej podczas hamowania z powrotem na energię zmagazynowaną w akumulatorze. Następnie, przy ponownym przyspieszaniu, pojazd korzysta z tej energii zamiast zużywać dalej podstawowe rezerwy energii. Ta zdolność pojazdów elektrycznych powoduje, że w momencie hamowania regeneracyjnego energia całkowicie się nie marnuje. Ale oczywiście, to też nie znaczy, że nie marnuje się w ogóle. Straty konwersji występują zarówno w akumulatorze, jak i w kołach, więc otrzymuje się z powrotem mniej energii niż zostało oddane.
Mimo wszystko sytuacja ta jest i tak lepsza, niż gdyby nie odzyskiwało się energii w ogóle, tak jak było w pojazdach z silnikiem spalinowym. Wówczas hamulce działały wyłącznie na zasadzie tarcia przekształcając energię kinetyczną pojazdu w tracone ciepło w celu zmniejszenia prędkości samochodu. W ten sposób cała energia była po prostu tracona.
Pojazdy wykorzystujące hamowanie regeneracyjne
Hamowanie regeneracyjne nie ogranicza się tylko do samochodów elektrycznych. Rowery elektryczne, skutery elektryczne, deskorolki elektryczne i inne opcje mikromobilności również mogą wykonywać ten typ hamowania. Działa to w nich na tych samych zasadach jak w samochodzie elektrycznym.
Hamowanie regeneracyjne bez akumulatorów
Okazuje się, że być może istnieje sposób przechowywania energii do późniejszego wykorzystania bez użycia akumulatorów i silników elektrycznych. Hobbyści się tym zajmują. Pewien mężczyzna zbudował rower, który w ten sposób funkcjonuje. Omówienie znajduje się w poniższym filmie.
To, co zostało dokonane, jest często nazywane Systemem Odzyskiwania Energii Kinetycznej lub KERS.
Zamiast pobierać energię mechaniczną, przekształcać ją w energię elektryczną, a następnie używać jej do ładowania akumulatora (staje się to wtedy energią chemiczną), tego rodzaju systemy KERS wykorzystują koło zamachowe do przechowywania energii kinetycznej.
Warto dodać, że jest to uznana technologia. Ponieważ większość silników używa już koła zamachowego, aby wygładzić dostarczanie mocy do silnika poprzez przechowywanie energii w wirującym dysku z przodu silnika między momentami pchania tłoka.
Teoretyzując: wykorzystując sprzęgło lub CVT, przekładnie mogą pobierać moc z kół. Następnie mogą jej używać do rozkręcania koła zamachowego, które nie jest bezpośrednio przymocowane do silnika pojazdu. W rezultacie zwiększa to opór koła pojazdu i hamuje pojazd. Ale nie wysyła całej energii w powietrze jako ciepła, tak jak robią to hamulce cierne.
Dzięki zastosowaniu łożysk o niskim współczynniku tarcia i skręceniu koła zamachowego z prędkością ponad 60 000 obr./min, samochodowy system KERS może przez chwilę zatrzymać energię i pozwolić na jej późniejsze użycie w celu uzyskania szybkiego przypływu mocy.
Oznacza to, że pojazd spalinowy mógłby potencjalnie wykorzystać opisaną technologię do oszczędzania paliwa – podobnie jak robi to hybryda.
Hamowanie regeneracyjne bez akumulatorów – argumenty przeciw
Dotychczas nie wdrożono na dużą skalę hamowania regeneracyjnego bez użycia akumulatorów i nie jest to przypadek. Głównym powodem są zbyt wysokie koszty oraz ryzyko związane z możliwością wybuchu w przypadku awarii takiego systemu.
Poza projektami badawczymi firm motoryzacyjnych tylko niektóre brytyjskie autobusy faktycznie korzystały z systemu na ulicach. Czemu? Ponieważ jest drogi, dodaje części mechaniczne, a jeśli coś pójdzie nie tak mechanicznie, gdy coś obraca się na tak wysokich obrotach (powyżej 60 tys.), może to być jak wybuch granatu.
Są to najważniejsze argumenty przemawiające przeciw temu rozwiązaniu. Innym argumentem jest fakt, że elektryfikację samochodów uważa się za główną „drogę naprzód”, ponieważ samochody spalinowe zanieczyszczają powietrze. Jeśli dalej mają być realizowane cele związane z dekarbonizacją, to samochody elektryczne i tak będą wdrażane. W takiej sytuacji sensowne wydaje się używanie akumulatorów do magazynowania energii.
Wnioski z eksperymentu z rowerem
Eksperymentowanie z rowerem, który jest mniejszy od samochodu, nie jest obciążone tak dużym ryzykiem.
Związane z tym energie są bardzo niskie (brak ryzyka, że coś wybuchnie), a korzystanie z mechanicznego roweru nie zanieczyszcza środowiska tak jak robi to pojazd spalinowy.
Jednak na koniec trzeba dodać, że nawet w przedstawionym filmie eksperyment z rowerem nie dostarczył jeszcze najlepszych efektów. Problem polegał na tym, że prędkości nie były wystarczające, aby uzyskać dobre magazynowanie energii. Mimo to, jest to ciekawe doświadczenie, które pozwala zobaczyć, jak działa ten rodzaj systemu magazynowania energii. Warto się z jego przebiegiem zapoznać, nawet jeśli nie udało się jeszcze uzyskać zadowalających, praktycznych efektów.
Źródła:
„The Power In These Flywheels Scares The Pants Off Me” | Savage Builds – YouTube