Что такое рекуперативное торможение в литиевых батареях?

Первые два месяца вождения электромобиля я продолжал крениться вперед каждый раз, когда отпускал педаль газа. Ощущение, что руководство застопорилось. Потребовалось время, чтобы переучить правую ногу. Теперь, когда я езжу на арендованной бензиновой машине, мне кажется, что побережье не так, как будто тормоза сломаны.

Регенерация – это двигатель, работающий в обратном направлении. Когда вы ускоряетесь, двигатель потребляет ток от аккумулятора и вращает колеса. Когда вы замедляетесь, колеса вместо этого вращают мотор. Двигатель становится генератором. Ток возвращается обратно в батарею. Не сложный.

Отделы маркетинга любят добиваться повышения эффективности примерно на 30%. Реальный мир сложнее. Я записывал данные-на своей модели 3 в течение шести месяцев, пока ездил на работу в Атланту. Смешанные шоссе и наземные улицы, умеренный трафик. Реген восстановил около 18% вложенной мной энергии, а не 30.

Вождение по городу работает лучше. Stop and Go означает больше случаев торможения. Приятель, который доставляет товары на Amazon на фургоне Rivian, получает 25% или выше. Он постоянно останавливается. Двигаясь по шоссе со скоростью 70 миль в час, вы едва нажимаете на тормоза. Реген здесь почти ничего для вас не делает.

Цифра 30% получена из идеальных циклов испытаний. Повторные остановки со скорости 60 миль в час с максимальной регенерацией. Никто так не ездит.

Вождение в горах является исключением. Прошлой осенью, спускаясь из Эшвилля, я наблюдал, как заряд батареи увеличился с 54% до 71% за примерно 40 миль спуска. Это было похоже на бесплатную энергию. Конечно, я сжег его, поднимаясь вверх.

Regenerative Braking

Это та часть, которую никто толком не объясняет, прежде чем купить электромобиль.

Литиевые элементы не любят принимать заряд в холодном состоянии. Ионы движутся слишком медленно. Подайте ток в холодную ячейку, и вы получите литиевое покрытие на аноде. Постоянное повреждение. Таким образом, BMS сокращает регенерацию, когда аккумулятор холодный.

Насколько холодно? Зависит от производителя. Моя машина практически убивает регенерацию при температуре ниже 20 градусов по Фаренгейту. Между 20 и 45 градусами по Фаренгейту ее мощность снижается, возможно, вдвое. Такое ощущение, что тормоза перестали работать, когда впервые испытываешь это. Вы нажимаете на педаль, ожидая сильного замедления, и машина просто катится. Фрикционные тормоза ловят вас, но в сознании возникает разрыв.

Tesla добавила функцию предварительной подготовки, которая разогревает аккумулятор, если вы устанавливаете навигацию на Supercharger. Отлично работает для быстрой зарядки постоянным током. Ничего не помогает для восстановления сил утренней поездки на работу, потому что, когда вы уходите, рюкзак все еще холодный. Некоторые владельцы перед вылетом включают обогреватель салона на 20 минут только для того, чтобы прогреть аккумулятор. Тратить энергию ради экономии энергии. Математика не всегда работает.

Hyundai и Kia, похоже, разобрались в этом лучше. Ioniq 5 использует нагрев батареи более агрессивно. Владельцы из Миннесоты сообщают, что полезная регенерация снижается до более низких температур, чем у Tesla. Может быть, разница в химическом составе, может быть, это настройка программного обеспечения. Киа не скажет.

Зарядите до 100% и езжайте под гору. Куда уходит энергия регенерации?

Никуда. BMS блокирует его. Аккумулятор заряжен. Полный литиевый элемент не может принять больше заряда без повреждения. Таким образом автомобиль сбрасывает лишнюю нагрузку на фрикционные тормоза. Или в некоторых автомобилях оно рассеивается через резистор в виде тепла. В любом случае вы потеряете энергию.

Я усвоил это на собственном горьком опыте, покидая горнолыжный курорт. Накануне вечером зарядился до 100%, чтобы увеличить дальность действия. Спустился с уклоном 7% на 12 миль. Реген практически не участвовал в спуске. Ехал на фрикционных тормозах сильнее, чем хотелось. Подушечки стали настолько горячими, что появился запах.

Начинайте свои горные походы с 80% или меньше, если в начале есть значительный спуск. На форумах полно людей, которые поняли это после того, как проварили тормоза.

Некоторые новые автомобили в этом отношении умнее. Lucid Air фактически будет удерживать заряд ниже 100%, если по навигации знает, что приближается долгий спуск. Должно быть стандартным для каждого электромобиля. Это не.

Regenerative Braking

Короткий ответ: вероятно, нет.

Импульсы заряда от регенерации кратковременны. От полсекунды до десяти секунд. Потом пробел. Потом еще один импульс. Схема включения-выключения отличается от подключения к зарядному устройству и подачи постоянного тока в течение часа.

Некоторые исследователи из NREL опубликовали в 2022 году данные, предполагающие, что импульсная зарядка на самом деле может быть более щадящей для клеток, чем постоянный ток. В периоды покоя ионы лития перераспределяются внутри электрода. Меньше стресса, связанного с градиентом концентрации. В статье не говорилось конкретно о регенерации, но профили заряда схожи.

Данные о парке такси, использующих модели 3 в Нью-Йорке, не показывают заметной разницы в деградации между водителями с высоким-и низким-регенерацией. Состояние рюкзака на расстоянии 150 000 миль больше зависит от частоты быстрой зарядки постоянным током и климата, чем от привычек регенерации. Однако размер выборки составил всего около 40 автомобилей. Не убедительно.

Я разговаривал об этом с парой инженеров по батареям. Похоже, что все согласны с тем, что уровни тока регенерации находятся в пределах безопасного постоянного уровня для современных клеток ЭВ. Аккумулятор мощностью 75 кВтч, получающий импульс рекуперации мощностью 50 кВт, составляет всего 0,67°С. Это ничего. Зарядное устройство вашего телефона, вероятно, достигает 1C.

Что убивает литиевые батареи, так это тепло и время высокого уровня заряда. Реген тоже не сильно влияет. Во всяком случае, это снижает уровень-воздействия SOC за счет восстановления энергии, для которой в противном случае вам пришлось бы подключаться к сети.

Вождение одной педалью означает сильную регенерацию в тот момент, когда вы отпускаете педаль газа. По городу можно ездить, не нажимая на педаль тормоза, за исключением полной остановки. BMW i3 стал пионером в этом. Тесла скопировал это. Большинство электромобилей предлагают его сейчас в качестве опции.

Смешанные системы больше похожи на обычный автомобиль. Выбег при старте, рекуперация только при нажатии на тормоз. В автомобиле органично сочетаются рекуперативное и фрикционное торможение. Вы не чувствуете перехода.

Что лучше? Зависит от того, что вас волнует.

Одна педаль восстанавливает больше энергии. Простая физика. Вы замедляетесь с регенерацией на большем расстоянии. В смешанном режиме часть движения по инерции тратится на сопротивление воздуха и трение качения.

Смешанный легче для пассажиров. Мою жену укачивает при вождении одной педали. Ее беспокоит постоянное ускорение-замедление-ускорение-замедление. Когда она в машине, я переключаюсь в смешанный режим. Езда плавнее, регенерация меньше, все счастливее.

Срок службы тормозных колодок значительно увеличивается при использовании одной педали. Я проехал 48 000 миль на оригинальных колодках, и они выглядят почти изношенными. Механик рассказал мне, что видел, как Tesla проехала 100000+ миль на первом комплекте колодок. Колодки в основном работают только на последних нескольких милях в час остановки и в ситуациях паники. Обратной стороной является то, что из-за неиспользования роторов может образовываться поверхностная ржавчина. Некоторые дилеры рекомендуют периодически резко тормозить, чтобы их очистить.

Поведение регенерации на очень низких скоростях сильно различается у разных производителей.

У большинства электромобилей рекуперация прекращается при скорости ниже 5 миль в час. Двигатель не может генерировать полезный ток при ходьбе. Трение берет верх. Но точка перехода и то, насколько плавно она ощущается, различаются.

У Porsche Taycan самая плавная рекуперация на низких скоростях, которую я когда-либо испытывал. Audi e-tron GT тоже на той же платформе. Там творится немецкая инженерия. Tesla приличная, но не такая отполированная. Некоторые из более дешевых электромобилей в этой переходной зоне чувствуют себя дергающимися. На Chevy Bolt с самого начала появились жалобы по этому поводу. Более поздние обновления ПО помогли.

Взаимодействие системы контроля тяги становится интересным на скользкой поверхности. Regen применяет тормозное усилие только к ведущим колесам. На электромобиле с задним-приводом это означает, что задние тормоза работают только за счет рекуперации. Ударьтесь об лед при замедлении, и задняя часть может выйти наружу. Большинство систем контроля устойчивости отключают регенерацию, если обнаруживают пробуксовку. Некоторые делают это лучше, чем другие.

У меня никогда не было проблем, но я читал рассказы владельцев первых моделей S, которые выкатывались из снега, когда агрессивная регенерация подавляла заднее сцепление. Предположительно, Тесла настроил это лучше в более поздних версиях программного обеспечения. Трудно проверить.

Regenerative Braking

Регенерация — одно из реальных преимуществ электромобилей перед сгоранием. Вы получаете обратно энергию, которая в противном случае превратилась бы в тормозную пыль и тепло. Реальные выгоды меньше, чем заявлено в брошюрах, но все же значимы, особенно в условиях пробок с остановками.

Холодная погода и ограничения на полную батарею реальны и раздражают. Планируйте вокруг них или живите с пониженной эффективностью. Плата за отказ от покупки бензина связана с химическими особенностями аккумуляторов.

Чтобы скорректировать свой стиль вождения, потребуется около месяца. После этого чувствует себя нормально. Возвращение к бензиновой машине кажется примитивным. Это крючок регенерации.