Що таке рекуперативне гальмування в літієвих батареях?

Перші два місяці їзди на електромобілі я продовжував хитатися вперед щоразу, коли знімав акселератор. Відчувалося, ніби зупинив посібник. Знадобився час, щоб перевчити праву ногу. Тепер, коли я їду на орендованому бензиновому автомобілі, відчуття узбережжя здається неправильним, ніби зламалися гальма.

Regen - це двигун, що працює назад. Коли ви прискорюєтеся, двигун витягує струм із блоку й обертає колеса. Коли ви сповільнюєтеся, колеса обертають двигун. Двигун стає генератором. Струм повертається до батареї. Не складний.

Відділи маркетингу люблять підвищувати ефективність на 30%. Реальний світ безладніший. Я занотував дані-моєї Model 3 протягом шести місяців поїздок на роботу в Атланті. Змішані шосе та вулиці, помірний рух транспорту. Regen відновив близько 18% енергії, яку я вклав. Не 30.

Їзда в місті краще. Зупинись і рушай означає більше випадків гальмування. Друг, який доставляє для Amazon у мікроавтобусі Rivian, бачить 25% або вище. Він постійно зупиняється. Рухаючись по шосе зі швидкістю 70 миль/год, ви ледве торкаєтеся гальм. Regen майже нічого не робить для вас там.

Число 30% походить від ідеальних циклів тестування. Повторні зупинки зі швидкості 60 миль/год з максимальною регенерацією. Так ніхто не їздить.

Гірська їзда є винятком. Приїжджаючи з Ешвілла минулої осені, я спостерігав, як заряд батареї піднявся з 54% до 71% приблизно за 40 миль спуску. Це було схоже на безкоштовну енергію. Звичайно, я спалив це, піднімаючись.

Regenerative Braking

Це та частина, яку ніхто не пояснює перед покупкою електромобіля.

Літієві елементи не люблять приймати заряд у холодному стані. Іони рухаються надто повільно. Подайте струм у холодну комірку, і ви отримаєте літієве покриття на аноді. Постійне пошкодження. Тож BMS припиняє регенерацію, коли пачка холодна.

Як холодно? Залежно від виробника. Моя машина в основному вбиває регенерацію при температурі нижче 20 градусів F. Між 20 і 45 градусами F вона знижується, можливо, наполовину. Відчуття, що гальма перестали працювати, коли ви вперше це відчули. Ви натискаєте на педаль, очікуючи сильного гальмування, і машина просто котиться. Фрикційні гальма ловлять вас, але є розумовий розрив.

Tesla додала функцію попереднього кондиціонування, яка нагріває батарею, якщо ви налаштуєте навігацію на Supercharger. Чудово працює для швидкої зарядки постійним струмом. Нічого не допомагає відновити ранкову дорогу на роботу, тому що рюкзак ще холодний, коли ви йдете. Деякі власники запускають обігрівач салону на 20 хвилин перед вильотом, щоб просто розігріти акумулятор. Витрачає енергію, щоб заощадити. Математика не завжди працює.

Hyundai та Kia, здається, краще це розібралися. Ioniq 5 агресивніше використовує нагрівання акумулятора. Власники в Міннесоті повідомляють, що придатна регенерація знижується до нижчих температур, ніж у Tesla. Це може бути різниця в хімії, може бути налаштування програмного забезпечення. Кіа не скаже.

Заряджайте до 100% і їдьте вниз. Куди йде енергія регенерації?

Ніде. BMS блокує це. Акумулятор повний. Повний літієвий елемент не може прийняти більше заряду без пошкодження. Таким чином, автомобіль скидає додаткове навантаження на фрикційні гальма. Або в деяких автомобілях він розсіюється через резистор у вигляді тепла. У будь-якому випадку ви втрачаєте енергію.

Я навчився цього на важкому шляху, залишаючи гірськолижний курорт. Заряджено на 100% напередодні ввечері, щоб збільшити діапазон. Ухилився на 7% протягом 12 миль. Реген був практично весь спуск. Натиснув на фрикційні гальма сильніше, ніж хотів. Подушечки стали досить гарячими, щоб відчувати запах.

Почніть свої гірські подорожі з 80% або менше, якщо на початку є значний спуск. На форумах повно людей, які зрозуміли це після того, як приготували свої гальма.

Деякі нові транспортні засоби розумніші щодо цього. Lucid Air фактично утримуватиме заряд нижче 100%, якщо він дізнається з навігації, що наближається довге зниження. Має бути стандартною частиною кожного електромобіля. Це не так.

Regenerative Braking

Коротка відповідь, мабуть, ні.

Імпульси заряду від регенерації короткі. Від півсекунди до десяти секунд. Потім розрив. Потім інший пульс. Ця модель увімкнення-вимкнення відрізняється від підключення до зарядного пристрою та подачі постійного струму протягом години.

У 2022 році деякі дослідники з NREL опублікували дані, згідно з якими імпульсне заряджання може бути дбайливішим для клітин, ніж постійний струм. Періоди відпочинку дозволяють іонам літію перерозподілитися всередині електрода. Менше напруги градієнта концентрації. Стаття не була конкретно про регенерацію, але профілі заряду схожі.

Дані про автопарк компаній таксі, які використовують Model 3s у Нью-Йорку, не показують помітної різниці в погіршенні якості між водіями з високою-регенерацією та низькою-регенерацією. Здоров’я рюкзака на 150 000 милях більше змінювалося залежно від частоти швидкої зарядки постійного струму та клімату, ніж від звичок відновлення. Однак розмір вибірки становив лише близько 40 автомобілів. Не остаточно.

Я говорив про це з парою інженерів акумуляторів. Здається, консенсус полягає в тому, що рівні струму регенерації знаходяться в межах безпечного безперервного рейтингу для сучасних елементів електромобілів. Пакет потужністю 75 кВт/год, який отримує імпульс регенерації 50 кВт, становить лише 0,67C. Це нічого. Швидше за все зарядний пристрій вашого телефону перебуває в 1С.

Те, що вбиває літієві батареї, - це тепло та час під час високого рівня заряду. Реген також не сприяє цьому. У будь-якому разі він зменшує вплив -вищого рівня SOC, відновлюючи енергію, яку вам інакше довелося б підключати.

Керування однією педаллю означає потужну регенерацію, коли ви знімаєте акселератор. Ви можете їздити містом, не торкаючись педалі гальма, за винятком повних зупинок. BMW i3 став піонером у цьому. Тесла скопіював його. Більшість електромобілів пропонують його зараз як опцію.

Змішані системи більше схожі на звичайний автомобіль. Набіг, коли ви піднімаєтеся, регенерація, лише коли ви натискаєте на гальмо. Автомобіль ідеально поєднує рекуперативне та фрикційне гальмування. Ви не відчуваєте переходу.

Що краще? Залежить від того, що вас цікавить.

Одна педаль рекуперує більше енергії. Проста фізика. Ви сповільнюєте регенерацію на більшій відстані. У змішаному режимі частина руху накатом витрачається на опір повітря та тертя кочення.

Змішаний легший для пасажирів. Моя дружина нудить від їзди на одній педалі. Постійне прискорення-гальмування-прискорення-гальмування її турбує. Коли вона в машині, я перемикаюся в змішаний режим. Більш плавна їзда, менше регенерації, усі щасливіші.

Термін служби гальмівних колодок значно кращий з однією педаллю. Я пробіг 48 000 миль на оригінальних колодках, і вони виглядають ледь зношеними. Механік сказав мені, що бачив, як Tesla проїжджає 100 000+ миль на першому наборі колодок. Подушечки в основному працюють лише під час останніх кількох миль/год зупинки та в ситуаціях паніки. Недоліком є поверхнева іржа роторів через невикористання. Деякі дилери рекомендують періодично різко гальмувати, щоб очистити їх.

Поведінка регенерації на дуже низьких швидкостях сильно відрізняється від виробника.

Більшість електромобілів втрачають регенерацію нижче приблизно 5 миль/год. Двигун не може генерувати корисний струм при ходьбі. Тертя бере верх. Але точка переходу та його плавність відрізняються.

Porsche Taycan має найплавнішу регенерацію на низькій швидкості, яку я відчував. Audi e-tron GT також, така ж платформа. Там відбувається німецька інженерна справа. Tesla пристойна, але не така вишукана. Деякі дешевші електромобілі відчувають ривки в цій перехідній зоні. Chevy Bolt отримав скарги з цього приводу на початку. Допомогли пізніші оновлення програмного забезпечення.

Взаємодія контролю тяги стає цікавою на слизькій поверхні. Regen застосовує гальмівну силу лише до ведучих коліс. Для-задньопривідного електромобіля це означає, що задні гальма гальмуються лише від регенерації. Вдартеся об лід під час уповільнення, і задня частина може вийти. Більшість систем контролю стабільності припинять регенерацію, якщо виявлять пробуксовку. Деякі роблять це краще за інших.

У мене ніколи не було проблем, але я читав розповіді про ранніх власників Model S, які крутилися на снігу, коли агресивна регенерація перевищувала тягу задньої частини. Тесла нібито налаштував це краще в пізнішому програмному забезпеченні. Важко перевірити.

Regenerative Braking

Регенерація є однією з фактичних переваг електромобілів над системою згоряння. Ви повертаєте енергію, яка інакше стала б гальмівним пилом і теплом. Здобутки в реальному світі менші, ніж стверджується в брошурах, але все ж значні, особливо в умовах зупинки та руху.

Холодна погода та обмеження повного заряду акумулятора реальні та дратують. Плануйте навколо них або живіть із зниженою ефективністю. Компроміс для відмови від купівлі газу пов’язаний з примхами хімії акумулятора.

На адаптацію стилю водіння потрібно близько місяця. Після цього він почувається нормально. Повернутися до бензинової машини виглядає примітивно. Це гачок регенерації.