بازیابی انرژی ترمز چقدر به برد کمک می‌کند؟

در ترافیک توقف-حرکت شهری، ترمز احیاکننده تا 20 درصد به بردکت سهم می‌دهد، در حالی که در بزرگراه این میزان تا 3 درصد کاهش می‌یابد.
در ترافیک توقف-حرکت شهری، ترمز احیاکننده تا 20 درصد به بردکت سهم می‌دهد، در حالی که در بزرگراه این میزان تا 3 درصد کاهش می‌یابد.

این صفحه را به اشتراک بگذارید

ترمز بازیابی، در ترافیک توقف-حرکت شهری تقریبا %10-20 میزان سهم اضافی به برد می‌دهد؛ در رانندگی اتوبان این سهم حدود %3 کاهش می‌یابد. تفاوت میان این دو از دفعات ترمزگیری می‌آید: هر چه بیشتر سرعت بگیرید، انرژی بیشتری بازیابی می‌کنید و خودرویی که با سرعت ثابت بالا حرکت می‌کند تقریبا هیچ بهره‌ای نمی‌برد. در ادامه توضیح می‌دهم که این سهم چگونه محاسبه می‌شود، در چه سناریوهایی معنادار می‌گردد و چگونه می‌توانید با اعداد مشخص بیشترین بهره را از خودروی خود ببرید.

نکات برجسته

  • بهره بازیابی انرژی در رانندگی شهری به سطح %20 و در اتوبان به %3 کاهش می‌یابد
  • ترافیک شهری در مقایسه با اتوبان حدودا سه برابر بازیابی انرژی بیشتری فراهم می‌کند
  • رانندگی تک‌پدال در داخل شهر حدود %22 و در جاده‌های بین‌شهری %13 صرفه‌جویی انرژی به همراه دارد
  • سربالایی‌ها به دلیل ورود انرژی پتانسیل، کارآمدترین سناریوی بازیابی هستند
  • سایش لنت ترمز به لطف ترمز بازیابی به شکل چشمگیری کاهش می‌یابد

ترمز بازیابی چگونه کار می‌کند؟

Her frende kaybolan enerji, elektrikli araçta bataryaya geri dönerek bir sonraki hızlanmaya yakıt olur.

سازوکار اصلی ساده است: هنگام کاهش سرعت خودروی برقی، موتور محرک برای لحظه‌ای مانند ژنراتور عمل می‌کند. انرژی جنبشی حاصل از چرخ‌ها در سیم‌پیچ‌های موتور به انرژی الکتریکی تبدیل و در باتری ذخیره می‌شود. در خودروی احتراقی کلاسیک، تمام این انرژی هنگام ترمزگیری به شکل گرما در دیسک‌های ترمز از بین می‌رود؛ اما در خودروی برقی بخشی از انرژی به سیستم بازمی‌گردد و در شتاب‌گیری بعدی دوباره استفاده می‌شود.

چند متغیر اندازه سهم بازگشتی را تعیین می‌کنند: سرعت و جرم خودرو، شیب جاده، وضعیت شارژ باتری و عادت‌های شتاب‌گیری و کاهش سرعت راننده. در این زنجیره دو افت بهره‌وری جداگانه نیز وجود دارد. بهره‌وری قطعات انتقال قدرت معمولا حدود 0,90 است و با افزودن بهره‌وری تبدیل حین ترمزگیری، سهم‌های از دست رفته انرژی پیش از رسیدن به باتری یکدیگر را تشدید می‌کنند. به همین دلیل میان اعدادی با یک اندازه‌گیری منفرد مانند «تا 78 درصد انرژی در ترمزگیری قابل بازیابی است» و اعداد واقعی دنیای رانندگی تفاوتی طبیعی پدید می‌آید. بهره‌وری کل (رفت و برگشت) انرژی که به باتری می‌رود و دوباره از آن خارج شده به چرخ می‌رسد، در یک خودروی برقی مدرن در بازه %60-70 قرار دارد.

ترمز بازیابی واقعا چقدر به برد کمک می‌کند؟

پاسخ یک عدد واحد نیست، بلکه یک بازه است - زیرا میزان کمک تابع پروفایل رانندگی است. روشن‌ترین مقایسه از یک تحلیل آکادمیک به‌روز می‌آید که چهار سگمنت متفاوت خودروی برقی و چهار سناریوی رانندگی را با پروفایل‌های یک‌ساعته روی MATLAB بررسی کرده است. نتیجه روشن است: بهره‌وری بازیابی انرژی در رانندگی شهری به حدود %20 می‌رسد (بیشترین مقدار در سگمنت سدان %20,36 است)، در حالی که در سناریوی اتوبان به سطح %3 کاهش می‌یابد. ترافیک شهری در مقایسه با اتوبان حدود سه برابر انرژی بیشتری را به سیستم بازمی‌گرداند.

از نظر شیوع هم همین وضعیت برقرار است. در تحلیلی بر روی لنت‌های ترمز شهری، خوشه‌ی رانندگی با بیشترین رویدادهای ترمز (84 تا 158 ترمز) و رفت‌وآمد متوسط توقف‌وحرکت، بیشترین بازده بازیابی انرژی را در میان همه خوشه‌ها به دست آورد (%23,16). به طور میانگین حدود %22 از انرژی از طریق ترمزگیری به باتری بازمی‌گردد؛ در استفاده شهری با ترافیک توقف‌وحرکت سنگین، انتظار افزایش %15-20 دربرد دارد.

در بزرگراه اما معادله برعکس می‌شود. با سرعت ثابت 100-120 کیلومتر بر ساعت، رویداد ترمز تقریباً وجود ندارد و چیزی برای بازیابی باقی نمی‌ماند. افزون بر این، چون مقاومت آیرودینامیکی با مجذور سرعت افزایش می‌یابد، مصرف کل خودرو نیز بالا می‌رود و سهم رژنراسیون در کنار این افزایش ناپدید می‌شود. به همین دلیل، راه‌حل برد در بزرگراه نه از سیستم ترمز، بلکه از مدیریت سرعت و آیرودینامیک می‌گذرد.

شهر و بزرگراه با اعداد

همان تحلیل آکادمیک، مصرف‌های اندازه‌گیری‌شده بر اساس سگمنت‌ها را به صورت مقایسه‌ای نیز ارائه می‌دهد. دو سگمنت را در جدول گردآورده‌ام:

شاخصSmall EV - شهریSmall EV - بزرگراهLarge SUV - شهریLarge SUV - بزرگراه
مصرف خالص انرژی (1 ساعت)2,34 کیلووات‌ساعت14,88 کیلووات‌ساعت3,75 کیلووات‌ساعت22,13 کیلووات‌ساعت
مصرف ویژه9,35 کیلووات‌ساعت/100 کیلومتر17,74 کیلووات‌ساعت/100 کیلومتر15,01 کیلووات‌ساعت/100 کیلومتر26,38 کیلووات‌ساعت/100 کیلومتر
بازده بازیابی انرژینزدیک به %20حدود %3نزدیک به %20حدود %3
بیشترین بازیابی مطلق~0,97 کیلووات‌ساعت (جاده پرشیب)~1,69 کیلووات‌ساعت (جاده پرشیب)

از این جدول دو درس مهندسی به دست می‌آید. نخست: یک SUV بزرگ و سنگین به لطف جرم بیشتر، انرژی مطلق بیشتری بازیابی می‌کند - در جاده پرشیب 1,69 کیلووات‌ساعت، در برابر مقدار 0,97 کیلووات‌ساعت یک EV کوچک. اما دوم: این بهره مطلق، مصرف کل خودروی سنگین را جبران نمی‌کند. مصرف بزرگراهی Large SUV به حدود شش برابر مصرف شهری می‌رسد. وزن، هم سود و هم صورت‌حساب را بزرگ می‌کند.

رانندگی تک‌پدال و سطوح بازیابی انرژی چه چیزی را تغییر می‌دهند؟

رانندگی تک‌پدال (one-pedal driving) سیستمی است که هنگام رها کردن پدال گاز، رژنراسیون آن‌قدر قوی اعمال می‌کند که خودرو تقریباً کاملاً متوقف شود. تحلیل الگوریتم دانشگاه فناوری آیندهوون نشان می‌دهد این رویکرد در مقایسه با رانندگی بدون رژنراسیون می‌تواند در شهر %22 و در رانندگی برون‌شهری %13 صرفه‌جویی انرژی ایجاد کند. بالا بودن این‌چنینی تفاوت شهری تصادفی نیست: در ترافیک توقف‌وحرکت، هر کاهش سرعت یک فرصت بازیابی است و سیستم تک‌پدال این فرصت‌ها را بدون آنکه راننده پدال ترمز را لمس کند، به شکل سیستماتیک شکار می‌کند.

از سوی دیگر، پاسخ پرسش «تک‌پدال کارآمدتر است یا رژنراسیون کلاسیک دو پدال؟» چندان چشمگیر نیست که بیشتر رانندگان انتظار دارند. در دنیای واقعی، Polestar 2 با انجام یک آزمون اندازه‌گیری‌شده، تفاوت قابل اندازه‌گیری در مصرف بین دو سبک رانندگی پیدا نشد. مکانیزم یکسان است: در هر دو حالت، انرژی کند شدن از همان زنجیره بازده می‌گذرد. سهم واقعی پدال تک‌پدال این است که عادت پدال‌زنی درست را الزامی کرده و کند شدن زودهنگام و پیش‌بینانه را تشویق می‌کند - یعنی سود از الگوی رانندگی می‌آید، نه از دکمه.

به همین دلیل خودروسازان رویکردهای متفاوتی ارائه می‌دهند. راهنمای استفاده رنو 5 E-Tech چندین سطح بازیابی انرژی از جمله حالت ملایم و اقتصادی «رانندگی آزاد» را تعریف می‌کند؛ در نیسان لیف حالت عادی، اکو، حالت B و مرحله e-Pedal وجود دارد؛ و در بسیاری از خودروهای برقی مدرن، سطوح قابل تنظیم بازیابی از 1 تا 4 یافت می‌شود. همچنین دانستن این نکته مفید است که وقتی باتری کاملاً پر یا بسیار سرد است، ظرفیت بازیابی موقتاً محدود می‌شود: اگر جایی برای رفتن انرژی بازیافتی نباشد، سیستم ترمزگیری را به دیسک‌های مکانیکی منتقل می‌کند.

چرا وضعیت در ترافیک ترکیه به سود برقی‌هاست؟

ارزش ترمز بازیابی‌شونده مستقیماً به جغرافیای استفاده مرتبط است. ترافیک پرتراکم توقف و حرکت شهرهایی مانند استانبول، آنکارا و ازمیر، عملاً یک آزمایشگاه ایده‌آل بازیابی انرژی برای خودروی برقی است. آزمون‌های واقعی مصرف با تسلا مدل Y در ترافیک سنگین استانبول نشان می‌دهد که در این شرایط برد می‌تواند از انتظارات فراتر رود. این یک تفاوت بنیادین با خودروی احتراق داخلی است: در خودروی بنزینی یا دیزلی، ترافیک توقف و حرکت مصرف را افزایش می‌دهد؛ اما در خودروی برقی، به لطف ترکیب سرعت پایین و بازیابی انرژی، مصرف درون‌شهری می‌تواند از مصرف اتوبان کمتر باشد.

در ترافیک مسدود، هنگام توقف و انتظار نیز حساب به سود خودروی برقی است. خودروی متوقف هیچ مصرف درجا ندارد؛ فقط بارهای کمکی مانند کولر انرژی را از باتری می‌کشند. در یک سناریوی یک‌ساعته درون‌شهری، مصرف کل یک EV کوچک معادل 2.34 kWh است، یعنی شش برابر کمتر از انرژی لازم برای انجام همان پروفایل در اتوبان (14.88 kWh).

این وضعیت، رابطه بین WLTP و برد واقعی را نیز توضیح می‌دهد. مصرف دنیای واقعی به‌طور میانگین 16% و در موارد حدی تا 20% می‌تواند بالاتر از مقادیر آزمایشگاهی باشد؛ در اتوبان افت برد می‌تواند به 30% برسد. اما در استفاده درون‌شهری وضعیت برعکس می‌شود: به لطف سهم بازیابی انرژی، دستیابی به بردی کمی بالاتر از مقدار WLTP در شهرهای ترکیه تجربه‌ای معمول است.

نکات کاربردی برای استفاده درست از بازیابی انرژی

برای بیشترین بهره از بازیابی انرژی به‌عنوان بخشی از رانندگی پربازده، باید حالت درست را با سناریوی درست تطبیق داد:

  • در داخل شهر از سطح بالای بازیابی انرژی یا حالت تک‌پدال استفاده کنید. سهم معنادار در ترافیک توقف و حرکت از همین‌جا می‌آید؛ خارج از شهر تفاوت محدود است.
  • سرپایینی‌ها را آگاهانه ارزیابی کنید. سرپایینی رفتن، نه‌تنها انرژی جنبشی بلکه انرژی پتانسیل اختلاف ارتفاع را نیز به باتری بازمی‌گرداند؛ این مؤثرترین سناریوی بازیابی انرژی است.
  • کند شدن‌های زودهنگام و طولانی را به ترمزگیری‌های کوتاه و شدید ترجیح دهید. یک کند شدن نرم از 50 km/h به 15 km/h، انرژی بیشتری از یک دوجین ترمز توقف کامل کوتاه بازیابی می کند؛ تکانه ارزشمند است.
  • پیش از سفرهای طولانی سطح آن را کاهش دهید. در بزرگراه، سرعت ثابت و مدیریت پیش بینانه گاز بیش از رجنراسیون تند، برد را حفظ می کند.
  • پدال ترمز را به عنوان پشتیبان در نظر بگیرید. به جز توقف های کامل و موارد اضطراری، کند شدن را تا حد ممکن به رجنراسیون بسپارید.

به عنوان یک دستاورد عملی دیگر، ترمز رجنراتیو سایش لنت ترمز مکانیکی را نیز به طور محسوسی کاهش می دهد. این همان دلیل اصلی طولانی شدن فواصل تعمیر و نگهداری ترمز در خودروهای برقی در استفاده شهری است.

نتیجه: سهم بسته به سناریو شکل می گیرد

ترمز رجنراتیو قهرمان خاموش کارایی خودروهای برقی است - اما قهرمانی آن مشروط است. در ترافیک توقف و حرکت شهری، با بازگرداندن حدود 20% از انرژی به باتری، سهمی ملموس در حد چند دهم به برد می افزاید؛ در بزرگراه چون ترمزی وجود ندارد، سهم آن تقریباً صفر است. برای راننده ای که در ترافیک سنگین شهری ترکیه زندگی می کند، این به معنای مزیتی قابل توجه در استفاده روزانه است. برای جاده های طولانی نیز استراتژی درست همان است: برد از رجنراسیون به دست نمی آید، بلکه از سرعت و مسیر به دست می آید.

منابع