การเบรกสร้างพลังงานซ้ำ (Regenerative Braking) ให้ประโยชน์อะไรกับรถไฮบริดในการจราจรในเมือง?

ในการจราจรในเมือง ไฟแดงทุกครั้งจะกลายเป็นโอกาส ที่ซึ่งรถยนต์ไฮบริดของคุณเปลี่ยนพลังงานที่สูญเสียไปขณะเบรกกลับคืนเป็นพลังงานในแบตเตอรี่ได้ครึ่งหนึ่ง
ในการจราจรในเมือง ไฟแดงทุกครั้งจะกลายเป็นโอกาส ที่ซึ่งรถยนต์ไฮบริดของคุณเปลี่ยนพลังงานที่สูญเสียไปขณะเบรกกลับคืนเป็นพลังงานในแบตเตอรี่ได้ครึ่งหนึ่ง

แชร์หน้านี้

การเบรกแบบรีเจนเนอเรทีฟคือกลไกการกู้คืนพลังงานที่เปลี่ยนพลังงานจลน์ส่วนหนึ่งเป็นพลังงานไฟฟ้าและเก็บไว้ในแบตเตอรี่ทุกครั้งที่คุณชะลอรถไฮบริด สามารถกู้คืนพลังงานที่สูญเสียไประหว่างการเบรกได้ประมาณครึ่งหนึ่ง ในการจราจรแบบหยุด-เคลื่อน หมายถึงประสิทธิภาพโดยรวมที่เพิ่มขึ้นสูงถึง 10-25% การขับขี่ในเมืองให้การกู้คืนพลังงานมากกว่าทางด่วนประมาณสามเท่า

จุดเด่น

  • พลังงานจากการเบรกประมาณ 50% สามารถกู้คืนได้ด้วยระบบรีเจนเนอเรชัน
  • ในรถไฮบริดระหว่างการขับขี่แบบผสมทั่วไป การกู้คืนพลังงานอยู่ที่ประมาณ 5-9% ของพลังงานที่ใช้ขับเคลื่อน ในรถยนต์ไฟฟ้าล้วนอัตรานี้เพิ่มขึ้นเป็นประมาณ 22%
  • การขับขี่ในเมืองให้การรีเจนเนอเรชันมากกว่าทางด่วนถึง 3 เท่า
  • ด้วยระบบรีเจนเนอเรชัน ผ้าเบรกสามารถมีอายุการใช้งานเกิน 160,000 กม. ได้
  • แบตเตอรี่ที่เต็มจะจำกัดการรีเจนเนอเรชัน ที่ความเร็วต่ำ เบรกแบบเสียดทานจะทำงานแทน

มอเตอร์เปลี่ยนเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าได้อย่างไร? หลักการทำงานทีละขั้นตอน

Şehir trafiğinde her fren anı aslında kaybolan kinetik enerjiyi bataryaya geri pompalayan gizli bir jeneratör devresidir.

มอเตอร์ไฟฟ้าที่เป็นหัวใจของระบบไฮบริดทำงานสองทิศทาง: เมื่อจ่ายพลังงานจะขับเคลื่อนรถ เมื่อรับพลังงานจะผลิตไฟฟ้า เมื่อคุณปล่อยคันเร่งหรือเหยียบเบรก ซอฟต์แวร์ควบคุมจะสลับมอเตอร์เข้าสู่โหมดเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ณ จุดนี้ การหมุนของล้อจะหมุนมอเตอร์ และพลังงานจลน์ของรถที่กำลังเคลื่อนที่จะเปลี่ยนเป็นกระแสไฟฟ้า

ในรถยนต์ทั่วไป การชะลอแบบเดียวกันจะเกิดผ่านเบรกแบบเสียดทาน: พลังงานจลน์ส่วนเกินจะกลายเป็นความร้อนที่ผ้าเบรกและจานเบรก และสูญหายไปตลอดกาล ในระบบรีเจนเนอเรทีฟ พลังงานนี้จะถูกเก็บไว้ในแบตเตอรี่และนำกลับมาใช้เป็นแรงขับในการออกตัวครั้งถัดไป นั่นคือ ทางแยกเดิม ไฟแดงเดิม การชะลอเดิม - แต่ที่หนึ่งพลังงานกลายเป็นความร้อนกระจายไปในอากาศ ขณะที่อีกที่หนึ่งพลังงานรออยู่ในแบตเตอรี่เพื่อการออกตัวครั้งถัดไป

ในทางปฏิบัติ กลไกนี้ไม่สามารถทำงานเพียงลำพังได้ การเบรกแบบรีเจนเนอเรทีฟไม่เพียงพอที่จะหยุดรถได้อย่างปลอดภัย และโดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ความเร็วต่ำประสิทธิภาพจะลดลงชัดเจน การหยุดขั้นสุดท้ายจึงเป็นหน้าที่ของเบรกแบบเสียดทาน การกระจายกำลังระหว่างสองระบบนี้ควบคุมโดยระบบเบรกไบ-ไวร์ ยานพาหนะแรกที่นำแนวทางนี้ไปใช้ในการผลิตจริงคือ GM EV-1 ในช่วงปี 1997-1998

แบตเตอรี่หรือตัวเก็บประจุ?

พลังงานที่กู้คืนได้ไม่จำเป็นต้องไปที่แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเสมอไป ระบบ i-ELOOP ที่ Mazda ใช้ในรถบางรุ่นปี 2018 ใช้ตัวเก็บประจุแทนแบตเตอรี่ ตัวเก็บประจุสามารถเก็บพลังงานสูงสุดได้เร็วกว่ามากและอนุญาตให้ใช้แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้น จึงเป็นทางเลือกที่สมเหตุสมผลสำหรับการจับพลังงานพุ่งชั่วขณะที่เกิดจากการเบรกที่สั้นและแรง ส่วนในระบบไฮบริดไฮดรอลิก พลังงานสามารถเก็บไว้ในรูปอากาศอัดได้แม้กระทั่ง

พลังงานที่กู้คืนได้มากแค่ไหน? ตัวเลขที่เป็นรูปธรรม

เพื่ออ่านตัวเลขอย่างถูกบริบท จำเป็นต้องแยกแยะก่อนว่ามีการวัดอะไรกันแน่ กฎทั่วไปคือ: การเบรกแบบรีเจนเนอเรทีฟสามารถกู้คืนพลังงานที่สูญเสียไประหว่างการเบรกได้ประมาณครึ่งหนึ่ง นั่นหมายถึง การเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวม 10-25%

ส่วนแบ่งของพลังงานที่สูญเสียไปจากการเบรกในพลังงานขับเคลื่อนทั้งหมดนั้นขึ้นอยู่กับสถานการณ์ นี่คือเหตุผลที่คุณเห็นเปอร์เซ็นต์ที่แตกต่างกันในแหล่งข้อมูลต่างๆ: ในรถยนต์ไฮบริด เมื่อขับขี่แบบผสมตามปกติ พลังงานที่สามารถกู้คืนได้จะอยู่ราว 5-9% ของพลังงานขับเคลื่อน ในรถยนต์ไฟฟ้าทั้งคัน เนื่องจากการเบรกกระทำโดยยานพาหนะที่แบกแบตเตอรี่ที่หนักกว่า อัตรานี้สูงขึ้นถึงประมาณ 22% ข้อมูลจากผู้ผลิตก็มีช่วง 10-30% เช่นกัน - เพราะช่วงนี้ไม่ได้บ่งบอกว่าพลังงานจำนวนเท่าใดถูกกู้คืนจริง แต่บอกว่าความสามารถในการกู้คืนเคลื่อนที่อยู่ในช่วงใดขึ้นอยู่กับสภาพจราจร

สถานการณ์ส่วนสนับสนุนของการฟื้นฟูพลังงานหมายเหตุ
ไฮบริด การขับขี่แบบผสมประมาณ 5-9% ของพลังงานขับเคลื่อนโปรไฟล์การใช้งานแบบผสมทั่วไป
รถยนต์ไฟฟ้าทั้งคันประมาณ 22% ของพลังงานขับเคลื่อนค่าเฉลี่ยทั่วไปในรถ EV ยุคใหม่
พลังงานจากการเบรก (โดยรวม)กู้คืนได้ประมาณ 50%ขอบเขตสูงสุดเชิงทฤษฎี
การขับขี่ในเมืองประมาณ 3 เท่าของทางหลวงการจอดบ่อยครั้ง = โอกาสได้กำไรบ่อยครั้ง
การลงจากทางชันสถานการณ์ที่มีประสิทธิภาพสูงสุดการกู้คืนพลังงานศักย์ในระยะเวลานาน

ข้อความหลักจากตารางนี้ชัดเจน: เปอร์เซ็นต์ขึ้นอยู่กับสภาพจราจร ไม่ใช่คนขับ ไฮบริดคันเดิม แบตเตอรี่เดิม มอเตอร์เดิม - แต่บนเส้นทางในเมืองที่ไฟแดงหนาแน่น ส่วนสนับสนุนของการฟื้นฟูพลังงานต่อสมการทั้งหมดจะมากกว่าการวิ่งบนทางหลวงอย่างต่อเนื่องหลายเท่า

ทำไมจราจรแบบหยุด-เคลื่อนที่จึงเป็นมิตรที่ดีที่สุดของไฮบริด?

ในจราจรแบบหยุด-เคลื่อนที่ การจอดแต่ละครั้งคือโอกาสในการกู้คืนพลังงาน ในการจราจรที่เดินหน้าจากทางแยกหนึ่งไปอีกทางแยกหนึ่ง จากสถานการณ์หนึ่งไปอีกสถานการณ์หนึ่ง การฟื้นฟูพลังงานถูกกระตุ้นอย่างต่อเนื่อง ส่วนบนทางหลวง เนื่องจากมีการเบรกน้อยครั้ง ระบบจึงแทบไม่มีบทบาท การศึกษาภาคสนาม (Björnsson, 2016) ที่แสดงให้เห็นว่าในสภาวะเมืองที่มีความเร็วเฉลี่ยต่ำ ศักยภาพในการฟื้นฟูพลังงานต่อกิโลเมตรสูงอย่างชัดเจน ยืนยันความสัมพันธ์นี้ในเชิงปริมาณ

อีกด้านหนึ่งของสมการก็สำคัญไม่แพ้กัน: การเร่งความเร็วฉับพลันและการเบรกแรงสามารถลดประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงลง 15-30% ที่ความเร็วทางหลวง และ 10-40% ในจราจรแบบหยุด-เคลื่อนที่ ข้อได้เปรียบของไฮบริดในเมืองปรากฏชัดตรงจุดนี้: ในจราจรแบบหยุด-เคลื่อนที่ พลังงานที่สูญเสียไปถูกกู้คืนด้วยการฟื้นฟูพลังงาน และการทำงานที่ไม่มีประสิทธิภาพที่สุดของเครื่องยนต์สันดาปภายในในช่วงออกตัวก็ถูกแบ่งกันด้วยแรงขับเคลื่อนไฟฟ้าจากแบตเตอรี่ ไม่ใช่เรื่องบังเอิญที่ผู้ผลิตอ้างค่า 48-60 MPG (ประมาณ 4.9-3.9 L/100 km) สำหรับไฮบริดบ่อยครั้ง และไฮบริดมักแสดงประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงที่ดีกว่าในจราจรเมืองแบบหยุด-เคลื่อนที่ - ทุกส่วนประกอบของระบบถูกออกแบบมาสำหรับโปรไฟล์นี้

พลังงานที่ได้รับกลับมาเปลี่ยนเป็นการประหยัดเชื้อเพลิงได้อย่างไร?

ห่วงโซ่นั้นง่าย: พลังงานที่เก็บไว้ในแบตเตอรี่ขณะเบรกจะช่วยลดภาระของเครื่องยนต์ในการออกตัวครั้งถัดไป เนื่องจากเครื่องยนต์ทำงานหนักน้อยลง จึงเผาผลาญเชื้อเพลิงน้อยลง เนื่องจากการจราจรในเมืองมีการออกตัวจำนวนมาก วงจรนี้จึงเกิดซ้ำหลายร้อยครั้งต่อวัน และชิ้นส่วนพลังงานที่กู้คืนมาเล็กๆ ก็เปลี่ยนเป็นความแตกต่างที่วัดได้ในการบริโภครวม ส่วนบนทางหลวง ระบบแทบไม่ได้รับโอกาสใช้งานเลยในการเดินทางไกลครั้งเดียว กลไกเดียวกันนี้จึง effectively ถูกปิดการใช้งานในทางปฏิบัติ

เบรกบ่อยหรือเบรกนานๆ ครั้ง? ประเมินโปรไฟล์การใช้งานของคุณเอง

ปริมาณพลังงานที่เบรกสร้างพลังงานย้อนกลับ (Regenerative Braking) ช่วยประหยัดให้คุณนั้นขึ้นอยู่กับความถี่ในการเบรก แต่ความสัมพันธ์นี้ไม่เป็นเส้นตรงเท่าที่คุณคิด คนขับในเมืองที่เบรกบ่อยจะได้รับพลังงานคืนเล็กน้อยในทุกครั้งที่หยุด ส่วนคนขับบนทางหลวงเบรกนานๆ ครั้ง แต่เนื่องจากการเบรกแต่ละครั้งเกิดขึ้นจากความเร็วสูง ปริมาณพลังงานสัมบูรณ์จึงมีมาก ตัวอย่างที่ถูกพูดถึงในฟอรัมคนขับสรุปประเด็นนี้ได้ดี การชะลอความเร็วเพียงครั้งเดียวจาก 50 km/h เหลือ 15 km/h อาจประหยัดพลังงานได้มากกว่าการหยุดแบบ 10→0 km/h หลายสิบครั้ง เพราะพลังงานจลน์เพิ่มขึ้นตามกำลังสองของความเร็ว การประเมินนี้ไม่ใช่การวัดที่ผ่านการตรวจสอบ แต่เป็นประสบการณ์ของผู้ใช้ อย่างไรก็ตาม พื้นฐานทางฟิสิกส์นั้นสอดคล้องกัน

ประโยชน์ที่สองของระบบสร้างพลังงานย้อนกลับซึ่งเป็นที่รู้จักน้อยกว่าคือการลดการสึกหรอของเบรก เนื่องจากระบบสร้างพลังงานย้อนกลับรับผิดชอบการเบรกตามปกติส่วนใหญ่ ผ้าเบรกและจานเบรกจึงถูกใช้งานน้อยลงมาก ระบุว่าอายุการใช้งานของผ้าเบรกในรถยนต์ไฮบริดและรถยนต์ไฟฟ้าสามารถเกิน 160,000 กม. (100,000 ไมล์) ได้ นอกจากนี้ เบรกสร้างพลังงานย้อนกลับยังสามารถเพิ่มระยะทางของรถยนต์ไฟฟ้าได้ 10-20% ส่วนในรถไฮบริด ส่วนเสริมนี้จะน้อยกว่าขึ้นอยู่กับสภาพจราจร

  • การใช้งานในเมืองเป็นหลัก (ระยะทางสั้น แยกไฟแดงบ่อย): เป็นโปรไฟล์ที่ระบบสร้างพลังงานย้อนกลับให้ประโยชน์สูงสุด เป็นถิ่นที่เหมาะสมที่สุดของรถไฮบริด
  • การใช้งานแบบผสม: ส่วนเสริมระดับปานกลาง ช่วงที่วิ่งในเมืองสร้างความแตกต่าง
  • การใช้งานบนทางหลวงเป็นหลัก: ระบบสร้างพลังงานย้อนกลับทำงานน้อยที่สุด ข้อได้เปรียบด้านประสิทธิภาพของไฮบริดจึงแคบลงอย่างชัดเจน

ข้อจำกัดทางเทคนิคของระบบสร้างพลังงานย้อนกลับ: ความเต็มของแบตเตอรี่และความเร็วต่ำ

ระบบสร้างพลังงานย้อนกลับถูกจำกัดด้วยความสามารถในการรับประจุของแบตเตอรี่ เมื่อคุณออกเดินทางด้วยแบตเตอรี่ที่เต็ม ระบบจะปิดการกู้คืนพลังงานหรือลดระดับลงอย่างมาก ในการลาดลงยาวๆ หากแบตเตอรี่เต็ม การเบรกด้วยแรงเสียดทานจะรับผิดชอบการชะลอความเร็วส่วนใหญ่ และพลังงานนั้นคราวนี้จะสูญเสียไปจริงๆ ในรูปของความร้อน นอกจากนี้ ระบบสร้างพลังงานย้อนกลับสามารถใช้ได้เฉพาะกับล้อที่มีมอเตอร์เท่านั้น ในรถขับเคลื่อนสองล้อ ระบบกลไกจึงต้องทำงานตลอดเวลาเพื่อให้ล้อทั้งสี่ถูกเบรกได้อย่างปลอดภัย

ที่ความเร็วต่ำ ประสิทธิผลก็ลดลงเช่นกัน ด้วยเทคโนโลยีปัจจุบัน เบรกสร้างพลังงานย้อนกลับไม่สามารถหยุดรถให้หยุดสนิทได้ที่ความเร็วระดับที่เหมาะสม ดังนั้นการหยุดทุกครั้งจึงไม่เท่ากัน การกู้คืนพลังงานที่มีประสิทธิภาพสูงสุดเกิดขึ้นในการชะลอความเร็วที่เริ่มจากความเร็วสูงและยาวนานในช่วงของเบรกสร้างพลังงานย้อนกลับ

ผลต่ออายุการใช้งานแบตเตอรี่: ดีหรือไม่ดี?

การตอบคำถามนี้ด้วยคำตอบเดียวอาจทำให้เข้าใจผิด การสังเกตการใช้งานในชีวิตประจำวันอาจให้ความรู้สึกว่าระบบสร้างพลังงานย้อนกลับทำให้แบตเตอรี่เสื่อมสภาพ แต่งานวิจัยที่ผ่านการรีวิวโดยผู้เชี่ยวชาญ (MDPI, 2023) วาดภาพที่ละเอียดกว่านั้น กระแสไฟฟ้าที่เกิดจากการเบรกสร้างพลังงานย้อนกลับในระยะยาว เป็นหนึ่งในปัจจัยสำคัญของการเสื่อมสภาพของแบตเตอรี่ ไม่ว่าค่ากระแสจะเป็นเท่าใดก็ตาม นั่นคือการรีเจนเนอเรชันในตัวมันเองไม่ใช่ปัญหา แต่ประเด็นคือผลสะสมของพฤติกรรมการชาร์จซ้ำๆ ที่มีต่อเคมีของเซลล์แบตเตอรี่ ข้อสรุปเชิงปฏิบัติ: ใช้ระบบตามปกติ แต่ให้รู้ว่าระบบจะลดกำลังลงชั่วขณะโดยอัตโนมัติเมื่อแบตเตอรี่ร้อนและเต็ม - นี่ไม่ใช่ข้อบกพร่อง แต่เป็นกลไกป้องกัน

เบรกสร้างพลังงานในการจราจรในเมืองช่วยประหยัดเงินได้เท่าไร?

ขนาดของการประหยัดขึ้นอยู่กับระยะทางต่อปีและโปรไฟล์การใช้งาน ในตัวอย่างการคำนวณที่ใช้ฐานประมาณ 24,000 กม./ปี (15,000 ไมล์) ค่าเชื้อเพลิงต่อปีของรุ่นเครื่องยนต์เบนซินอยู่ที่ประมาณ 1,434 $; มีสถานการณ์ที่คำนวณว่ารถไฮบริดลดต้นทุนนี้ลงอย่างชัดเจน และสำหรับรุ่นไฮบริดบางรุ่นมีการประหยัดเชื้อเพลิงต่อปีเกิน 800 $ - เนื่องจากตัวเลขสุดท้ายนี้มาจากผู้จำหน่าย จึงควรอ่านเป็นการประมาณการที่มองโลกในแง่ดีในระดับสูงสุด ในด้านคืนทุน คาดว่าสำหรับคนขับส่วนใหญ่ ไฮบริดจะคืนทุนตัวเองภายใน 3-9 ปี; ระยะเวลาสั้นหรือยาวขึ้นอยู่กับระยะทางต่อปีและสัดส่วนการใช้ในเมืองเป็นหลัก

ควรรู้เงื่อนไขที่ลดทอนข้อดีด้วย: ในอากาศเย็นประสิทธิภาพแบตเตอรี่ลดลงและเศรษฐกิจเชื้อเพลิงลดลงเล็กน้อย - การสูญเสียชัดเจนกว่าเมื่อเครื่องยนต์เย็นเพราะเผาไหม้ส่วนผสมที่รวย แต่เครื่องยนต์สันดาปภายในของไฮบริดชดเชยการสูญเสียนี้บางส่วน ในการเดินทางทางมอเตอร์เวย์ไกลๆ ข้อได้เปรียบในเมืองของไฮบริดแคบลงอยู่แล้ว; ในสถานการณ์ที่มีภาระสูงเช่นถนนเขาหรือการลากพ่วง การรีเจนเนอเรชันเพียงอย่างเดียวก็สร้างสมดุลไม่ได้

สรุป: สิ่งที่ตัวเลขบอก

เบรกสร้างพลังงานไม่ใช่ปาฏิหาริย์ แต่เป็นสมดุลทางวิศวกรรมที่แข็งแรง: มันกู้คืนพลังงานประมาณครึ่งหนึ่งที่สูญเสียไประหว่างการเบรก ช่วยเหลือพลังงานขับเคลื่อนรวม 5-9% ในรถไฮบริด และเพิ่มผลงานนี้ให้สูงสุดในการจราจรในเมือง สำหรับคนขับที่หยุด-ออกบ่อย ความแตกต่างปรากฏในใบแจ้งหนี้เชื้อเพลิงทุกสัปดาห์; สำหรับผู้ใช้มอเตอร์เวย์เป็นหลัก ควรหาเหตุผลการซื้อไฮบริดจากหัวข้ออื่น หากคุณคิดถึงจำนวนทางแยกในเส้นทางของคุณและความเร็วเฉลี่ย คุณก็คิดถึงปริมาณที่การรีเจนเนอเรชันจะให้กำไรแก่คุณไปในตัวแล้ว

แหล่งอ้างอิง