Steuern der "Menge" des regenerativen Bremsens (variables Gegendrehmoment?)

Ich habe eine Frage, die ich mir schon seit einiger Zeit zum regenerativen Bremsen bei Elektrofahrzeugen gestellt habe.

Wenn mein Verständnis von Elektromotoren richtig ist

In einer perfekten Welt ohne Reibung oder Geräusche sollte die Menge an Leistung, die in einen Motor gesteckt wird, der Menge an Leistung entsprechen, die dann dem Motor entnommen werden kann. Das heißt, wenn Sie in einem Elektrofahrzeug auf 60 Meilen pro Stunde beschleunigen und dann den Fuß vom Gas nehmen und vollständig zum Stillstand kommen, sollte die erzeugte Strommenge gleich der verbrauchten Strommenge sein (wiederum unter der Annahme, dass kein Verlust entsteht diese perfekte Welt).

Funktioniert dieses Konzept genauso mit Drehmoment? Wäre das maximale Drehmoment, das ein Motor abgeben kann, gleich dem maximalen Drehmoment, das der Motor erzeugen kann?

Wenn dies der Fall ist, wie können Elektrofahrzeuge mit Rekuperation „mehr“ bremsen? Was ist das elektrische System, das steuert, wie viel Strom vom Motor erzeugt werden darf?

Ich würde mir vorstellen, dass das vollständige Wegnehmen des Fußes vom Gas das maximale Gegendrehmoment und das maximale regenerative Bremsen wäre (offensichtlich macht es für das regenerative Bremsen keinen Sinn, den Motor mit negativer Ladung zu verlangsamen, um ihn zu verlangsamen!). Und doch können Sie mit Elektrofahrzeugen härter oder weicher bremsen und die Batterie mehr oder weniger aufladen.

Jeder Einblick in diese wird sehr geschätzt! Angesichts meines begrenzten Wissens ist diese Frage schwer zu formulieren. Bitte fragen Sie nach, wenn ich mich nicht ausreichend ausgedrückt habe.

Ich denke, das liegt am Energieerhaltungssatz. Wenn Sie in dieser perfekten Welt eine sofortige Bremswirkung wünschen und dennoch Ihre gesamte Energie zurückgewinnen möchten, müsste das Gegendrehmoment des Motors viel höher sein als das Drehmoment, das Sie beim langsamen Beschleunigen aufbringen. Dieses variable Drehmoment kann durch ein Getriebe erfolgen
Schauen Sie sich auch an, wie Lichtmaschinen in Autos funktionieren. Ihr Magnetfeld wird durch den Erregerstrom erzeugt ; Dieser Strom wird nach oben und unten reguliert, wodurch die Stärke des Magnetfelds erhöht oder verringert wird, wodurch mehr oder weniger Widerstand (Drehmoment) auf die Antriebsseite gelegt wird, um die Menge an elektrischer Leistung auszugeben, die in jedem Moment erforderlich ist, unabhängig von der Drehzahl usw.

Antworten (2)

Die Höhe des Drehmoments, das ein Motor erzeugt, hängt von dem Strom ab, der durch ihn fließt. Steuern Sie den Strom, und Sie steuern das Drehmoment.

Sie können den Strom beim Beschleunigen mit Ihrem Standard-Beschleunigungsregler steuern.

Beim regenerativen Bremsen ist die Steuerung, die die Batterie aus der vom Motor erzeugten Energie lädt, so programmiert, dass sie einen kleinen oder großen Strom von den Motoren zieht, wodurch ein kleines oder großes Bremsmoment erzeugt wird.

Das maximale Drehmoment, das ein Motor erzeugen kann, hängt von dem maximalen Strom ab, den Sie bereit sind, durchzusetzen. Es gibt mehrere Grenzwerte für den Motorstrom. Zu den Grenzwerten, die den Strom direkt begrenzen, gehört, dass wir den Motor nicht entmagnetisieren, die Wicklungen ausreißen oder die Welle brechen dürfen. Eine indirekte Grenze ist die maximale Temperatur des Motors. Es wird einen kontinuierlichen Nennstrom haben, den es den ganzen Tag ohne Überhitzung betreiben kann, wobei es durch seine Belüftung kontinuierlich Wärme verliert. Dieser Strom ist um eine Größenordnung niedriger als die anderen direkten Grenzwerte, sodass er für eine begrenzte Zeit mit mehr als diesem Wert betrieben werden kann. Zum Beispiel könnte es in der Lage sein, einige Minuten lang mit +50 % und eine Minute lang mit +100 % kontinuierlich zu laufen und die überschüssige Wärme durch Erhöhen der Motortemperatur zu absorbieren.

Ich weiß nicht, ob kommerziell erhältliche Systeme davon Gebrauch machen, aber wenn ich Designer von Elektroautos wäre, würde ich das sicherlich tun. Beim Autofahren, insbesondere wenn es bergauf geht, gibt es keine Begrenzung, wie lange dies erforderlich wäre, also müssen Sie den Dauernennstrom des Motors begrenzen. Beim Bremsen kennen wir die maximale Energiemenge, die wir handhaben müssen, sodass wir es uns leisten können, den Motor in einer zeitlich begrenzten Überlastung zu betreiben und mit einer höheren Leistung anzuhalten, als wir für den Motor verbrauchen würden.

Wie das „Fuß vom Gas nehmen“ programmiert wird, um das Fahrzeug zu steuern, ist einfach ein Software- / Benutzerfreundlichkeitsproblem. Es funktioniert, wie auch immer es so programmiert wurde, dass es funktioniert. Als Fahrer würde ich es vorziehen, den Fuß vom Gas zu nehmen, um mit keiner angewandten Kraft, keinem angewandten Bremsen gleichzusetzen, was manche Leute als Ausrollen bezeichnen. Druck auf das Bremspedal soll das Bremsmoment steuern, damit es fährt wie alle anderen Fahrzeuge fahren. Offensichtlich wäre eine erhebliche Sicherheits- und UX-Technik erforderlich, um genau zu untersuchen, wie das Bremspedal mechanisch mit den Reibungsbremsen verbunden war und die Regenerierungsbremsen steuerte, aber das ändert nichts an der Physik des Motors und seiner Stromsteuerung.

Aber der Druck auf das Bremspedal steuert die eigentlichen Bremsen, sodass Ihr Vorschlag die regenerative Bremsung verliert - es sei denn, Sie implementieren ein mehrstufiges Bremspedal Motorbremsung) beim Ausrollen wird der Gang herausgenommen.
@SolarMike Der Druck auf das Bremspedal ist so, wie es der Konstrukteur des Fahrzeugs beabsichtigt. Wenn ich ein Fahrzeug mit regenerativem Bremsen hätte, würde ich erwarten, dass es ein intelligentes Bremspedal hat. Der Druck würde also der Verzögerungskraft zugeordnet, wobei ein aktives System die Reibungsbremsen „nicht betätigt“, bis die angeforderte Bremsung die regenerative Kraft überschreitet, die angewendet werden könnte. Auf diese Weise würden Reibungsbremsen angewendet, wenn das aktive System ausfallen würde. Ich mag die Idee nicht, mich auf ein aktives System zu verlassen, um das Auto anzuhalten. Offensichtlich gibt es viel Sicherheitstechnik, um darauf einzugehen.
Ich weiß nichts über Ihr Auto, aber ich muss herunterschalten, um eine signifikante Motorbremsung bei meinem zu erreichen. Was auch immer die tatsächliche Beschleunigung ohne Gas im höchsten Gang ist, es ist eine Größenordnung anders als bei Vollgas oder sanftem Bremsen, also nenne ich es Ausrollen. Ich werde die Antwort ändern, um die Pedanterie anzusprechen.
Ich fuhr ein Elektroauto und das Wegnehmen des Gaspedals verursachte eine Regeneration - die Verwendung der Bremsen war die Reibungsoption. Was mein aktuelles Auto betrifft, gibt es im 6. Gang eine ausreichende Motorbremsung, um bei Verkehrsänderungen sanft zu verlangsamen - stärkeres Bremsen erfordert die Verwendung der Bremsen.
@SolarMike In erster Linie würde ich kein Elektroauto kaufen, das so fährt. Irgendwann, wenn das alles ist, was der Markt zu bieten hat, muss ich mich wohl an die Idee gewöhnen und ärgerlich grummeln. Ich nehme an, es bedeutet, dass Sie Ihren Fuß auf dem lauten Pedal halten müssen, wenn Sie vorwärts gehen wollen. Wenn ich die Kreuzfahrt eingelegt habe, nehme ich sowieso meinen Fuß ab, also ist es nicht wie ein Totmanngriff. Es gibt immer Verzögerung ohne Gas, es entscheidet nur, wie man die Größenordnungen nennt. Niemand fällt in den Leerlauf, um an Land zu gehen, aber mit Elektro können Sie diesem Effekt sicher näher kommen.
Ich arbeitete an einem 1500-V-Gleichstrom-Vorortbahnsystem, das regeneratives Bremsen verwendete. Beim Regenerieren würde die Oberleitungsspannung ansteigen und Sie könnten einen Hitzestoß von den 1500-V-Heizungen unter dem Sitz spüren, wenn der Thermostat zu diesem Zeitpunkt geschlossen war. Beim Verzögern auf etwa 30 km/h wurden die Gleichstrommotoren auf „schwaches Feld“ geschaltet, um eine weitere Regenerierung zu erreichen, und als dies nicht mehr wirksam war, wurden die Luftbremsen zugemischt. Wenn die Netzspannung zu hoch wurde (nichts anderes zog Strom), waren es die Luftbremsen früher eingemischt.
Danke für die Antwort @Neil_UK Eine Sache, die du gesagt hast, hat mich besonders interessiert. "Der Controller, der die Batterie aus der vom Motor erzeugten Energie auflädt, ist so programmiert, dass er einen kleinen oder großen Strom aus den Motoren zieht und ein kleines oder großes Bremsmoment erzeugt." Wie macht der Controller dies elektrisch?
@Transistor könnten Sie näher darauf eingehen, dass die Gleichstrommotoren auf "schwaches Feld" geschaltet werden, um eine weitere Regeneration zu erzielen? Erhöht dies den physikalischen Widerstand der Motorwelle, um mehr Leistung zu erzeugen und eine größere Bremskraft aufzubringen?
@SamCharles: Hmmm, das war vor> 25 Jahren und meine frühere Erinnerung war fehlerhaft. Beim Anfahren aus dem Stand wurden die Nebenschlussmotoren für maximale Beschleunigung auf vollen Feldstrom geschaltet. Als die Motoren beschleunigten, stieg ihre Gegen-EMK bis zu dem Punkt, an dem der Ankerstrom abnahm. Durch Umschalten auf "schwaches Feld" (durch Reduzieren des Feldstroms) fiel die Gegen-EMK und der Motor zog mehr Strom und die Beschleunigung wurde erhöht. Die Regeneration war das Gegenteil davon und der Feldstrom muss bei niedriger Geschwindigkeit angestiegen sein, um eine höhere Spannung zu erzeugen. Link unten.
@SamCharles Die meisten kleinen und alle großen SMPS-Geräte betreiben eine innere Schleife mit den Schaltern und der Induktivität im Strommodus. Dadurch ist es besonders einfach, den Controller dazu zu bringen, einen bestimmten Strom aufzunehmen oder abzugeben. Wo der Regler eine konstante Spannung liefern muss, erfolgt dies über den Spannungsregelkreis zur Einstellung der inneren Stromschleife, anstatt direkt die Schaltzeiten zu verändern. Gehen Sie zu den Websites der Hauptanbieter (Texas, Analog, Linear, Maxim) und sehen Sie sich die Hinweise und Datenblätter der SMPS-Controller-App an. Sie suchen nach „Strommodussteuerung“.

Ihr Verständnis von Macht ist falsch. Energie wird in einer bewegten Masse gespeichert, nicht Kraft. Leistung ist Energie dividiert durch Zeit. Sie können also entweder schnell (hohe Leistung) oder langsam (niedrige Leistung) entschleunigen.


Nehmen wir ein einfaches Beispiel: eine Straßenbahn aus den 1920er Jahren. Eine der einfachsten Anordnungen, die elektrisch fahren. Es hat einen Reihen-DC-Motor und einige Widerstände auf dem Dach zum Bremsen.

Nehmen wir an, wir haben eine Energie von 50 kWs, die in der bewegten Masse des Autos gespeichert ist. Die Widerstandsbremsen können bis zu 10 kW aufnehmen, ohne zu überhitzen. Wenn wir also die elektrische Bremse mit voller Kraft nutzen, sollten wir in der Lage sein, das Auto in fünf Sekunden zum Stillstand zu bringen. Okay, aber: können wir das anwenden?

Mechanische Leistung ist Drehmoment mal Antriebsdrehzahl

P M N

aber wie ist das Drehmoment/Drehzahl Verhältnis? Glücklicherweise hat der Antrieb einer solchen Straßenbahn aus den 1920er Jahren eine Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie, die ungefähr einer hyperbolischen Kurve entspricht.

M 1 N

Das Drehmoment ist bei niedrigen Drehzahlen sehr hoch und bei höheren Drehzahlen niedrig. Das ist sowohl beim Beschleunigen als auch beim Bremsen sehr praktisch. Die Kraft, mit der wir bremsen können, ist also

P 1 N N = 1

Also, ja: Wir können die Straßenbahn mit konstanter Kraft bremsen, während das Drehmoment der Kehrwert der momentanen Antriebsgeschwindigkeit ist. Und das gilt für jede Macht. Das einzige, was wir durch die Änderung des Bremswiderstands tun, ist die Skalierung der Verzögerungskurve.

Bei einem anderen Antrieb musste man sich erst die M/n-Kennlinie ansehen und daraus dann das Leistungs-Drehzahl-Verhältnis ableiten. Aber diese Kurve ist bei Elektrofahrzeugen sehr verbreitet, weil sie so günstig ist, dass man die Leistung der Geräte bei allen Geschwindigkeiten voll ausnutzen kann.

Richtig, das macht Sinn, danke für die Klarstellung der Macht. Energie ist definitiv das, was ich hätte verwenden sollen. Was mich jedoch interessiert, ist, wie der Elektromotor (während er als Generator fungiert) den Bremswiderstand ändern und mehr Leistung erzeugen kann?
Ich habe das Straßenbahnbeispiel verwendet, weil es so einfach ist. Um die Bremsleistung zu verändern, müssen Sie die elektrische Leistung anpassen. Und das können Sie tun, indem Sie den Widerstand auf dem Dach anpassen. Je niedriger der Widerstand ist, desto mehr Leistung wird in Wärme umgewandelt. Dies geschieht mit dem riesigen Schalter vor dem Fahrer. Es hat eine Reihe von "Drive"-Einstellungen, die hier keine Rolle spielen, und zwei oder drei "Brake"-Einstellungen. Diese ändern die Reihen-/Parallelschaltung der Widerstände zu den Motor-/Generatorklemmen.
Generatives Bremsen hat ein weiteres Hindernis. Die von einem Generator kommende Spannung ist nicht konstant, sondern eine Funktion der Drehzahl. Sie müssen also einen Mechanismus verwenden, um diese Spannung anzupassen (sie muss höher sein als die Netz- / Batteriespannung). Dies kann beispielsweise erfolgen, indem die Feldwicklung an einen Regler angeschlossen wird, anstatt sie in Reihe zu schalten; der Nachteil dieses Ansatzes besteht darin, dass er die M/n-Charakteristik verbiegt. Eine moderne Idee ist die Verwendung von Elektronik, um die Ausgangsspannung bei niedrigen Geschwindigkeiten zu erhöhen.