Jarrutusenergian talteenotto

Muunta­malla ajoneuvon liike-energian sähköenergiaksi ja varastoimalla sen akkuun jarrutusenergian talteenotto voi pidentää ajoneuvon toimintamatkaa ja parantaa kokonaistehokkuutta. Tässä artikkelissa käsitellään erilaisia jarrutusenergian talteenoton strategioita, joita sähköautoissa käytetään, niiden etuja ja rajoituksia.

Miten se toimii?

Jarrutusenergian talteenotto kerää liikkuvan ajoneuvon liike-energian ja varastoi sen sähköenergiaksi ajoneuvon akkuun jarrutuksen tai hidastumisen aikana.

Sähkömoottori voi toimia generaattorina sähköautossa hyödyntämällä sähkömagnetismin periaatetta, jonka mukaan johtimen ympärillä tapahtuva magneettikentän muutos synnyttää piiriin sähkövirran. Kun sähkömoottori pyörii, se luo magneettikentän, joka vuorovaikuttaa staattorin käämien kanssa ja tuottaa sähkövirran, joka syöttää ajoneuvoa. Kun auto hidastaa tai jarruttaa, pyörät pyörittävät moottoria päinvastaiseen suuntaan, mikä saa magneettikentän vaihtamaan suuntaa ja indusoimaan sähkövirran vastakkaiseen suuntaan. Tämän virran voi palauttaa akkuun ja varastoida energiaksi, mikä vähentää perinteisten kitkajarrujen tarvetta ja lisää sähköauton toimintamatkaa ja tehokkuutta.

Jarrutusenergian talteenoton strategiat

Sähköautovalmistajat tarjoavat jarrutusenergian talteenottoa erilaisin strategioin. Strategioita on kolme päätyyppiä. Jotkut valmistajat tarjoavat vain yhden vaihtoehdon, kun taas toiset antavat kuljettajan valita kahden tai kaikkien kolmen välillä.

Yksipoljinajo / Lift-Off-rekuperaatio

Yksipoljinajo on joidenkin sähköautojen ominaisuus, joka mahdollistaa kiihtyvyyden ja hidastumisen hallinnan pelkällä kaasupolkimella.

Kun kuljettaja painaa poljinta, auto kiihtyy. Kun kuljettaja vapauttaa polkimen, auto hidastaa rekuperoinnin avulla, joka muuntaa ajoneuvon liike-energian sähköenergiaksi, jonka sähköauto varastoi akkuun. Tätä jarrutusenergian talteenoton muotoa kutsutaan myös kaasupolkimen vapautusrekuperaatioiksi. Ajoneuvon asetuksista ja ajo-olosuhteista riippuen yksipoljinajo voi pysäyttää auton kokonaan tai ylläpitää alhaista nopeutta, kunnes kuljettaja painaa polkimen uudelleen.

Sen etuna on, että ajaminen yksinkertaistuu, kun tarvitaan vain yhtä poljinta.

Yksipoljinajon haittapuolena on, että se voi vaatia totuttelua kuljettajilta, jotka ovat tottuneet perinteiseen kahden polkimen käyttöön. Täysi kaasupolkimen vapautusrekuperaatio voi olla haitallinen liukkailla teillä, koska se jarruttaa voimakkaasti, jos jalka irroitetaan nopeasti polkimelta. Monet suosittelevat vähentämään rekuperointivoimaa talvella.

Lisäksi sen suorituskyky voi vaihdella tekijöiden, kuten akun varaustason, lämpötilan, tiekaltevuuden ja liikennetilanteen mukaan. Vaikka joissakin sähköautoissa on kiinteä rekuperointitaso yksipoljinajolle, toisissa autoissa ohjauspyörässä on vivut, joilla rekuperointia voi säätää eri tasoille.

Toisilla, kuten Teslalla, asetukset löytyvät infotainment-järjestelmästä.

Kuvasta yllä näet myös, kuinka Tesla antaa kuljettajan päättää, miten auto käyttäytyy alhaisessa nopeudessa. Esimerkiksi he voivat lisätä mekaaniset jarrut alhaisissa nopeuksissa, jotta ajoneuvo pysähtyy kokonaan ja pysyy paikallaan.

Manuaalinen rekuperointi jarrupolkimen avulla

Jarrupoljinta painamalla voi talteenottaa energiaa sähköautoissa, joissa on yhdistelmäjarrut.

Yhdistelmäjarrujärjestelmällä toteutettu rekuperaatio sähköautoissa hyödyntää antureita ja algoritmeja määrittääkseen optimaalisen tasapainon jarrutusenergian talteenoton ja kitkajarrutuksen välillä tekijöiden, kuten kuljettajan toiminnan, akun varaustason, tieolosuhteiden, liikennetilanteen ja ajonopeuden perusteella.

Järjestelmä voi myös toimia yhdessä kuljettajaa avustavien järjestelmien, kuten mukautuvan vakionopeudensäätimen tai törmäyksenestojärjestelmän, kanssa parantaen turvallisuutta ja mukavuutta.

Sopeutuva rekuperaatio

Sopeutuva rekuperaatio on joidenkin sähköautojen ominaisuus, joka säätää jarrutusenergian talteenoton voimakkuutta ajotilanteen mukaan.

Sopeutuva rekuperaatio toimii hyödyntämällä antureita, kameroita ja navigointidataa havaitakseen liikennetilanteen, tiekaarteet, nopeusrajoitukset ja muut tekijät, jotka vaikuttavat ajoneuvon optimaaliseseen hidastumisnopeuteen. Tämän tiedon perusteella järjestelmä voi automaattisesti lisätä tai vähentää rekuperointitasoa, kun kuljettaja vapauttaa kaasupolkimelta, ilman manuaalista valintaa tai ajotilan vaihtoa.

Sopeutuvan rekuperoinnin etuna on sujuvampi ja luonnollisempi ajokokemus sekä tehokkaampi energiatalteenotto. Säätämällä rekuperointitasoa tilanteen mukaan sopeutuva rekuperaatio voi välttää liiallista tai riittämätöntä jarrutusta, joka saattaisi aiheuttaa epämukavuutta tai energiahukkaa, koska auto rullaa mahdollisuuksien mukaan. Sopeutuva rekuperaatio voi myös toimia yhdessä kuljettajaa avustavien järjestelmien kanssa turvallisuuden ja mukavuuden lisäämiseksi, esimerkiksi pitämällä turvallisen etäisyyden edellä ajavaan ajoneuvoon tai hidastamalla jyrkkää mutkaa varten.

Esimerkkejä sähköautoista, jotka tarjoavat sopeutuvaa rekuperointia, ovat Porsche Taycan ja BMW i4. Nämä sähköautot käyttävät erilaisia teknologioita ja algoritmeja sopeutuvan rekuperoinnin toteuttamiseen, mutta kaikissa on sama tavoite: tarjota kuljettajalle parempi yksipoljinajokokemus.

Rekuperoinnin enimmäisteho

Rekuperoinnin enimmäisteho sähköautossa riippuu useista tekijöistä, kuten moottorin tyypistä ja koosta, moottorin nopeudesta ja akun varaustasosta sekä ajoneuvon asetuksista ja ajotiloista. Eri sähköautoissa rekuperointitehot vaihtelevat, mutta tyypillisesti ne ovat yli 50 kW pienissä autoissa ja jopa 300 kW tehokkaimmissa malleissa.

Jarruvalot ja jarrutusenergian talteenotto

Tyypilliset jarruvalot syttyvät aina, kun jarrutusvoima on riittävän suuri nopeuden merkittävään vähentämiseen. Tämä ei kuitenkaan ole aina tilanne. Esimerkiksi Hyundai Ioniq 5 ei sytytä jarruvaloja käyttäessään yksipoljinajoa. Tämä käyttäytyminen voi olla vaarallista. Tämä riski selitetään tässä videossa. Tarkista, miten sähköautosi toimii, jotta et joudu peräänajoon. Euroopassa säädöksen mukaan, jos hidastuvuus on yli 1.3 m/s², jarrusignaali on annettava.

Jarrutusenergian talteenoton edut

Jarrutusenergian talteenotolla on useita etuja, kuten:

Parantunut tehokkuus: Muuntaessaan energiaa jarrutuksen ja hidastumisen aikana jarrutusenergian talteenotto voi pidentää ajoneuvon toimintamatkaa ja parantaa tehokkuutta.

Vähemmän kulumista jarruissa: Koska jarrutusenergian talteenotto voi hoitaa suuren osan ajoneuvon jarrutusvoimasta, se vähentää mekaanisten jarrujen kulumista, mikä johtaa alhaisempiin huoltokustannuksiin.

Sujuvampi jarrutus: Jarrutusenergian talteenotto voi tarjota sujuvampaa ja tasaisempaa jarrutusta kuin perinteiset kitkajarrut, mikä lisää matkustajien ajomukavuutta.

Jarrutusenergian talteenoton rajoitukset

Vaikka jarrutusenergian talteenotto tarjoaa monia etuja, teknologialla on myös rajoituksia. Näitä ovat:

Heikentynyt tehokkuus suurilla nopeuksilla: Jarrutusenergian talteenotto on vähemmän tehokasta suurilla nopeuksilla, sillä kaapattavan ja varastoitavan liike-energian määrä vähenee ajoneuvon nopeuden kasvaessa.

Rajoitettu toimintamatkan pidentäminen: Jarrutusenergian talteenotto voi pidentää ajoneuvon toimintamatkaa, mutta talteenotetun energian määrä on rajallinen, ja teknologian vaikutus kokonaismatkaan vaihtelee ajoympäristöstä riippuen.

Heikentynyt jarrupolkimen tuntuma: Koska jarrutusenergian talteenotto hidastaa ajoneuvoa sähkömoottorin avulla, jarrupolkimen tuntuma voi heiketä, mikä tekee jarrutuksesta joidenkin kuljettajien mielestä vähemmän intuitiivista.

Kuinka paljon energiaa voidaan talteenottaa?

Artikkelin toisessa osassa tarjoamme yksityiskohtaiset laskelmat siitä, kuinka paljon energiaa voidaan talteenottaa ja miten se vaikuttaa toimintamatkaan. Selitämme myös laskelmien fysiikan perusteet.