Svaki put kad pritisneš papučicu kočnice, trošiš energiju. Zakon o održanju energije kaže da energija ne može biti stvorena ili uništena, može samo prelaziti iz jednog oblika u drugi. Dakle, kad uslijed procesa kočenja automobil uspori, kinetička energija koja je pokretala automobil pretvorila se u toplinu, znači postala je beskorisna. Ta je energija mogla biti iskorištena za neki rad, ali utrošena je na zagrijavanje kočnica.
Postoji li nešto što bi vozači mogli učiniti da prestanu trošiti ovu energiju? Baš i ne. U većini automobila to je neizbježan nusproizvod kočenja, a ne postoji mogućnost vožnje automobila bez povremenog korištenja kočnica. Međutim, inženjeri posvećeni automobilima i automobilskoj industriji, razmišljajući o tom problemu, iznjedrili su novu vrstu kočionog sustava koja može vratiti znatan dio kinetičke energije automobila i pretvoriti ga u električnu energiju kojom se mogu puniti baterije automobila. Taj sustav naziva se REGENERATIVNO KOČENJE.
Trenutno, ove vrste kočnica se prvenstveno nalaze u hibridnim vozilima kao što su Toyota Prius, i u potpuno električnim automobilima, kao Tesla Roadster. U vozilima poput spomenutih, održavanje napunjenosti baterije je od velike važnosti. Međutim, tehnologija je prvi put korištena u trolejbusima, a zatim je pronašla svoj put na tako nevjerojatnim mjestima kao što su električni bicikli, pa čak i automobili Formule 1.
U
U daljnjem tekstu detaljnije ćemo pogledati kako funkcionira regenerativni sustav kočenja i razmotrit ćemo razloge zašto je regenerativno kočenje učinkovitije od uobičajenog sustava trenja.
Regenerativno kočenje koristi se u vozilima koja koriste električne motore, prvenstveno u potpunosti električnih i hibridnih električnih vozila. Jedna od zanimljivijih svojstava električnog motora je da, kada se okreće u jednom smjeru, pretvara električnu energiju u mehaničku energiju koja se može koristiti za obavljanje rada (kao što je okretanje kotača automobila), ali kad se motor okreće u suprotnom smjeru, pravilno dizajniran motor postaje električni generator, pretvara mehaničku energiju u električnu. Ovom električnom energijom se zatim može puniti sustav punjenja za baterije automobila.
U automobilskoj industriji postoji opći pokret prema takozvanim sustavima kočenja u kojima mnoge funkcije kočnica koje su se tradicionalno izvodile mehanički, prelaze na elektroničko izvođenje. Hibridi i električni automobili vjerojatno će biti prvi posvojitelji tih vrsta kočnica. Trenutno, različiti automobilski inženjeri su došli do različitih dizajniranih krugova za rukovanje kompleksnosti regenerativnog kočenja; Međutim, u svim slučajevima najvažniji dio kočionog strujnog kruga je kontroler kočenja, o kojem ćemo raspravljati u sljedećem dijelu.
Regenerativni kontroleri kočenja
Kontroleri kočnica su elektronički uređaji koji mogu upravljati kočnicama na daljinu, odlučivši kad počinje kočenje, završava i koliko brzo treba primijeniti kočnice. U slučaju vučenja, na primjer, kontrolori kočnica mogu osigurati sredstvo za koordinaciju kočnica na prikolici s kočnicama na vozilu koje rade vuču.
Hibridno regenerativno kočenje
Na koji način se hibridno vozilo razlikuje od potpuno električnog vozila? Pa, hibridna električna vozila koriste i električni motor i motor s unutarnjim izgaranjem kako bi pružili najbolje iskustvo vožnje u datom trenutku. Oni kombiniraju raspon vožnje motora s unutarnjim izgaranjem s učinkovitošću potrošnje goriva i značajkama električnog motora bez emisija. Ako hibridi imaju maksimalnu učinkovitost goriva i proizvode što je moguće manje emisije ugljika, važno je da baterija ostane napunjena što je duže moguće. Ako bi se baterija hibridnog vozila spraznila, motor s unutarnjim izgaranjem bio bi u potpunosti odgovoran za napajanje vozila. U tom trenutku, vozilo više ne djeluje kao hibridno, nego samo kao još jedan automobil koji koristi fosilna goriva.
Hidrauličko regenerativno kočenje
Tvrtka Ford Motor i Eaton Corporation razvijaju alternativni regenerativni kočni sustav, pod nazivom Hidraulični Asistent snage (Hydraulic Power Assist – HPA). Uz HPA, kad vozač stane na kočnicu, kinetička energija vozila koristi se za napajanje reverzibilne pumpe, koja šalje hidrauličnu tekućinu iz akumulatora niskog tlaka (vrsta spremnika) unutar vozila u akumulator visokog tlaka. Pritisak se ostvaruje dušikovim plinom u akumulatoru, koji je komprimiran dok se tekućina pumpa u prostor u kojem je prije bio plin. To usporava vozilo i pomaže mu da se zaustavi. Tekućina ostaje pod tlakom u akumulatoru dok upravljački program ponovno ne gura akcelerator, u kojem trenutku se pumpa okrene i tekućina pod tlakom se koristi za ubrzanje vozila, učinkovito prevođenje kinetičke energije koju je auto imao prije kočenje u mehaničku energiju koja pomaže da se vozilo vrati na prethodnu brzinu. Predviđa se da bi takav sustav mogao pohraniti 80% trenutnih gubitaka vozila tijekom usporavanja i koristiti se za ponovno pokretanje vozila [izvor: HybridCars.com]. Ovaj postotak predstavlja još impresivniji dobitak od onoga koji je proizveden tekućim regenerativnim sustavima kočenja. Kao i elektronsko regenerativno kočenje, ove vrste kočnica – HPA sustavi – najbolje se koriste za gradsku vožnju, gdje je promet u stalnoj „Kreni – Stani“ varijanti.
Na kraju, ova tehnologija moći će se primijeniti i na manja vozila. Jedna tvrtka, Hybrid-Drivesystems, LLC, iz Michigana, nadogradila je 1968 Volkswagen „bubu“ s hidrauličnim regenerativnim sustavom kočenja. Međutim, akumulatori uzimaju znatnu količinu prostora, a budući proizvodni planovi su više bili usmjereni na korištenje tehnologije u većim vozilima, kao što su kombiji. U međuvremenu, američka agencija za zaštitu okoliša (SGP) udružila se s Eaton korporacijom za ugradnju hidrauličkih regenerativnih sustava kočenja na kamione za UPS isporuke.
Regenerativna učinkovitost kočenja
Energetska učinkovitost konvencionalnog automobila je samo oko 20 posto, a preostalih 80 posto svoje energije se pretvara u toplinu kroz trenje. Čudotvorna stvar regenerativnog kočenja je da bi mogla iskoristiti polovinu te potrošene energije i vratiti je natrag kao koristan rad. To bi moglo smanjiti potrošnju goriva za 10 do 25 posto. Hidraulički regenerativni sustavi kočenja mogu pružiti još impresivnije dobitke, potencijalno smanjenje uporabe goriva za 25 do 45 posto [izvor: HybridCars.com]. U stoljeću u kojem se veliki broj emisija ugljika bliži vrhuncu radi sve veće uporabe fosilnih goriva koja su nam pružila energiju za automobilske i druge tehnologije dugi niz godina, ova dodatna učinkovitost postaje sve važnija.
Dodatna učinkovitost regenerativnog kočenja također znači manje gužvi na pumpi, budući da hibridi s električnim motorima i regenerativnim kočnicama mogu znatno dalje putovati bez stajanja (punjenja), a to je važan detalj koji će dobar dio vozača znati cijeniti.
Ograničenja regenerativnih kočnica
Osim prirodnog pada učinkovitosti regeneracijskog kočenja pri malim brzinama, tehnologija također pati od brojnih drugih ograničenja. Neka od najznačajnijih uključuju:
- Regenerativno kočenje radi samo na “pogonskim kotačima”.
- Regenerativne kočnice obično ne daju dovoljno sile kočenja u uvjetima zaustavljanja panike.
- Učinkovitost regenerativnog sustava ograničena je faktorima poput kapaciteta sustava skladišta energije i izlaza električnog motora.
- Tradicionalni regenerativni sustavi nespojivi su s neelektričnim, nehibridnim vozilima.
- Neki regenerativni sustavi su prisiljeni koristiti dodatno “dinamičko kočenje” koje ne pohranjuje regenerativnu kinetičku energiju.
Ovaj jednostavni dijagram pokazuje kako regenerativni sustav kočenja može iskoristiti kinetičku energiju vozila i pretvoriti ga u električnu energiju. Ta se struja koristi za punjenje baterija vozila.