ترمز احیاکننده چیست؟ در پاسخ باید بگوییم افزایش برد و بیشتر شدن مسافتی که خودروهای برقی و هیبریدی با یک بار شارژ یا سوختگیری میتوانند طی کنند، همیشه یکی از مهمترین دغدغههای مهندسان صنعت خودرو بوده است.
برای رسیدن به این هدف، روشهای گوناگونی به کار گرفته شده تا انرژی موجود در خودرو با کمترین میزان اتلاف مصرف شود. یکی از جالبترین راهکارها، استفاده دوباره از انرژی هنگام ترمزگیری است.
در خودروهای معمولی، بخش زیادی از انرژی جنبشی خودرو هنگام ترمز گرفتن،از طریق اصطکاک لنت و دیسک به گرما تبدیل میشود و عملاً از بین میرود. اما در خودروهای برقی و هیبریدی میتوان بخشی از این انرژی را بازیابی کرد و دوباره به کار برد.
در این فرایند، موتور الکتریکی هنگام کاهش سرعت مانند یک ژنراتور عمل میکند و انرژی حاصل از حرکت خودرو را به برق تبدیل میکند. سپس این انرژی به باتری بازمیگردد و ذخیره میشود تا در ادامه برای حرکت اتومبیل مورد استفاده قرار گیرد.
این فناوری که ترمز احیاکننده (Regenerative Braking) نام دارد، یکی از مهمترین راهکارهای افزایش بهرهوری خودروهای برقی هیبریدی است. سیستم ترمز احیاکننده کمک میکند انرژی کمتری هدر برود. درنتیجه، خودرو مسافت بیشتری با استفاده از انرژی موجود طی کند.
برای مثال، در خودروهای برقی ایکسپنگ نیز از فناوری ترمز احیاکننده برای بازیابی بخشی از انرژی، هنگام کاهش سرعت استفاده میشود. در ادامه به بررسی کامل ترمز احیاکننده خودرو میپردازیم.
مصرف بهینه انرژی
هرچه یک خودرو برای حرکت به انرژی کمتری نیاز داشته باشد،مصرف سوخت و آلایندگی آن نیز کاهش پیدا میکند. همین امر باعث کاهش هزینههای استفاده از خودرو برای مالک میشود. به همین دلیل، خودروسازان همواره به دنبال روشهایی برای افزایش بهرهوری و کاهش اتلاف انرژی بودهاند.
بنابراین، مواردی مانند بهینهسازی و طراحی نسلهای جدید پیشرانه و قوای محرکه و بهبود آیرودینامیک بدنه، همه با یک هدف انجام میگیرند: استفاده هوشمندانهتر از انرژی.
حتی جزئیاتی مانند انتخاب تایر نیز در این میان اهمیت زیادی دارد. تایر مناسب باید در کنار تأمین چسبندگی لازم و حفظ پایداری خودرو، مقاومت غلتشی پایینی داشته باشد تا انرژی کمتری برای حرکت آن صرف شود.
این موضوع در خودروهای برقی و هیبریدی، مهمتر است؛ چراکه میزان انرژی موجود در باتری بهطور مستقیم در مقدار پیمایش خودرو تأثیر میگذارد. به همین دلیل، خودروسازان علاوه بر توجه به کاهش مصرف انرژی به دنبال راههایی برای بازیابی انرژیهای تلفشده هستند.
یکی از مهمترین منابع این انرژی، هنگام هر بار ترمز گرفتن ایجاد میشود. در یک خودروی معمولی، وقتی راننده ترمز میکند، بخش قابل توجهی از انرژی حرکتی خودرو در اثر اصطکاک لنت و دیسک به گرما تبدیل میشود و از بین میرود.
اما در خودروهای برقی و هیبریدی میتوان بخشی از این انرژی را دوباره به برق تبدیل و در باتری ذخیره کرد. این همان کاری است که سیستم ترمز احیا کننده انجام میدهد تا به جای هدر رفت انرژی، بخشی از آن بازیابی شود و دوباره در اختیار خودرو قرار گیرد.
به این ترتیب، انرژی تبدیلشده به گرما در خودروهای معمولی میتواند در خودرو برقی بار دیگر به پیمایش و حرکت خودرو کمک کند.
- بیشتر بخوانید: تفاوت ماشین هیبریدی با برقی
ترمز احیاکننده چگونه کار میکند؟
پیش از هرچیز باید بدانیم وجود ترمز احیا کننده به معنای حذف سیستم ترمز معمول خودرو نیست. در خودروهای مجهز به این فناوری،همچنان ترمزهای اصطکاکی شامل دیسک، لنت و در برخی از مدلهای کاسه و کفشک وجود دارند و وظیفه اصلی آنها توقف خودرو است.
ترمز احیا کننده در حقیقت، سیستمی کمکی با هدف اصلی بازیابی انرژی هنگام کاهش سرعت و بازگرداندن آن به باتری است، نه جایگزین ترمزهای معمول. وقتی خودرو در حال کاهش سرعت است، موتور الکتریکی میتواند مانند ژنراتور، بخشی از انرژی حرکتی خودرو را به انرژی الکتریکی تبدیل کند.
سپس این انرژی در باتری ذخیره میشود.
میزان استفاده از ترمز احیاکننده
میزان استفاده از ترمز احیاکننده به شرایط رانندگی و تنظیمات خودرو بستگی دارد. در برخی از خودروها راننده میتواند شدت این سیستم را تغییر دهد و در بعضی از مدلها نیز امکان فعال یا غیر فعال کردن آن وجود دارد.
هنگام ترمزگیری سبک، ممکن است کاهش سرعت اغلب از طریق بازیابی انجام گیرد، اما با افزایش فشار روی پدال ترمز، سیستم ترمز اصطکاکی نیز وارد عمل میشود تا توقف خودرو با سرعت بیشتری صورت گیرد.
در برخی از خودروها حتی لازم نیست راننده برای کاهش سرعت، پدال ترمز را فشار دهد. با برداشتن پا از روی پدال گاز، سیستم به صورت خودکار وارد مدار میشود و با ایجاد مقاومت در موتور الکتریکی، سرعت خودرو را کاهش میدهد.
به این حالت One-Pedal Driving نیز گفته میشود که علاوه بر کاهش سرعت، امکان بازیابی بخشی از انرژی حرکتی را فراهم میکند. البته نباید تصور کرد تمام خودروهای برقی هیبریدی دقیقاً از یک سیستم ترمز احیاکننده استفاده میکنند.
میزان و نحوه عملکرد فناوری در مدلهای گوناگون متفاوت است. برخی از خودروها نیز ممکن است از قابلیتهای محدودی برای بازیابی انرژی بهره ببرند.
نکته جالب اینکه استفاده از بازیابی انرژی ترمز فقط به خودروهای سواری محدود نمیشود. این فناوری در وسایل نقلیه مختلف مانند قطارها، خودروهای مسابقهای، موتورسیکلتها و حتی برخی از دوچرخهها نیز مورد استفاده قرار میگیرد.
- بیشتر بخوانید: عمر باتری خودرو برقی چقدر است؟
انرژی دقیقاً از کجا میآید و چگونه به باتری بازمیگردد؟
برای درک بهتر عملکرد ترمز احیاکننده، ابتدا باید بدانیم تولید برق در یک خودرو معمولی چگونه صورت میگیرد. در این خودروها، دینام یا آلترناتور با دریافت نیروی مکانیکی از موتور، انرژی الکتریکی مورد نیاز بخشهای مختلف خودرو را تولید میکند.
به همین دلیل، وقتی مصرفکنندههای برقی بیشتری مثل چراغها یا فن خنککننده وارد مدار میشوند، موتور باید انرژی بیشتری برای به حرکت در آوردن دینام صرف کند.
حالا همین مفهوم را در خودروی برقی تصور کنید، با این تفاوت که مسیر انتقال انرژی میتواند برعکس شود. در حالت عادی، باتری انرژی الکتریکی را در اختیار موتور برقی قرار میدهد و موتور نیز با تبدیل این انرژی به نیروی مکانیکی باعث حرکت چرخها میشود.
هنگام کاهش سرعت، این فرایند بهصورت معکوس است. چرخهای خودرو همچنان میچرخند و این چرخش از طریق سیستم انتقال قدرت به موتور الکتریکی منتقل میشود.
موتور در این حالت به جای مصرف برق، مانند ژنراتور عمل میکند و انرژی مکانیکی حاصل از حرکت خودرو را به انرژی الکتریکی تبدیل میکند. اما تولید برق بدون صرف انرژی امکانپذیر نیست.
ژنراتور برای تولید جریان الکتریکی به نیروی مکانیکی نیاز دارد و این نیرو از چرخش چرخها تأمین میشود. درنتیجه، بخشی از انرژی حرکتی خودرو گرفته شده و سرعت چرخها کاهش پیدا میکند؛ این اتفاق عملاً مانند ترمز گرفتن است.
برق تولیدشده نیز به باتری بازمیگردد و ذخیره میشود تا در ادامه برای به حرکت در آوردن خودرو مورد استفاده قرار گیرد. به این ترتیب، انرژی هدر رفته در دیسک و لنت یک خودروی معمولی، هنگام ترمزگیری، در خودروهای برقی و هیبریدی میتواند تا حدی بازیابی و دوباره مصرف شود.
البته میزان انرژی قابل بازیابی به عواملی مانند سرعت خودرو، شدت ترمزگیری، وضعیت شارژ باتری و تنظیمات سیستم بستگی دارد. به همین دلیل، ترمز احیاکننده قرار نیست تمام انرژی مصرفشده خودرو را پس بگیرد.
اما میتواند انرژی تلفشده را به باتری بازگرداند و در افزایش بهرهوری و برد خودرو نقش داشته باشد.
- بیشتر بخوانید: موتور ماشین برقی چیست و چگونه کار میکند؟
مزایای ترمز احیاکننده
یکی از مهمترین مزایای ترمز احیاکننده، کاهش میزان استفاده از ترمزهای اصطکاکی و گرمای تولیدشده در آنهاست. در سیستمهای معمولی، کاهش سرعت خودرو با ایجاد اصطکاک میان لنت و دیسک یا کفشک و کاسه ترمز انجام میگیرد.
بخش از انرژی حرکتی خودرو در این فرایند به گرما تبدیل میشود و در ترمزگیریهای شدید و پیاپی، دمای اجزای ترمز میتواند به میزان قابل توجهی افزایش پیدا کند.
در شرایط سخت، مانند حرکت خودروهای سنگین در مسیرهای شیبدار، افزایش بیش از اندازه دما میتواند افت عملکرد ترمز و کاهش توان توقف خودرو را به همراه داشته باشد.
ترمز احیاکننده با انجامدادن فرایند کاهش سرعت از طریق موتور الکتریکی، نیاز به استفاده از ترمزهای اصطکاکی را کاهش میدهد. درنتیجه، لنتها و دیسکها دیرتر فرسوده میشوند و هزینه نگهداری از سیستم ترمز نیز میتواند کاهش پیدا کند.
کاهش مصرف لنت نیز به معنای تولید کمتر ذرات ناشی از سایش لنت و دیسک است؛ ذراتی که یکی از منابع آلودگی ناشی از تردد خودروها به شمار میروند. مزیت مهم دیگر، بازیابی بخشی از انرژی حرکتی خودرو و ذخیره آن در باتری است.
این انرژی در ادامه میتواند برای به حرکت در آوردن خودرو دوباره مورد استفاده قرار گیرد. به همین دلیل، ترمز احیاکننده میتواند به کاهش مصرف انرژی و افزایش بهرهوری خودروهای برقی و هیبریدی کمک کند و در شرایط مناسب، برد حرکتی آنها را نیز افزایش دهد.
معایب ترمز احیاکننده
ترمز احیاکننده با وجود مزایای متعدد، محدودیتهایی هم دارد که مهمترین آنها عبارتاند از:
عملکرد متفاوت پدال ترمز: در خودروهای مجهز به سیستم ترمز الکتریکی، حس پدال ممکن است با خودروهای معمولی متفاوت باشد؛چراکه میزان استفاده از ترمز احیاکننده و ترمز اصطکاکی توسط سیستم کنترل میشود.
کارایی کمتر در سرعت پایین: با کاهش سرعت خودرو، سرعت چرخش موتور الکتریکی نیز کم میشود. در نتیجه،انرژی کمتری قابل بازیابی است؛بنابراین، برای توقف کامل، ترمزهای اصطکاکی همچنان مورد نیاز هستند.
وابستگی به وضعیت باتری: اگر باتری بهطور کامل یا تقریباً پر باشد، امکان ذخیره انرژی بیشتری وجود ندارد و سیستم، میزان بازیابی انرژی را کاهش میدهد.
وابستگی به شرایط رانندگی: میزان انرژی قابل بازیابی به عواملی مانند سرعت خودرو، شدت ترمزگیری، دمای باتری و تنظیمات سیستم بستگی دارد؛ بنابراین، همیشه نمیتوان انتظار میزانی ثابت از بازیابی انرژی را داشت.
- بیشتر بخوانید: نحوه شارژ خودرو برقی در خانه
ترمز احیاکننده؛ راهکاری برای افزایش بهرهوری
ترمز احیاکننده یکی از فناوریهای مهم در خودروهای برقی و هیبریدی محسوب میشود. این فناوری با تبدیل بخشی از انرژی حرکتی به انرژی الکتریکی،امکان بازگرداندن آن به باتری را فراهم میکند. این سیستم علاوه بر کمک به افزایش برد و کاهش مصرف انرژی، باعث کاهش استفاده از ترمزهای اصطکاکی و درنتیجه،کاهش استهلاک دیسک و لنت میشود. البته ترمز احیاکننده در تمام شرایط قادر به توقف خودرو نیست و در سرعتهای پایین،ترمزگیری شدید یا وقتی باتری ظرفیت پذیرش انرژی را ندارد،ترمزهای معمولی همچنان وارد عمل میشوند. درکل، این فناوری را میتوان یکی از مؤثرترین راهکارها برای افزایش بهرهوری و مدیریت بهتر انرژی در خودروهای برقی و هیبریدی دانست.
سؤالات متداول
ترمز احیا کننده چیست؟
ترمز احیاکننده سیستمی است که هنگام کاهش سرعت، بخشی از انرژی جنبشی خودرو را به انرژی الکتریکی تبدیل میکند تا در باتری ذخیره شود.
آیا ترمز احیاکننده جایگزین ترمز معمولی میشود؟
خیر؛ ترمز احیاکننده در کنار ترمزهای معمولی کار میکند و در شرایطی مانند ترمزگیری شدید یا سرعت بسیار پایین، ترمزهای اصطکاکی نیز وارد عمل میشوند.
