افزایش بُرد و بالا رفتن مسافت پیمایش در خودروهای برقی و هیبریدی، یکی از مهم‌ترین مقوله‌های پیش روی مهندسان خودرو بوده و هست. از این رو برای رسیدن به این هدف مهم از راه‌های مختلفی بهره گرفته شده تا از نیروی برق و باتری در این خودروها کمترین استفاده شود. یکی از این راه‌ها، استفاده از انرژی ترمز خودرو است که به جای هدر رفتن به صورت گرمای تولیدی، می‌تواند باعث شارژ باتری‌ها نیز شود. این سیستم به نام ترمز احیاکننده معروف است.
جلوگیری از هدررفت انرژی
کاهش مصرف انرژی همیشه یکی از مهم‌ترین اهداف صنایع مختلف بوده و خودروسازی نیز از این قضیه جدا نیست. کاهش مصرف سوخت، کاهش آلاینده‌های خروجی و هزینه را در پی دارد و خودرو را از نظر اقتصادی به صرفه‌تر خواهد کرد. از این رو همیشه سعی می‌شود تا با کمک روش‌های مختلف از جمله طراحی جدیدتر پیشرانه‌ها و قوای فنی و بخش محرکه، تا افزایش ضریب آیرودینامیک و استفاده از تایرهایی که در عین چسبندگی خوب به زمین، غلتش و حرکت راحت‌تری دارند، بیشتر به این قضیه نزدیک شد.
کاهش مصرف انرژی در خودروهای هیبریدی و برقی، اهمیت بیشتری پیدا می‌کند. چرا که فلسفه وجود این خودروها در مصرف هرچه کمتر انرژی است که در روی دیگر سکه، افزایش مسافت قابل پیمایش را نیز در پی خواهد داشت و در این نوع خودروها، از مهم‌ترین فاکتورها به حساب می‌آید.
یکی از روش‌هایی که برای کاهش مصرف سوخت از سوی خودروسازان به کار می‌رود، استفاده از انرژی‌هایی است که در حین رانندگی، به صورت‌های مختلف، هدر می‌روند. برای مثال برخی از خودروهای برقی را به پنل‌های خورشیدی مجهز می‌کنند که البته چندان رایج نیست، یا از انرژی آزادشده در ترمزگیری که قرار است به صورت گرما هدر رود، استفاده می‌شود. این روش که امروزه کاربرد بیشتری دارد و از طرفی، هزینه‌های بسیار کمتری نیز به تولیدکننده و مصرف‌کننده وارد خواهد کرد، سیستم Regenerative Braking یا بازیابی انرژی ترمز و ترمز احیاکننده نام دارد.
آشنایی با ترمز احیاکننده
اول باید بدانیم که با وجود این سیستم، بازهم بخش ترمز خودرو به همان شکل معمول که بر اساس دیسک و لنت و کفشک ترمز است، همچنان در خودرو وجود دارد و وظیفه توقف خودرو با همین سیستم ترمز است.
نکته دیگر اینکه سیستم بازیابی انرژی ترمز و ترمز احیاکننده، یک سیستم کمکی است که هدف اصلی آن در واقع، شارژ باتری‌هاست و نه توقف خودرو. ضمن اینکه در اکثر خودروهای دارنده این تکنولوژی، می‌توان ترمز احیاکننده خودرو را بر اساس نیاز و تشخیص راننده، فعال یا غیر فعال کرد. در خودروهایی که دارای سیستم Regenerative Braking هستند، بر اساس فشاری که راننده به پدال ترمز وارد می‌کند، ممکن است که توقف با کمک سیستم بازیابی انرژی ترمز باشد که معمولا در سرعت‌های بسیار کم اتفاق می‌افتد، یا ترکیبی از آن و سیستم ترمز معمول خودرو که برای کاهش شدیدتر سرعت است.
ضمن اینکه بسته به تنظیم، می‌توان حتی تعیین کرد که به محض برداشتن پا از روی پدال گاز، سیستم به طور خودکار وارد مدار شود و از سرعت خودرو کم کند.
ترمز احیاکننده در تمام خودروهای هیبریدی و برقی وجود ندارد و فقط برخی از آنها، از این روش برای کمک به شارژ باتری‌ها نیز استفاده می‌کنند. بد نیست بدانیم که این سیستم فقط مختص به خودروهای سواری نیست و در خودروهای فرمول یک، قطارها، موتورسیکلت‌ها، دوچرخه‌ها و… نیز دیده می‌شود.
بازیابی انرژی ترمز
می‌دانیم که تولید برق در خودرو، در قطعه‌ای به نام دینام یا آلترناتور اتفاق می‌افتد. این قطعه به کمک یک تسمه، از سر میل‌لنگ نیرو را دریافت می‌کند و با طراحی خاصی که دارد، می‌تواند جریان الکتریسیته تولید کند.
یکی از مواردی که برای افراد تجربه شده، تغییر در دور موتور خودرو در زمان روشن کردن چراغ‌ها یا به کار افتادن فن برقی خنک‌کننده رادیاتور در زمان کارکرد موتور در حالت ایستاده یا دور آرام است. چرا که برای تولید جریان الکتریسیته و ایجاد میدان مغناطیسی در دینام، مقداری نیروی بیشتری باید دریافت شود که می‌تواند روی دور موتور خودرو اثرگذار باشد. حالا فرض کنیم که اگر مقدار تولید جریان الکتریسیته به قدری زیاد باشد که بتواند دور موتور را تا حد زیادی کاهش دهد، می‌تواند در کاهش سرعت خودرو نیز موثر باشد و این همان راهی است که برای کاهش سرعت و شارژ باتری‌ها در سیستم ترمز احیاکننده خودرو استفاده می‌شود.
همان طور که گفته شد، سیستم بازیافت انرژی ترمز برای خودروهای برقی و هیبریدی مناسب است تا بتوان کمکی به شارژ بیشتر باتری‌ها کرد. در این خودروها، یک یا چند موتور برقی وجود دارد که بسته به نوع خودرو، در تمام اوقات (در خودروهای برقی) و یا در مواقع نیاز (در خودروهای هیبریدی)، وارد مدار می‌شوند. این موتورها، جریان الکتریسیته مورد نیاز خود را از باتری دریافت می‌کنند تا گشتاور و نیروی تولیدی را به چرخ‌ها رسانده و خودرو به حرکت درآید.
حالا اگر این مسیر از باتری تا به کار افتادن موتورهای الکتریکی و سپس چرخش چرخ‌ها را برعکس کنیم، می‌توان از چرخش چرخ‌ها و سپس به کار افتادن موتور الکتریکی، برق تولید کرد تا باتری‌ها شارژ شوند. در واقع در این وضعیت، موتور الکتریکی به یک ژنراتور تبدیل می‌شود که نیروی لازم برای تولید جریان برق را از چرخش تایرها دریافت می‌کند.
همان طور که گفته شد، چرخش محور ژنراتور و به دنبال آن، ایجاد جریان الکتریسیته، نیاز به دریافت انرژی دارد. این انرژی از چرخش تایرها گرفته می‌شود که در نتیجه، می‌تواند از سرعت آنها بکاهد و مشابه سیستم ترمز عمل کند.
مزایا و معایب
یکی از مزایای استفاده از این تکنولوژی، کاهش گرمای تولیدی از ترمزهاست. ترمزهای معمولی بر اساس اصطکاک بین لنت و دیسک یا کاسه ترمز، عمل می‌کنند و این درگیری، منجر به ایجاد گرمای بسیار زیادی می‌شود که در ترمزگیری‌های شدید، می‌تواند حتی به سرخ و داغ شدن دیسک و کاسه ترمز منجر شود. اتفاقی که در خودروهای سنگین بسیار رایج است و به علت کاهش شدید توان ترمزگیری خودرو در این مواقع، می‌تواند بسیار خطرساز باشد.
استفاده از سیستم بازیافت انرژی ترمز، منجر به کاهش استفاده از ترمز خودرو می‌شود که می‌تواند عمر این مجموعه را افزایش دهد و از نظر اقتصادی نیز، صرفه‌جویی شود. یکی از مهم‌ترین آلاینده‌های خودرو، ذرات ریز گرد و غباری است که از ترمزگیری تولید می‌شود. این ذرات، آلاینده‌های خطرناکی هستند که کاهش ترمزگیری می‌تواند در افت تولید آنها اثر داشته باشد. همچنین به کمک این روش، برد حرکتی خودروهای برقی و هیبریدی بیشتر خواهد شد که امتیاز بزرگی است.
از معایب این سیستم می‌توان به حالت خاص پدال ترمز در زیر پا اشاره کرد که راننده، درک دقیقی از وضعیت ترمز نخواهد داشت و این وضعیت، به خاطر الکترونیکی بودن این بخش است. این عیب همان چیزی‌ست که راننده در مواجهه با پدال گاز برقی یا فرمان تمام برقی نیز حس می‌کند. ضمن اینکه، سیستم بازیافت انرژی ترمز در سرعت‌های پایین نیز چندان کارایی ندارد. چرا که در دورهای پایین حرکتی، ژنراتور برق چندانی تولید نخواهد کرد.
نویسنده: علیرضا داودی
