Стало відомо, скільки в реальності енергії повертає рекуперація електромобілів

Один із декларованих плюсів електромобілів – можливість повертати частину енергії за рахунок рекуперативного гальмування. Якщо у автомобіля вся енергія, вироблена мотором, в кінцевому підсумку нагріває навколишнє повітря, то електродвигуни можуть переходити в режим генератора і заряджати батарею. Питання лише в тому, чи багато кіловат-години вдається таким чином повернути?

Насправді, не так і багато. Потрібно розуміти, що більша частина механічної енергії втрачається безповоротно на подолання опору коченню і аеродинамічні втрати. Це якраз той фарш, який неможливо провернути назад. Але є два типи енергії, які оборотні – це кінетична і потенційна. Перша накопичується в міру розгону автомобіля, друга – під час його підйому в гору. І ось їх і можна рекуперувати.

Скільки енергії можна повернути?

Нехай у нас є стандартна Tesla Model 3 Performance зі спорядженою масою 1,9 тонни. При швидкості 60 км/год її кінетична енергія буде 264 кДж або 0,073 кВт*год. За швидкості 120 км/год вийде 0,292 кВт*год, а ось за 160 км/год – уже понад 0,5 кВт*год. Зрозуміло, в реальності витрати енергії на розгін більші, тому що плюсуються незворотні втрати (тертя, аеродинамічний опір), і зазначена величина – це та сама кінетична енергія, яку, в теорії, можна повернути за рахунок рекуперативного гальмування.

Tesla Model 3, як і будь-який електромобіль, досить важка

Що стосується потенційної енергії, то кожні 100 метрів підйому нашої “Тесли” запасають по 1,86 МДж або 0,52 кВт*год енергії. У цьому сенсі, рекуперація на спусках також має сенс. Наприклад, при скочуванні з кілометрового хребта, можна повернути в батарею до 5 кВт*год, а це приблизно 25 км додаткового пробігу по рівній місцевості.

Що заважає рекуперації

Але це все теорія, адже в реальності ефективність рекуперації – не 100%.

У електромобіля є звичайні гальма, і більшу частину часу він сповільнюється, розігріваючи диски і колодки, як звичайний автомобіль. Режим рекуперації у різних марок реалізовано по-різному, але найчастіше вона вмикається, коли ви прибираєте ногу з педалі газу. При цьому у Tesla, наприклад, рекуперація працює, поки ви не використовуєте основне гальмо, тобто під час руху накатом. Рівень такої рекуперації можна налаштувати через меню, але в будь-якому разі це лише напівзахід, адже ми все одно користуємося звичайними гальмами.

Навіть під час їзди в одну педаль (тобто без торкання гальма) потрібно враховувати, що ефективність рекуперації сильно залежить від різних чинників, зокрема від початкової швидкості гальмування: коли вона низька, ефективність прагне до нуля.

У цьому дослідженні автори показали, що ефективність рекуперації сильно залежить від швидкості: як бачите, на міських швидкостях вона порівняно низька. За їхніми даними при гальмуванні з 9 км/год ефективність рекуперації 0,06%, з 22 км/год – 36%, з 52 км/год – 78%.

А чому не зробити всі гальмування рекуперативними, тобто за рахунок суто електромоторів? Це в теорії можливо, але складніше, ніж здається. Адже для водія важлива передбачуваність гальмівного зусилля, а інтенсивність рекуперації змінюється залежно від безлічі чинників, включно зі ступенем зарядки батареї.

При інтенсивних уповільненнях проблемою стає потужність такої системи. Припустимо, наша “Тесла” гальмує зі швидкості 120 км/год у підлогу з інтенсивністю 0,8 g. Потужність становитиме 675 к.с., і нехай навіть частина енергії піде на аеродинамічні втрати, все одно електродвигуну доведеться генерувати сотні коней. Крім того, таку лавину кіловат має прийняти батарея, а за сучасних технологій це виглядає малореальним. Тобто поки що механічні гальма залишаються мастхевом – це питання безпеки.

У Tesla Model 3 регенерація вимикається під час торкання педалі гальма – найімовірніше, це зроблено, щоб уповільнення не залежало від електричних параметрів системи.

Що показують реальні тести

Але нехай не складеться у вас враження, що рекуперація – це фейк. Наприклад, у європейському тесті WLTP, в якому визначають запас ходу електромобіля, враховується і рекуперативна енергія. Найдешевший у Європі електромобіль Dacia Spring рекуперує лише 9% енергії, Tesla Model 3 – 23%, а рекордсменом є китайський Nio ET7 – 31%.

Nio ET7 – один із найцікавіших електромобілів сучасності. Наприклад, у дорожньому тесті він проїхав без підзарядки понад 1000 км за 14 годин, що досить непогано…

А німецький клуб ADAC нещодавно провів випробування, в яких оцінював рекуперацію на гірській дорозі: машини спочатку піднімалися в гору, потім спускалися з неї в режимі рекуперації. Dacia Spring зуміла повернути 35% енергії, Tesla Model Y – 40%, а BMW i7 – 50%. Тут зауважимо, що 100-відсотковий результат у цьому разі й неможливий, оскільки є й незворотні втрати (на опір середовища).

У “Формулі 1” активно використовують рекуперацію енергії, і саме тому тому боліди доволі економічні: на перегони з дистанцією 300+ км відводиться 100 кг палива, тобто витрата приблизно 44 л/100 км. Для двигунів потужністю під 1000 к.с. у режимі газ у підлогу – це дуже хороший показник

Загалом рекуперація не безглузда, тим паче електромобілі важкі, що сприяє запасанню оборотних видів енергії. Але ефект від рекуперації не такий відчутний: вона може додати кілька кілометрів пробігу, але глобально проблеми електромобілів не вирішить.