Jak funguje rekuperace energie při brzdění

Rekuperace energie znamená, že elektromotor při zpomalování pracuje jako generátor: kola ho roztáčejí, on vyrábí proud a tím vůz brzdí. Pohybová energie, která by se na kotoučích proměnila v teplo, se z části uloží zpět do baterie. Nikdy se nevrátí všechna a v některých situacích systém pracuje omezeně nebo vůbec.

Motor v roli generátoru

Trakční elektromotor je stroj, který umí obojí. Při zrychlování mu měnič (střídač) dodává střídavý proud z baterie a motor vytváří točivý moment. Když řidič uvolní pedál, řídicí elektronika změní fázování proudů tak, že moment působí proti směru otáčení. Motor začne klást odpor, ve vinutí se indukuje napětí a měnič takto vzniklý proud usměrní a pošle do baterie.

Brzdný účinek tedy nevzniká třením, ale elektromagneticky. Jeho sílu určuje software, proto ji lze nastavovat v několika stupních a proto se může měnit podle stavu baterie.

Na každém kroku cesty se něco ztratí – v motoru, v měniči, při ukládání do článků a znovu při pozdějším odběru. Zpět na kola se tak dostane jen část původní energie. Z toho plyne závěr, který podle mě zapadá: rekuperace je lepší než brzdění třením, ale horší než nebrzdit vůbec.

Proč město vychází úsporněji než dálnice

V městském provozu se neustále zrychluje a zpomaluje, takže je co vracet. Elektromobil tu z energie vložené do rozjezdu získá podstatný díl zpět, kdežto spalovací auto ji při každém zastavení nenávratně promění v teplo. Na dálnici se jede stálou rychlostí, brzdí se zřídka a spotřebu určuje odpor vzduchu. Jak se obojí promítá do ujeté vzdálenosti, popisuji v článku o tom, co ovlivňuje dojezd elektromobilu v běžném provozu.

Podobně je to v kopcích. Stoupání energii spotřebuje, klesání ji částečně vrátí, a dlouhý sjezd z hor dokáže stav nabití viditelně zvednout. Bilance celé cesty tam a zpět je přesto záporná.

Situace, kdy auto rekuperuje slabě

Plně nabitá baterie nemá kam energii uložit. Vůz proto rekuperaci omezí a po uvolnění pedálu zpomaluje méně, než je řidič zvyklý. Kdo bydlí na kopci a ráno hned sjíždí dolů, může si cílové nabití nastavit o něco níž, aby měl sjezd kam ukládat.

Druhým omezením je studená baterie. Řídicí jednotka v mrazu snižuje přijímaný proud, dokud se články neprohřejí, a první kilometry zimní jízdy tak probíhají s menším zpomalovacím účinkem. Širší souvislosti jsou v textu o tom, proč má elektromobil v zimě kratší dojezd.

Třetí mez je výkonová. Motor a měnič dokážou vyvinout jen určitý brzdný moment, a při prudkém brzdění proto vždy přibírají práci třecí brzdy. Na kluzkém povrchu elektronika rekuperační moment sama snižuje, aby kola hnané nápravy neztratila přilnavost.

Stupně zpomalení, plachtění a jeden pedál

Výrobci nabízejí několik úrovní, volených pádly pod volantem, voličem převodů nebo v menu. Nejslabší stupeň nechá auto po uvolnění pedálu volně plachtit. Nejsilnější zpomaluje výrazně a u řady vozů dovede auto až do zastavení, čemuž se říká jízda jedním pedálem. Některé modely mají i automatický režim, který sílu zpomalení upravuje podle radaru a navigačních dat – před pomalejším vozem nebo před obcí zpomalí víc.

Dávám přednost silnějšímu stupni ve městě a plachtění na volné silnici. Ve městě se zpomaluje tak jako tak a silná rekuperace zachytí energii, která by jinak skončila v brzdách. Mimo město je úspornější nechat auto volně dojíždět, protože energie, která zůstane v pohybu vozu, neprochází žádnou přeměnou a nic se z ní neztrácí.

Myslím, že spor o to, který režim je úspornější, bývá zbytečně vyhrocený. U většiny moderních elektromobilů brzdový pedál nejprve využívá rekuperaci a třecí brzdy přidává až při větším požadavku. Tomuto řízenému míchání obou účinků se říká blending. Rozdíl mezi režimy je tedy hlavně v ovládání a v tom, jak plynule řidič předvídá provoz.

Dopad na brzdové kotouče a destičky

Třecí brzdy pracují u elektromobilu málo, takže se destičky i kotouče opotřebovávají pomaleji. Odvrácenou stranou je koroze: kotouče, které se zřídka zahřejí a očistí třením, rezaví, zejména v zimě na solených silnicích. Některé vozy proto čas od času samy přitlačí destičky, aby povrch očistily, a část výrobců montuje na zadní nápravu bubnové brzdy, které jsou proti nečistotám uzavřené.

Stav kotoučů je vidět skrz paprsky kola. Souvislá rez na třecí ploše, hluboké rýhy nebo drhnutí a vibrace při brzdění jsou důvod zajet do servisu; posouzení a oprava brzd jsou práce pro odborníka. Při zpomalování rekuperací auto podle mezinárodních předpisů rozsvěcuje brzdová světla od určité míry zpomalení, takže to řidič řešit nemusí.

Zkusil bych jednoduchý pokus: projet stejnou obvyklou trasu jednou se silným a jednou se slabým stupněm a porovnat průměrnou spotřebu na palubním počítači. Výsledek ukáže, který režim sedí vaší trase a vašemu stylu, a zároveň si při tom všimnete, jak často vlastně brzdíte zbytečně.

Zdroje

• EHK OSN, Předpis OSN č. 13-H – brzdění osobních automobilů včetně rekuperačních brzdových systémů
• Robert Bosch GmbH, Automotive Handbook – kapitoly o elektrických pohonech a rekuperačním brzdění
• Fakulta strojní ČVUT v Praze, studijní materiály k pohonům elektrických a hybridních vozidel
• ZF Friedrichshafen AG, technické podklady k brzdovým systémům pro elektromobily