De batterijen opladen tijdens het remmen
De energietransitie van fossiele brandstoffen naar hernieuwbare energie is de drijvende kracht achter de overstap van verbrandingsmotoren naar elektrische aandrijflijnen in de bus- en vrachtwagenindustrie. De stroomomvormers op de voertuigen maken het mogelijk om de batterijen op te laden tijdens het remmen. Naast het pneumatische remsysteem wordt dit beschouwd als de tweede rem. Om veiligheidsredenen moet het voertuig over een dubbel remsysteem beschikken, zelfs wanneer de batterijen volledig zijn opgeladen. Om deze reden worden remweerstanden gebruikt in bussen en vrachtwagens. Dit document beschrijft de selectie van remweerstanden in elektrische voertuigen.
Elektrische voertuigen zijn de toekomst. Zelfs de sceptische critici die beweren dat het merendeel van alle elektrische energie afkomstig is van fossiele brandstoffen, moeten beseffen dat in de toekomst alle fossiele energiebronnen zullen worden vervangen door duurzame energiebronnen.
Principe
Of het nu gaat om een personenauto of een grote vrachtwagen of bus, ze werken allemaal volgens hetzelfde principe. Elektrische energie, opgeslagen in een batterij, drijft het voertuig aan. Wanneer het voertuig moet remmen, wordt de kinetische energie teruggewonnen en teruggevoerd naar de batterij. Het is belangrijk om de conditie van de batterij te kennen. Als de batterij volledig is opgeladen, kan er geen remenergie worden teruggeleverd. Zowel de fabrikant van het voertuig als de bestuurder moeten hiervan op de hoogte zijn. Als de bus of vrachtwagen geen andere middelen heeft om overtollige energie af te voeren, kan de snelheid van het voertuig worden beperkt, zodat de mechanische remmen het remmen kunnen opvangen. Wanneer de batterij(capaciteit) het toelaat om remenergie te accepteren, kan de snelheid van het voertuig worden verhoogd.
Een andere manier om hiermee om te gaan, is door de batterij niet volledig op te laden wanneer het voertuig de terminal verlaat. Dit kan echter worden beschouwd als verspilling van de batterijcapaciteit en het beperkt de actieradius.
Remweerstanden
Een oplossing is het gebruik van een elektrische rem die eventuele overtollige energie kan dissiperen in het geval dat de batterij geen lading kan accepteren. Een elektrische rem, in feite een weerstand, is onderhoudsvrij en vertoont geen slijtage (mits correct gedimensioneerd). Het is zeer betrouwbaar en, vergeleken met batterijcapaciteit, kosteneffectief. Het is belangrijk om het rempatroon van het voertuig te begrijpen. Stadsbussen hebben andere rempatronen dan touringcars. Dit geldt ook voor vuilniswagens of graafmachines. Ook het traject is een factor. Als de bus op vlakke wegen blijft, wordt er minder geremd dan bij het rijden in de bergen. Het is belangrijk om hiermee rekening te houden bij het definiëren van de verschillende energie- en vermogensniveaus. Over-engineering zal leiden tot een groter en duurder ontwerp. Under-engineering zou de verkeersveiligheid in gevaar brengen. Een goede risicoanalyse kan helpen bij het definiëren van de parameters waaraan het remsysteem moet voldoen.
Kort remmen, lang remmen en verwarming
In koude klimaten, met name bij bussen voor openbaar vervoer, wordt het passagierscompartiment verwarmd voordat het voertuig de terminal verlaat. Het verwarmingssysteem wordt een half uur voor vertrek ingeschakeld en de energie is afkomstig van het elektriciteitsnet (het verbruikt dus geen energie van de batterij). Voor deze toepassing wordt de remweerstand gebruikt om het watercircuit op te warmen om de warmte naar het passagierscompartiment te transporteren. Een verwarmingsvermogen variërend van 30 – 60 kW is heel normaal. Het voorverwarmen van de bus gebeurt eenmaal per dag.
Wanneer de vrachtwagen of bus de snelweg opgaat, kan het remvermogen zeer hoog zijn. 200 – 300 kW gedurende enkele seconden is normaal. Deze rempulsen kunnen vaak voorkomen, waardoor de cyclustijden kort kunnen zijn. Daarnaast kan er de afdalingstest zijn waarbij de bus of vrachtwagen met constante snelheid een heuvel van een vooraf gedefinieerde hoogte en afstand moet afrijden, waarbij alleen gebruik wordt gemaakt van het resistieve remsysteem. Na de test moet de weerstand nog steeds in werkende staat verkeren. Dergelijk remmen zal niet vaak voorkomen en is mogelijk alleen nodig om aan de wetgeving (homologatie) te voldoen.
Een remweerstand selecteren
Op basis van de drie verschillende belastingspatronen zoals hierboven beschreven, kan de weerstand worden geselecteerd. Het startpunt is het algemene overzicht waarbij voor elk type belasting de maximale waarden zijn gedefinieerd. Voor alle belastingspatronen kan een thermische simulatie worden gemaakt. De thermische simulatie is gebaseerd op het thermische model van de remweerstand. Het beschikken over het thermische model van de weerstand biedt grote voordelen voor de ingenieurs. Het bespaart op engineering- en testtijd en leidt tot de juiste afmeting van de weerstand. Het thermische model is een vertaling van de fysieke eigenschappen naar de thermische eigenschappen. Vanuit de thermische simulatie worden de interne temperaturen van de remweerstandselementen berekend. Wanneer de verschillende materiaaltemperaturen binnen de ontwerpparameters vallen, is de gekozen remweerstand geschikt voor die toepassing.
Koeling
In de meeste voertuigen is het koelsysteem een lagedruksysteem ( 3 bar). De toevoeging van glycol verlaagt de vries- en verhoogt de kooktemperatuur, beide positieve punten voor de watergekoelde remweerstand met betrekking tot de levensduur. Een hogere kooktemperatuur leidt tot minder ‘hameren’ op de weerstandselementen (dit is het geluid dat u hoort voordat het water in uw waterkoker begint te koken). Het toevoegen van glycol wordt daarom aanbevolen. Het enige nadeel van een glycolmengsel is dat het een lagere thermische capaciteit heeft, waardoor de doorstroming hoger moet zijn in vergelijking met 100% water.
Conclusie
De beste start is een goede specificatie van de verschillende belastingspatronen en herhalingstijden die de weerstand moet verwerken. Thermische simulatie ondersteunt een snelle en betrouwbare selectie. Vloeibare additieven verhogen de levensverwachting. Er moet voldoende vloeistofstroom worden toegepast. De werkdruk moet worden gecontroleerd. Gebruik de bus- en vrachtwagenweerstand uitsluitend voor deze toepassing.
Over Danotherm A/S
Danotherm is een fabrikant met 100 jaar ervaring in hoogvermogensweerstanden voor de markten voor elektrische aandrijvingen, automotive, marine, turbines, mijnbouw, defensie, olie en gas, tractie en hernieuwbare energie. De weerstanden van Danotherm variëren van enkele Watts tot ruim boven de 1 MW.
Schedule a short Technical Online Meeting
Elevate your power management systems with Astrolkwx’s latest innovations. Whether it’s the silent strength of our supercapacitors, the robust safety of our DC breakers, or the cooling efficiency of our rectifiers, Astrolkwx has the solution to power your projects.
Discover how our technologies and solutions can transform your operations. Schedule a short technical meeting with our specialists for more details. Let’s redefine power together!
