Opladen van de accu’s tijdens het remmen
De energietransitie van fossiele brandstof naar hernieuwbare energie is de drijvende kracht achter de omschakeling van verbrandingsmotoren naar elektrische aandrijvingen voor de bus- en vrachtwagenindustrie. De stroomomvormers op de voertuigen maken het mogelijk om de accu’s tijdens het remmen op te laden. Naast het pneumatische remsysteem wordt dit beschouwd als de tweede rem. Vanwege veiligheidsredenen moet het voertuig een dubbel remsysteem hebben om alsnog te kunnen remmen als de accu’s volledig zijn opgeladen. Om deze reden worden remweerstanden gebruikt in bussen en vrachtwagens. Dit artikel 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 zich ervan bewust zijn dat in de toekomst alle op fossiele brandstoffen gebaseerde energiebronnen zullen worden vervangen door duurzame energiebronnen.
Hetzelfde principe
Of het nu een personenauto is of een grote vrachtwagen of bus, ze hebben allemaal hetzelfde principe. Elektrische energie, opgevangen 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 staat van de batterij te kennen. Als de batterij volledig is opgeladen, kan er geen remenergie worden teruggegeven. 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 aankunnen. Wanneer de batterij(capaciteit) het toelaat om remenergie op te nemen, kan de snelheid van het voertuig verhoogd worden.
Een andere manier om hiermee om te gaan is om de accu niet volledig op te laden wanneer het voertuig de terminal verlaat. Dit kan worden beschouwd als een afname van de batterijcapaciteit en beperkt het rijbereik.
Remweerstanden
Een oplossing is het gebruik van een elektrische rem die overtollige energie kan afvoeren als de batterij niet meer kan worden opgeladen. Een elektrische rem, eigenlijk een weerstand, is onderhoudsvrij en er is geen slijtage (mits correct gedimensioneerd). Het is zeer betrouwbaar en, vergeleken met de batterijcapaciteit, kostenbesparend. Belangrijk is om het rempatroon van het voertuig te begrijpen. Stadsbussen hebben andere rempatronen dan touringcars. Dit geldt ook voor vuilniswagens of graafmachines. Ook de baan is een factor. Als de bus op vlakke wegen blijft, wordt er minder geremd in vergelijking met rijden in de bergen. Het is belangrijk hiermee rekening te houden bij het definiëren van de verschillende energie-/vermogensniveaus. Over-engineering zal resulteren in een groter en duurder ontwerp. Under-engineering zou het verkeer in gevaar brengen. Een goede risicoanalyse kan helpen bij het definiëren van de set parameters waaraan het remsysteem moet voldoen.
Kort remmen, lang remmen en opwarmen
In koude klimaten, en met name in bussen voor het openbaar vervoer, wordt het passagierscompartiment verwarmd voordat het voertuig de terminal verlaat. De verwarming wordt een half uur voor vertrek aangezet en de energie komt van het net (dus niet van de accu). Voor deze toepassing wordt de remweerstand gebruikt om het watercircuit op te warmen om de warmte naar het passagierscompartiment te transporteren. Verwarmingsvermogen variërend van 30 – 60kW is heel normaal. Het voorverwarmen van de bus gebeurt eenmaal per dag.
Als de vrachtwagen of bus de snelweg oprijdt, kan het remvermogen erg hoog zijn. 200 – 300kW gedurende enkele seconden is normaal. Deze rempulsen kunnen vrij vaak voorkomen, dus de cyclustijden kunnen kort zijn. Daarnaast kan er de afdalingstest zijn waarbij de bus of vrachtwagen met een constante snelheid een heuvel van een vooraf bepaalde hoogte en afstand moet afrijden, alleen met behulp van het weerstandsremsysteem. Na de test moet de weerstand nog in werkende staat zijn. Dergelijk remmen zal niet vaak voorkomen en is wellicht alleen nodig om te voldoen aan de wetgeving (homologatie).
Een remweerstand selecteren
Uit de drie verschillende belastingspatronen zoals hierboven beschreven, kan de weerstand worden geselecteerd. Het begin is het algemene overzicht waarin voor elk type belasting de maximale waarden zijn vastgelegd. Voor alle belastingspatronen kan een thermische simulatie worden gemaakt. De thermische simulatie is gebaseerd op het thermische model van de remweerstand. Het hebben van het thermische model van de weerstand biedt grote voordelen voor de ingenieurs. Enerzijds bespaart het engineering- en testtijd anderzijds leidt het tot de juiste maat voor de weerstand. Het thermisch model is een vertaling van de fysische eigenschappen naar de thermische eigenschappen. Uit de thermische simulatie worden de interne temperaturen van de remweerstandelementen 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). Extra glycol verlaagt de vries- en verhoogt de kooktemperatuur, beide positieve punten voor de watergekoelde remweerstand wat betreft 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 is dus aan te raden. Het enige nadeel van een glycolmengsel is dat het een lagere thermische capaciteit heeft waardoor de doorstroming hoger moet zijn ten opzichte van 100% water.
Conclusie
Het beste begin 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 alleen bus- en vrachtwagenweerstand voor deze toepassing.
Over Danotherm A/S
Danotherm is een 100-jarige fabrikant van krachtige weerstanden voor de markten voor elektrische aandrijvingen, auto’s, scheepvaart, turbines, mijnbouw, militairen, olie en gas, tractie en hernieuwbare energie. Danotherm-weerstanden variëren van enkele Watts tot ver boven de 1MW.
