回生ブレーキ効率の測定方法

初めて電気自動車に乗ったとき、私は驚いた。静かな乗り心地でも、速いピックアップでもなかった。アクセルから足を離したときに起こったことだった。車は勝手に減速し始め、ダッシュボードの小さなメーターが、私が電力を供給していることを示した。 バッテリーに戻す.まるで魔法のように感じた。これは回生ブレーキと呼ばれるものだ。

この記事では、この "マジック "の幕を引いてみようと思う。このシステムがどのように機能するのか、そして最も重要なのは、エンジニアがその効率をどのように測定するのかを探っていく。なぜ気にする必要があるのか？これを理解することで、毎回の充電でより多くのマイルを稼ぎ、お金を節約し、より賢い電気自動車やハイブリッド車のオーナーになることができるからだ。

回生ブレーキとは何か？

こう考えてほしい。内燃エンジンを搭載した普通の自動車では、ブレーキを踏むときに摩擦ブレーキを使う。このシステムは、ブレーキパッドをディスクに押し付け、摩擦を発生させて車を減速させる。動いている車のエネルギー、運動エネルギーはすべて熱に変わり、単に熱として空気中に失われてしまう。エネルギーの無駄遣いだ。

電気自動車（EV）はもっと賢い。電気自動車には回生ブレーキシステムがあり、驚くべきことをする。回生ブレーキは運動エネルギーをただ無駄にするのではなく、それを回収する。このシステムは、車自身のモーターを使って減速する。このプロセスは、取り込んだエネルギーを電気に変え、バッテリーに戻す。つまり、減速するたびに、車のバッテリーに少しずつ充電を戻していることになる。これは、現代の自動車では非常に一般的な回生ブレーキの形である。回生ブレーキは、電気自動車を非常に効率的なものにしている重要な部分である。

モーターはどのように発電機として働くのか？

ここからが本当の賢さだ。クルマを前進させるモーターが、どうやってクルマを減速させ、パワーを生み出すこともできるのか？単純な発想だ。電気モーターは電気を使って動きを生み出す。モーターには磁石とワイヤーがある。ワイヤーに電気が流れると磁界が発生し、モーターが回転して車輪を回す。

減速したいときは、回生ブレーキシステムがこのプロセスを逆転させる。モーターを発電機に変えるのだ。電力を使う代わりに、電力を作り始めるのだ。車の勢いによってまだ回転している車輪が、今度はモーターを回す。これにより、モーターは小さな発電所、つまり発電機のように機能する。これが発電機としてのモーターの仕組みだ。EVのトラクション・モーターは、この2つの仕事を完璧にこなすように設計されている。このプロセスは、電気エネルギーを発生させながら車を減速させる制動力を生み出す。回生ブレーキは美しい工学の一部である。

電気自動車の運動エネルギーはどこへ行くのか？

電気自動車が動いているとき、それは多くの運動エネルギーを持っています。これは科学用語で運動エネルギーのことです。スピードが速ければ速いほど、また車が重ければ重いほど、運動エネルギーは大きくなります。減速したいときは、このエネルギーを取り除く必要がある。回生ブレーキは、車が最初に使うツールです。

アクセルから足を離すか、ブレーキペダルを軽く踏むと、回生ブレーキシステムが作動する。電気モーターが車輪の回転に抵抗し始め、制動力を生み出す。この抵抗が減速させるのだ。余った運動エネルギーは電気に変換される。システムはエネルギーを電気エネルギーに変える。この新しい回生エネルギーはバッテリーに送られ、蓄えられる。取り込まれるエネルギー量は様々なものに左右されるが、回生ブレーキは常にできる限りの節約に努めている。

なぜブレーキエネルギーをすべて回収できないのか？

回生ブレーキが100%完璧だと言いたいところだが、そうではない。投入した運動エネルギーをすべて取り戻すことはできない。その過程で失われるエネルギーもある。コップから別のコップに水を注ぐようなものだと考えてください。モーター自体の効率は完全ではありません。発電機として働くとき、モーターは少し熱を発生します。システムを制御する電子機器も電力を消費しますし、バッテリーも電気エネルギーを完璧に吸収できるわけではありません。

他にも限界がある。バッテリーがすでに100%満タンの場合、新しいエネルギーの行き場がない。この場合、回生ブレーキは機能せず、代わりに通常の摩擦ブレーキが使われる。バッテリーが非常に冷えている場合も同様で、冷えたバッテリーは充電を素早く受け入れることができない。つまり、回生ブレーキは素晴らしいが、回生ブレーキには限界があるということだ。あなたが考えているほど多くのエネルギーを捕捉することはできませんが、捕捉したものは無料です。回生ブレーキの効率は重要な指標である。

エンジニアはどのように運動エネルギー回収を測定するのか？

これが主な疑問であり、その答えは単純かつ複雑である。すなわち、回生ブレーキが捕捉するエネルギー量と、ブレーキ中に車が失う運動エネルギー量である。基本的な計算式は回生エネルギー÷回生エネルギー＝回生効率。

これらの数値を得るために、エンジニアは電気自動車に特別なセンサーを使用する。運動エネルギーの変化を計算するために、車の速度を測定するのだ。また、ブレーキ時にどれだけのエネルギーがバッテリーに戻るかを正確に測定するために、バッテリーにセンサーを取り付ける。回生ブレーキの制動力と制動力を測定するのだ。この運動エネルギー回収プロセスは、正確な数値を得るために研究室やテストコースで何度もテストされる。これは、将来の自動車のために回生ブレーキシステムを改良するのに役立つ。

回生ブレーキの効きを変える要因とは？

自動車の総合的な効率は、車内の部品だけの問題ではありません。ドライバーであるあなたが、回生ブレーキの効き具合に大きな影響を与えるのです。ブレーキを強く、遅く踏むと、車は回生ブレーキとともに強力な摩擦ブレーキを使う必要があります。つまり、運動エネルギーの回収が少なくなる。しかし、緩やかに減速し、前方を見て回生ブレーキを使う練習をすれば、回生ブレーキが働く時間を増やすことができます。

他のことも重要だ。高速道路を一定速度で走っても、回生ブレーキはまったくと言っていいほど使わない。ストップ＆スタートの多い市街地走行こそ、回生ブレーキが真価を発揮する場面だ。モーターの設計と車重も一役買っている。下り坂の運転は、回生ブレーキの絶好のタイミングだ。下り勾配で優れた制御性を発揮し、発電機として機能するため、航続距離を大幅に伸ばすことができる。回生ブレーキの使い方は技術である。

このシステムはハイブリッド電気自動車とどう違うのか？

ハイブリッド電気自動車は特殊なケースだ。内燃エンジンと電気モーターの両方を搭載している。つまり、回生ブレーキも使用できる。このシステムは完全な電気自動車とほぼ同じように機能する。ドライバーが減速すると、モーターがブレーキを助け、小型バッテリーパックに電力を送る。

ハイブリッド車の中には、パラレル回生ブレーキと呼ばれる方式を採用しているものがある。これは、回生ブレーキと摩擦ブレーキをどのようにブレンドしてスムーズに減速するかを、車のコンピューターが決定することを意味する。目標は常に、回生ブレーキを可能な限り使用することである。回生ブレーキは、停車時にエンジンが停止するのと連動しているため、ハイブリッド車や電気自動車は市街地走行に適している。これらのハイブリッド電気自動車は、回生ブレーキシステムから大きなエネルギー効率を得ることができる。

回生ブレーキはEVを完全に停止させることができるか？

電気自動車の新型モデルの多くは、"ワンペダルドライビング "と呼ばれる機能を備えている。私はこの機能が大好きだ。つまり、アクセルから足を離すだけで、回生ブレーキが十分に強力で、クルマを大幅に減速させ、完全に停止させることもできるのだ。通常の市街地走行では、ブレーキペダルに触れる必要はほとんどない。これにより、運転がよりスムーズになり、回生エネルギーを最大限に取り込むことができる。

しかし、バックアップとして通常の摩擦ブレーキシステムが常にある。これは重要な安全機能である。回生ブレーキは、突然の緊急停止には十分な強度を持たないかもしれません。制動距離を短くし、安全を確保するためには、摩擦ブレーキの強力な機械的制動が必要なのです。また、何らかの理由で電気ブレーキシステムが故障した場合、摩擦ブレーキと回生ブレーキは連動しますが、昔ながらの摩擦ブレーキは究極のフェイルセーフです。回生ブレーキだけでは、どのような状況でも完全に停止できるとは限らないのだ。

運動エネルギー回収システムの歴史とは？

回生ブレーキのアイデアは新しいものではない。実際、1世紀以上前から存在している！回生ブレーキが最初に使われたのは、電気鉄道でした。考えてみてください。電車は大量の運動エネルギーを発生します。回生ブレーキを使って列車を減速させ、電力を送電網に送り返すことで、経済的にも運転上も大きなメリットがありました。初期の回生ブレーキは、電気牽引システムにとって画期的なものだった。

このアイデアは初期の自動車にも使われていた。1900年に登場したクリーガー・エレクトリック・ランドーレットという車には、それぞれの前輪に駆動モーターが搭載されていた。この電気ランドーレットは、下り坂でモーターが発電機として働き、バッテリーの充電を助ける駆動システムを持っていた。クリーガー・エレクトリック・ランドーレットは時代を先取りしていた。現代のハイブリッド電気自動車が登場するはるか以前から、運動エネルギー回生システムが道路用車両で可能であることを示していたのだ。1930年代初頭に一部の電気トロリーで採用されたブレーキも、この原理を利用したものだった。

電気自動車のドライバーとして、これはどのように役立つのか？

では、これだけ技術的な話をしたところで、あなたにとってどんな意味があるのだろうか？回生ブレーキを理解することは、3つの大きな点で役に立つ。第一に、電気自動車の航続距離を延ばすことができる。スムーズに運転して回生ブレーキに仕事をさせることで、バッテリーの充電距離を増やすことができる。

第二に、エネルギー効率を向上させることで経費を節減できる。エネルギーが無駄にならず回収されるため、電気代が少なくて済む。また、摩擦ブレーキパッドの磨耗や損傷も防げる。回生ブレーキが多くの仕事をするため、機械式ブレーキが長持ちします。これはブレーキシステムの寿命を延ばします。最終的には、より良いスムーズな運転ができるようになります。ブレーキペダルと回生ブレーキの効果をマスターすることは、EVやハイブリッドのドライバーにとって満足のいくスキルです。

覚えておくべき重要なポイント

• フリーエネルギーだ： 回生ブレーキは、減速時に走行中の車のエネルギーを取り込み、それをバッテリーの電気に変える。
• モーターは二重の役割を果たす 自動車の動力源である電気モーターは、回生ブレーキ効果を生み出す発電機としても逆に働く。
• 100%は完璧ではない： すべての運動エネルギーを捕捉することはできない。一部は常に熱やシステムの非効率性によって失われるが、捕捉できたものはボーナスだ。
• ドライビング・スタイルが最も重要 スムーズなブレーキングと前方確認により、回生ブレーキシステムが可能な限り多くのエネルギーを取り込み、航続距離を伸ばすことができる。
• 省エネだけではない： また、回生ブレーキを使用することで、従来の摩擦ブレーキパッドの磨耗を減らし、メンテナンス費用を節約することができます。
• 安全第一： あなたの車には、急停車や必要なバックアップのために、常に摩擦ブレーキシステムが装備されている。