Hoe je het regeneratieve remsysteem van je EV kunt verbeteren met verbeterde motorlamellen

Ik werk al jaren met de technologie van elektrische voertuigen en ik heb veel nieuwe ideeën gezien die ze beter zouden kunnen maken. Maar ik heb geleerd dat de grootste verbeteringen vaak voortkomen uit onderdelen waar mensen niet aan denken. We hebben het vaak over grote accu's en slimme software, maar het echte geheim van een betere elektromotor en een sterk regeneratief remsysteem zit in de kern van de motor: de motorlamineringen. Deze dunne stalen platen zijn de verborgen helpers die de manier waarop je EV energie terugkrijgt enorm verbeteren. Dit artikel laat je zien hoe deze onderdelen werken, waarom ze zo belangrijk zijn om energie terug te krijgen en hoe ze je helpen om verder te rijden en milieuvriendelijker te zijn.

Wat is regeneratief remmen in een EV eigenlijk?

Van wat ik heb gezien, begrijpen veel bestuurders, zelfs EV-eigenaars, niet echt hoe cool regeneratief remmen is. Simpel gezegd is het een slim systeem dat de bewegende energie van de auto terugkrijgt wanneer je vertraagt. Als je in een gewone benzineauto het rempedaal intrapt, creëren de wrijvingsremmen warmte om de auto af te remmen, en al die energie wordt gewoon verspild in de lucht. Dat is een enorme verspilling. Een regeneratief remsysteem doet echter iets slims. Het laat de elektromotor achteruit lopen, waardoor hij in een generator verandert.

Dit proces verandert de bewegende energie van de auto terug in elektriciteit, die vervolgens teruggaat naar de batterij. Ga maar na: dezelfde kracht die de auto vooruit duwde, wordt nu gebruikt om de energiebron op te laden. Het terugkrijgen van deze energie werkt het beste als je veel start en stopt, zoals rijden in de stad. Het resultaat is een auto die minder energie verbruikt, verder kan rijden en beter gebruik maakt van energie die anders verloren zou gaan. Het is een groot deel van wat moderne EV's milieuvriendelijk maakt.

Waarom kan een massieve motorkern niet werken voor het remsysteem?

Mensen vragen me vaak waarom elektromotoren niet uit één stuk metaal bestaan. Het klinkt makkelijker, toch? Maar met magneten en elektriciteit is "makkelijk" meestal niet "goed". Als de kern van de motor een massief stuk metaal zou zijn, zouden de snel veranderende magnetische velden binnenin veel ongewenste elektrische stromen veroorzaken. Deze stromen staan bekend als wervelstromen.

Een massieve kern zou deze stromen in grote cirkels laten rondstromen, wat veel warmte creëert en veel energie verspilt. Deze warmte zorgt er niet alleen voor dat de motor slecht werkt, maar kan er ook voor zorgen dat de motor oververhit raakt. Dit kan de motor beschadigen en veel sneller doen verslijten. Dit probleem zou ook het vermogen van de motor om als generator te werken tijdens regeneratief remmen ernstig aantasten. Het grootste deel van de kinetische energie die je opvangt, zou direct in warmte veranderen in plaats van in elektriciteit voor de batterij. Het gebruik van een massieve kern zou het hele remsysteem veel slechter laten werken.

Hoe maken motorlamineringen het remsysteem van auto's eigenlijk beter?

Dit is waar het slimme idee van motorlamineringen om de hoek komt kijken. In plaats van uit één stuk bestaat de kern van een elektromotor - zowel het deel dat stilstaat (stator) als het deel dat ronddraait (rotor) - uit een stapel zeer dunne metalen platen. Deze worden vaak stalen lamellen genoemd. Elke dunne plaat is gescheiden van de volgende, meestal met een dun laagje vernis of een oxidelaag.

Door de kern in deze afzonderlijke lagen te snijden, worden de paden voor wervelstromen in veel kleinere stukken gebroken. De stromen kunnen niet langer in grote cirkels stromen die energie verspillen. Door dit eenvoudige maar slimme ontwerp gaat er veel minder energie verloren. Dit zorgt ervoor dat de motor beter werkt wanneer je gas geeft en het verbetert ook enorm hoe hij presteert tijdens regeneratief remmen. Een beter werkende motor kan meer kinetische energie van de auto omzetten in elektriciteit. Dit stuurt meer energie terug naar de accu en zorgt ervoor dat het hele regeneratieve remsysteem zijn werk beter doet.

Wat zijn wervelstromen en waarom zijn ze slecht voor de motorprestaties?

Laten we eens wat dieper ingaan op deze onzichtbare slechteriken. Wervelstromen zijn kringen van elektriciteit die in een metalen voorwerp ontstaan wanneer het zich in een veranderend magnetisch veld bevindt. In een elektromotor veranderen de magnetische velden altijd om draaiing te creëren, dus wervelstromen zijn een onvermijdelijk resultaat. Deze stromen maken hun eigen magnetische velden die tegen het oorspronkelijke veld duwen dat ze heeft veroorzaakt. Dit betekent dat de motor in feite tegen zichzelf vecht.

Deze interne strijd veroorzaakt twee grote problemen. Ten eerste is het een directe verspilling van energie, waardoor de algehele efficiëntie van de motor daalt. In plaats van te helpen het koppel te creëren dat je voertuig in beweging brengt, wordt deze energie verspild. Ten tweede wordt deze verspilde energie zichtbaar als warmte. Te veel warmte kan de isolatie van de motor afbreken, de permanente magneten verzwakken en uiteindelijk onderdelen doen breken. Tijdens regeneratief remmen betekenen deze verliezen dat er minder kinetische energie succesvol wordt omgezet in elektriciteit en opgeslagen in de batterij. Door wervelstromen te beperken, helpen laminaten de motor koeler en met een hoge efficiëntie te draaien, waardoor het regeneratieproces veel nuttiger wordt.

Hoe helpen lamineringen een gelijkstroommotor te laten werken als een generator?

De overgang van een motor naar een generator is de sleutel tot regeneratief remmen. Wanneer je je voet van het gaspedaal haalt of het rempedaal indrukt in een EV, verandert de controller hoe de elektriciteit stroomt. Door de voorwaartse beweging van de auto blijft de rotor in de motor draaien. Als de rotor door het magnetische veld van de stator draait, creëert hij een spanning in de wikkelingen van de motor: zo werkt een generator.

Laminaten zijn hier essentieel omdat ze ervoor zorgen dat dit proces zo goed mogelijk werkt. Door energieverspillende wervelstromen en andere magnetische verliezen (zoals hysteresis) tegen te houden, zorgen de stalen lamineringen ervoor dat de motor de grootst mogelijke kinetische energie van het voertuig kan omzetten in elektrische energie. Een motor met een slecht gemaakte kern zou veel van deze energie als warmte verliezen voordat het ooit bij de batterij zou komen. Daarom is de hoge efficiëntie van lamineringen wat een sterk regeneratief remsysteem mogelijk maakt. Het helpt direct energie terug te krijgen waardoor het rijbereik groter wordt.

Kan het type laminatiemateriaal de prestaties nog verbeteren?

Ja, zeker weten. De materiaalkeuze voor motorlaminaties is een zeer belangrijke keuze voor ingenieurs die de prestaties direct beïnvloedt. Terwijl de meeste gewone motoren siliciumstaal gebruiken, heeft de behoefte aan betere prestaties in EV's bedrijven doen kijken naar meer speciale metaalmengsels.

Hier volgt een blik op een aantal veelgebruikte materialen en wat ze doen:

De dikte van de laminering is ook erg belangrijk. Fabrieksmotoren kunnen laminaten van 0,35 mm tot 0,5 mm dik gebruiken. Maar EV-motoren met hoge prestaties gebruiken nu veel dunnere laminaten-zo dun als 0,2 mm of zelfs minder. Dunnere laminaten zijn beter in het beperken van wervelstroomverliezen, vooral in motoren met hoge snelheid. Hierdoor kunnen ingenieurs de motor beter maken, met meer vermogen in een kleiner formaat en een nog hogere efficiëntie.

Wat is het verband tussen lamineringen, koppel en motorprestaties?

Het verband is duidelijk en erg belangrijk. Door het energieverlies door wervelstromen en hysteresis te beperken, verbeteren lamellen de algehele efficiëntie van de motor. Een goed werkende motor heeft minder elektriciteit van de batterij nodig om een bepaalde hoeveelheid koppel te creëren. Dit betekent een betere acceleratie en een groter EV-bereik. Dit voordeel werkt twee kanten op.

Tijdens regeneratief remmen wordt het proces omgedraaid. Een motor die heel goed werkt, dankzij de geweldige lamineringen, kan meer kinetische energie van het voertuig omzetten in remkoppel en vervolgens in opgeslagen elektrische energie. Laminaten gemaakt van materialen die goed werken met magneten zorgen ervoor dat de motor een sterker magnetisch veld kan creëren. Dit verhoogt het koppel dat de motor kan produceren zonder hem zwaarder te maken. Dit leidt tot een betere koppel-gewichtsverhouding, waardoor kleinere, krachtigere motorontwerpen mogelijk worden die nodig zijn voor moderne EV's. Het juiste laminaatontwerp helpt met andere woorden om zowel rijden als remmen beter te laten werken.

Hoe zorgen regelsystemen ervoor dat dit hele proces beter werkt?

Terwijl de laminaten de effectieve fysieke onderdelen zijn, zijn de geavanceerde regelsystemen het slimme deel van de werking. De remcontroller van het voertuig houdt altijd dingen in de gaten zoals de wielsnelheid, hoe vol de accu nog is en hoe hard de bestuurder het rempedaal indrukt. Het gebruikt dan een slim programma om te beslissen wat de beste mix is tussen regeneratief remmen en de gewone wrijvingsremmen.

Het doel is om zoveel mogelijk energie terug te krijgen zonder de auto onveilig of instabiel te maken. De controller zal bijvoorbeeld de terugwinning verminderen als de accu al vol is of als hij merkt dat een wiel slipt, waardoor je de controle zou kunnen verliezen. Moderne systemen gebruiken programma's die raden wat er gaat gebeuren om de rijomstandigheden van tevoren te zien en de remstrategie zo nodig aan te passen. Deze slimme regeling zorgt ervoor dat de zeer efficiënte motor, met zijn geavanceerde lamineringen, zo veel mogelijk wordt gebruikt. Het combineert op soepele wijze regeneratief remmen en remmen met wrijving voor een soepele, veilige en zeer efficiënte rijervaring.

Wat betekent dit voor de toekomst van hybride en elektrische auto's?

De focus op onderdelen zoals motorlamineringen toont aan dat de EV-industrie groeit. Terwijl we ons inspannen om batterijen beter te maken, vinden we ook grote verbeteringen door elk onderdeel van de aandrijflijn te verbeteren en perfect te maken. Voor hybride, plug-in en volledig elektrische voertuigen is het verbeteren van de elektrische motor en het regeneratieve remsysteem erg belangrijk.

Hoogwaardige stalen lamineringen leiden direct tot:

• Groter EV-bereik: Door minder energie te verspillen en meer energie terug te krijgen tijdens het remmen, kunnen auto's verder rijden op één lading.
• Milieuvriendelijker: Een betere efficiëntie betekent dat er in totaal minder energie wordt verbruikt en dat de CO2-voetafdruk tijdens de levensduur van de auto kleiner is.
• Betere prestaties: Motoren kunnen kleiner, lichter en krachtiger worden gemaakt, wat leidt tot betere acceleratie en handling.
• Lagere bedrijfskosten: Door minder energie te gebruiken en minder slijtage aan de frictieremmen te hebben, kan de eigenaar geld besparen.

Ik denk dat de toekomst van de ontwikkeling van EV's en hybride voertuigen zich nog meer zal richten op deze basisonderdelen. Nieuwe ideeën over materialen zoals amorfe metalen, samen met betere manieren om ze te maken, zullen motoren steeds efficiënter en energieterugwinningssystemen steeds beter maken.

Hoe krijgen we de meeste energie terug in een auto?

De meeste energie terugkrijgen is een probleem van het hele systeem waarbij de fysieke onderdelen en de software perfect moeten samenwerken. Van wat ik heb gezien, komt het plan neer op een paar belangrijke dingen. Ten eerste het motorontwerp zelf; het gebruik van een synchrone of AC-inductiemotor gebouwd met dunne, hoogwaardige stalen lamellen is een fundamentele en belangrijke stap om een hoogrendement generator te maken. De keuze van het type magneet, zoals een permanente magneet, en hoe de wikkelingen zijn opgesteld spelen ook een grote rol.

Ten tweede moet de remstrategie slim worden geregeld. Het systeem moet de remkracht tussen de elektromotor en de wrijvingsremmen tijdens het rijden veranderen om in alle situaties de grootst mogelijke remenergie op te vangen. Dit vereist slimme besturingsprogramma's die rekening kunnen houden met de snelheid van het voertuig, de gezondheid van de batterij en zelfs met het gedrag van de bestuurder. Tot slot kan de manier waarop iemand rijdt het resultaat beïnvloeden. Soepel rijden en op tijd stoppen laat het regeneratieve remsysteem vaker en beter werken dan snel en hard remmen, waarbij de wrijvingsremmen meer worden gebruikt.

Belangrijke dingen om te onthouden

Laten we ter afsluiting de belangrijkste dingen doornemen die ik in de loop der jaren over dit onderwerp heb geleerd:

• Laminaten zijn essentieel voor goede prestaties: De kern van een elektromotor is gemaakt van dunne, gescheiden stalen lamellen om energieverlies door wervelstromen te beperken.
• Goede prestaties helpen regeneratief remmen: Een motor die beter werkt kan meer kinetische energie omzetten in elektriciteit bij het remmen, waardoor er meer vermogen terug naar de batterij gaat.
• Materiaal en dikte zijn belangrijk: Hoogwaardige materialen zoals kobalt-ijzerlegeringen en dunnere lamineringen verminderen het energieverlies aanzienlijk en verbeteren het koppel.
• Het is een heel systeem: Goede motoronderdelen (laminaten), slimme regelsystemen en handelingen van de bestuurder werken allemaal samen om de meeste energie terug te krijgen.
• De toekomst is efficiënt: Nieuwe ontwikkelingen in lamineringstechnologie zijn essentieel om krachtigere, kleinere en efficiëntere elektrische voertuigen te maken die verder kunnen rijden.