Hvad er regenerativ bremsning i lithiumbatterier?

De første to måneder med at køre en elbil blev jeg ved med at slingre frem, hver gang jeg løftede speederen. Følte som at stoppe en manual. Det tog lidt tid at genoptræne min højre fod. Nu, når jeg kører en lejet gasbil, føles kysten forkert, som om bremserne er i stykker.

Regen er motoren, der kører baglæns. Når du accelererer, trækker motoren strøm fra pakningen og drejer hjulene. Når du sænker farten, drejer hjulene motoren i stedet. Motor bliver en generator. Strømmen går tilbage til batteriet. Ikke kompliceret.

Marketingafdelinger elsker at give omkring 30 % effektivitetsgevinst. Den virkelige verden er mere rodet. Jeg data-loggede min Model 3 i seks måneders pendling i Atlanta. Blandet motorvej og overfladegader, moderat trafik. Regen genvundne omkring 18 % af den energi, jeg lagde ind. Ikke 30.

Bykørsel klarer sig bedre. Stop and go betyder flere bremsebegivenheder. En ven, der leverer til Amazon i en Rivian varevogn, ser 25 % eller mere. Han stopper konstant. Motorvejscruising med 70 mph rører næsten ikke bremserne. Regen gør næsten intet for dig der.

Tallet på 30 % kommer fra ideelle testcyklusser. Gentagne stop fra 60 mph med maksimal regen. Ingen kører sådan.

Bjergkørsel er undtagelsen. Da jeg kom ned fra Asheville sidste efterår, så jeg batteriet stige fra 54% til 71% over omkring 40 miles af nedstigning. Det føltes som gratis energi. Selvfølgelig brændte jeg den op.

Regenerative Braking

Dette er den del, ingen forklarer godt, før du køber en elbil.

Lithiumceller kan ikke lide at acceptere ladning, når de er kolde. Ionerne bevæger sig for langsomt. Tving strøm ind i en kold celle, og du får lithiumbelægning på anoden. Varig skade. Så BMS skærer regen, når pakningen er kold.

Hvor koldt? Varierer efter producent. Min bil dræber stort set regen under 20 grader F. Mellem 20 og 45 grader F er den reduceret, måske halv styrke. Det føles som om bremserne holdt op med at virke første gang du oplever det. Du trykker på pedalen og forventer kraftig deceleration, og bilen ruller bare. Friktionsbremserne fanger dig, men der er et mentalt hul.

Tesla tilføjede en forkonditioneringsfunktion, der varmer batteriet, hvis du indstiller navigationen til en Supercharger. Fungerer godt til DC hurtig opladning. Gør intet for din morgenpendling, fordi pakken stadig er kold, når du tager afsted. Nogle ejere kører kabinevarmeren i 20 minutter før afgang bare for at varme batteriet op. Spilder energi for at spare energi. Regnestykket virker ikke altid.

Hyundai og Kia ser ud til at have fundet ud af dette bedre. Ioniq 5 bruger batteriopvarmning mere aggressivt. Ejere i Minnesota rapporterer brugbar regen ned til lavere temperaturer end Tesla. Kunne være kemi forskel, kunne være software tuning. Kia vil ikke sige.

Oplad til 100 % og kør ned ad bakke. Hvor bliver regenenergien af?

Ingen steder. BMS blokerer det. Batteriet er fuldt. En fuld lithiumcelle kan ikke acceptere mere opladning uden skade. Så bilen dumper den ekstra last til friktionsbremserne. Eller i nogle køretøjer spredes det gennem en modstand som varme. Uanset hvad mister du energien.

Jeg lærte dette på den hårde måde, da jeg forlod et skisportssted. Opladet til 100 % natten før for at maksimere rækkevidden. Gik ned med 7% i 12 miles. Regen var stort set uden for hele nedstigningen. Kørte friktionsbremserne hårdere end jeg ville. Puderne blev varme nok til at lugte.

Start dine bjergture ved 80 % eller mindre, hvis der er betydelige ned ad bakke i begyndelsen. Foraene er fulde af mennesker, der fandt ud af dette efter at have kogt deres bremser.

Nogle nyere køretøjer er klogere på dette. Lucid Air vil faktisk holde opladningen under 100%, hvis den ved fra navigationen, at en lang nedstigning er på vej. Bør være standard på alle elbiler. Det er det ikke.

Regenerative Braking

Kort svar, sandsynligvis ikke.

Ladningsimpulserne fra regen er korte. Et halvt sekund til måske ti sekunder. Så et hul. Så endnu en puls. Dette tænd-fra-mønster adskiller sig fra at tilslutte en oplader og skubbe konstant strøm i en time.

Nogle forskere ved NREL offentliggjorde data i 2022, der tyder på, at pulserende opladning faktisk kan være skånsommere for celler end konstant strøm. Hvileperioderne lader lithium-ioner omfordele inde i elektroden. Mindre koncentrationsgradientstress. Avisen handlede ikke specifikt om regen, men ladningsprofilerne er ens.

Flådedata fra taxaselskaber, der kører Model 3 i New York, viser ingen målbar forskel i nedbrydning mellem chauffører med høj-regen og lav-regen. Pakkens sundhed ved 150.000 miles varierede mere med DC-hurtigopladningsfrekvens og klima end med regen-vaner. Prøvestørrelsen var dog kun omkring 40 biler. Ikke afgørende.

Jeg har talt med et par batteriingeniører om dette. Konsensus synes at være, at regenstrømsniveauer er inden for den sikre kontinuerlige vurdering for moderne EV-celler. En 75 kWh-pakke, der får en 50 kW regen-puls, er kun 0,67C. Det er ingenting. Din telefonoplader rammer sandsynligvis 1C.

Det, der dræber lithium-batterier, er varme og tid ved høj ladetilstand. Regen bidrager heller ikke meget til. Om noget reducerer det top-SOC-eksponering ved at genvinde energi, som du ellers skulle tilslutte til.

En pedalkørsel betyder stærk regeneration i det øjeblik, du løfter speederen. Du kan køre rundt i byen uden at røre bremsepedalen undtagen ved fuld stop. BMW i3 var banebrydende for dette. Tesla kopierede det. De fleste elbiler tilbyder det nu som en mulighed.

Blandede systemer føles mere som en normal bil. Friløb, når du løfter, regener kun, når du trykker på bremsen. Bilen blander regenerativ og friktionsbremsning problemfrit. Du mærker ikke overgangen.

Hvilken er bedre? Kommer an på hvad du holder af.

En pedal genvinder mere energi. Simpel fysik. Du decelererer med regen over en længere distance. Blended mode spilder friktionsdelen til luftmodstand og rullefriktion.

Blended er lettere for passagererne. Min kone bliver bilsyg af en pedalkørsel. Den konstante acceleration-decel-accel-decel generer hende. Når hun er i bilen skifter jeg til blended mode. Blødere tur, mindre regen, alle er gladere.

Bremseklodsernes levetid er dramatisk bedre med én pedal. Jeg har kørt 48.000 miles på originale puder, og de ser næsten ikke slidte ud. En mekaniker fortalte mig, at han har set Teslaer køre 100,000+ miles på det første sæt puder. Puderne virker stort set kun under de sidste par mph af et stop og i paniksituationer. Ulempen er, at rotorerne kan udvikle overfladerust ved manglende brug. Nogle forhandlere anbefaler lejlighedsvis hård opbremsning for at rense dem.

Regen-adfærd ved meget lave hastigheder varierer voldsomt mellem producenterne.

De fleste elbiler fader ud regen under omkring 5 mph. Motoren kan ikke generere nyttig strøm i gangtempo. Friktionen tager over. Men overgangspunktet og hvor glat det føles er forskelligt.

Porsche Taycan har den glatteste lavhastighedsregen, jeg har oplevet. Audi e-tron GT også, samme platform. Der foregår en tysk ingeniørting der. Tesla er anstændig, men ikke så poleret. Nogle af de billigere elbiler føles rykkede i den overgangszone. Chevy Bolt fik tidligt klager over dette. Senere softwareopdateringer hjalp.

Traction control interaktioner bliver interessante på glatte overflader. Regen anvender kun bremsekraft på drivhjulene. På en bag-drevet elbil betyder det, at bagbremser kun er fra regen. Slå isen, mens du decelererer, og bagenden kan træde ud. De fleste stabilitetskontrolsystemer vil skære regen, hvis de registrerer glidning. Nogle gør det bedre end andre.

Jeg har aldrig haft problemer, men jeg har læst beretninger om tidlige Model S-ejere, der snurrede ud på sne, da den aggressive regen overvældede trækkraften bagtil. Tesla har angiveligt indstillet dette bedre i senere software. Svært at verificere.

Regenerative Braking

Regen er en af de faktiske fordele elbiler har i forhold til forbrænding. Du får energi tilbage, som ellers ville blive til bremsestøv og varme. Gevinsten i den virkelige verden er mindre, end brochurerne hævder, men stadig meningsfulde, især i stop-and-go-trafik.

Det kolde vejr og begrænsninger for fuldt batteri er ægte og irriterende. Planlæg omkring dem eller lev med reduceret effektivitet. Afvejningen for ikke at købe gas er at beskæftige sig med batterikemi særheder.

Det tager omkring en måned at justere din kørestil. Herefter føles det normalt. At gå tilbage til en benzinbil føles primitivt. Det er regenkrogen.