कैसे पुनर्योजी ब्रेक लगाना इलेक्ट्रिक वाहनों में काम करता है

ब्रेक लगाना वाहन के महत्वपूर्ण पहलुओं में से एक है। मैकेनिकल ब्रेकिंग सिस्टम जो हम अपने वाहनों में उपयोग करते हैं, उसमें गर्मी के रूप में वाहन की गतिज ऊर्जा को बर्बाद करने का एक बड़ा दोष है। यह ईंधन की अर्थव्यवस्था को प्रभावित करके वाहन की समग्र दक्षता को नीचे लाता है। शहरी ड्राइव चक्र में, हम राजमार्ग ड्राइव चक्र की तुलना में वाहन को अधिक बार शुरू और बंद करते हैं। जैसा कि हम शहरी ड्राइव चक्र में अक्सर ब्रेक लगाते हैं, ऊर्जा की हानि अधिक होती है। इंजीनियर पुनर्योजी ब्रेकिंग सिस्टम के साथ आएपारंपरिक ब्रेकिंग विधि में ब्रेक लगाने के दौरान गर्मी के रूप में विघटित होने वाली गतिज ऊर्जा को पुनर्प्राप्त करना। भौतिकी के नियमों के अनुसार, हम सभी गतिज ऊर्जा को पुनर्प्राप्त नहीं कर सकते हैं जो खो गई है, लेकिन अभी भी महत्वपूर्ण मात्रा में गतिज ऊर्जा को परिवर्तित किया जा सकता है और बैटरी या सुपरकैपेसिटर में संग्रहीत किया जा सकता है। बरामद ऊर्जा पारंपरिक वाहनों में ईंधन की अर्थव्यवस्था में सुधार करने में मदद करती है और इलेक्ट्रिक वाहनों में सीमा का विस्तार करने में मदद करती है। यह ध्यान रखना है कि पुनर्योजी ब्रेकिंग की प्रक्रिया में गतिज ऊर्जा को पुनर्प्राप्त करते समय नुकसान होता है। आगे जाने से पहले आप ईवीएस पर अन्य रोचक लेख भी देख सकते हैं:

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पुनर्योजी ब्रेकिंग की अवधारणा को फ्लाई व्हील्स का उपयोग करके पारंपरिक वाहनों में लागू किया जा सकता है । फ्लाईव्हील उच्च जड़ता के साथ डिस्क हैं जो बहुत तेज गति से घूमते हैं। वे ब्रेकिंग के दौरान वाहन की गतिज ऊर्जा को ऊपर (भंडारण) करके एक यांत्रिक ऊर्जा भंडारण उपकरण के रूप में कार्य करते हैं। ब्रेकिंग प्रक्रिया के दौरान बरामद ऊर्जा का उपयोग वाहन को स्टार्ट-अप या हिल-हिल के दौरान सहायता के लिए किया जा सकता है।

इलेक्ट्रिक वाहनों में, हम पुनर्योजी ब्रेकिंग को इलेक्ट्रॉनिक रूप से अधिक कुशल तरीके से शामिल कर सकते हैं। यह भारी चक्का की आवश्यकता को कम करेगा, जो वाहन के कुल वजन में अतिरिक्त वजन जोड़ता है। इलेक्ट्रिक वाहनों में उपयोगकर्ताओं के बीच रेंज चिंता की एक अंतर्निहित समस्या है। यद्यपि शहरी ड्राइव चक्र में वाहन की औसत गति लगभग 25-40 किमी प्रति घंटा है, अक्सर तेजी और ब्रेकिंग से बैटरी जल्दी निकल जाती है। हम जानते हैं कि मोटर कुछ शर्तों के तहत एक जनरेटर के रूप में कार्य कर सकते हैं। इस सुविधा का उपयोग करके, वाहन की गतिज ऊर्जा को बर्बाद होने से रोका जा सकता है। जब हम इलेक्ट्रिक वाहनों में ब्रेक लगाते हैं, तो मोटर नियंत्रक (ब्रेक पेडल सेंसर आउटपुट) प्रदर्शन को कम करता है या मोटर को रोकता है। इस ऑपरेशन के दौरान, मोटर नियंत्रक को डिज़ाइन किया गया हैगतिज ऊर्जा को पुनर्प्राप्त करें और इसे बैटरी या कैपेसिटर बैंकों में संग्रहीत करें । पुनर्योजी ब्रेकिंग इलेक्ट्रिक वाहन की सीमा को 8-25% तक बढ़ाने में मदद करता है। ऊर्जा बचाने और सीमा को बढ़ाने के अलावा, यह ब्रेकिंग ऑपरेशन के प्रभावी नियंत्रण में भी मदद करता है।

मैकेनिकल ब्रेकिंग सिस्टम में, जब हम ब्रेक पेडल दबाते हैं, तो पहिया पर एक उल्टा टॉर्क होता है। इसी तरह, पुनर्योजी ब्रेकिंग मोड में, मोटर नियंत्रक की मदद से मोटर में एक नकारात्मक टोक़ (गति के विपरीत) की शुरुआत करके वाहन की गति कम हो जाती है। कभी-कभी लोग भ्रमित हो जाते हैं जब वे इस अवधारणा की कल्पना करते हैं कि पुनर्योजी ब्रेकिंग मोड के तहत मोटर एक जनरेटर के रूप में कार्य करता है जब यह रिवर्स दिशा में घूमता है। इस लेख में, कोई यह समझ सकता है कि इलेक्ट्रिक वाहनों में पुनर्योजी ब्रेकिंग पद्धति के माध्यम से गतिज ऊर्जा को कैसे पुनर्प्राप्त किया जाए।

कैसे एक मोटर जनरेटर के रूप में कार्य करता है

सबसे पहले, हम यह समझने पर ध्यान केंद्रित करेंगे कि एक जनरेटर के रूप में मोटर कैसे कार्य कर सकता है। हम सभी ने लाइन फॉलोअर जैसे रोबोटिक्स एप्लिकेशन में परमानेंट मैग्नेट डीसी मोटर का इस्तेमाल किया है। जब मोटर से जुड़ा रोबोट का पहिया स्वतंत्र रूप से (बाहरी रूप से हाथ से) घुमाया जाता है, तो कभी-कभी मोटर चालक आईसी क्षतिग्रस्त हो जाता है। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि मोटर एक जनरेटर के रूप में कार्य करता है, और पीछे की ओर उत्पन्न EMF (अधिक परिमाण का वोल्टेज) चालक IC के पार लगाया जाता है, जो इसे नुकसान पहुंचाता है। जब हम इन मोटर्स में आर्मेचर को घुमाते हैं, तो यह स्थायी मैग्नेट से फ्लक्स को काट देता है। इसके परिणामस्वरूप, प्रवाह में परिवर्तन का विरोध करने के लिए ईएमएफ प्रेरित होता है। इसलिए, हम मोटर के टर्मिनलों पर एक वोल्टेज को माप सकते हैं। इसका कारण यह है कि पीछे EMF रोटर गति (आरपीएम) का एक कार्य है। जब आरपीएम अधिक होता है और यदि उत्पन्न ईएमएफ आपूर्ति वोल्टेज से अधिक होता है, तो मोटर एक जनरेटर के रूप में कार्य करता है। आइये अब देखते हैंब्रेकिंग के कारण ऊर्जा हानि से बचने के लिए इलेक्ट्रिक वाहनों में यह सिद्धांत कैसे काम करता है ।

जब मोटर वाहन को गति देता है, तो इससे जुड़ी गतिज ऊर्जा वेग के एक वर्ग के रूप में बढ़ जाती है। कोस्टिंग के दौरान, वाहन को आराम आता है जब गतिज ऊर्जा शून्य हो जाती है। जब हम इलेक्ट्रिक वाहन में ब्रेक लगाते हैं, तो मोटर नियंत्रक इस तरह से संचालित होता है कि मोटर को आराम करने या उसकी गति कम करने के लिए लाया जाता है। इसमें घुमाव की दिशा में मोटर टोक़ की दिशा को उलट देना शामिल है। इस प्रक्रिया के दौरान, ड्राइव एक्सल से जुड़ा मोटर का रोटर मोटर में ईएमएफ उत्पन्न करता है (जनरेटर के रोटर को चलाने वाले प्राइम मूवर / टरबाइन के अनुरूप)। जब उत्पन्न EMF संधारित्र बैंक के वोल्टेज से अधिक होता है, तो बिजली मोटर से बैंक में प्रवाहित होती है। इस प्रकार बरामद ऊर्जा को बैटरी या कैपेसिटर बैंक में संग्रहित किया जाता है।

कैसे पुनर्योजी ब्रेक लगाना इलेक्ट्रिक वाहन में काम करता है

आइए हम विचार करें कि एक कार में तीन चरण एसी इंडक्शन मोटर होती है जो उसके प्रणोदन के लिए मोटर होती है। मोटर विशेषताओं से, हम जानते हैं कि जब तीन-चरण प्रेरण मोटर अपनी तुल्यकालिक गति से ऊपर चलता है, तो पर्ची नकारात्मक हो जाती है और मोटर जनरेटर (अल्टरनेटर) के रूप में कार्य करता है। व्यावहारिक परिस्थितियों में, एक प्रेरण मोटर की गति हमेशा तुल्यकालिक गति से कम होती है। तुल्यकालिक गतितीन चरण आपूर्ति की बातचीत के कारण उत्पादित स्टेटर के घूर्णन चुंबकीय क्षेत्र की गति है। मोटर शुरू करने के समय, रोटर में प्रेरित ईएमएफ अधिकतम होता है। जैसा कि मोटर घूर्णन शुरू करती है ईएमएफ प्रेरित पर्ची के कार्य के रूप में घट जाती है। जब रोटर की गति समकालिक गति तक पहुंचती है, तो ईएमएफ प्रेरित शून्य होता है। इस बिंदु पर, यदि हम इस गति से ऊपर रोटर को घुमाने की कोशिश करते हैं, तो ईएमएफ प्रेरित होगा। इस मामले में, मोटर सक्रिय बिजली की आपूर्ति मुख्य या आपूर्ति को वापस करता है। हम वाहन की गति को कम करने के लिए ब्रेक लगाते हैं। इस मामले में, हम रोटर की गति को तुल्यकालिक गति से अधिक होने की उम्मीद नहीं कर सकते हैं। यह वह जगह है जहां मोटर नियंत्रक की भूमिका तस्वीर में आती है। समझ के उद्देश्य के लिए, हम नीचे दिए गए उदाहरण की तरह कल्पना कर सकते हैं।

मान लें कि मोटर 5900 आरपीएम पर घूम रहा है और आपूर्ति आवृत्ति 200 हर्ट्ज है जब हम ब्रेक लगाते हैं तो हमें आरपीएम को कम करना होगा या इसे शून्य पर लाना होगा। नियंत्रक ब्रेक पेडल सेंसर से इनपुट के अनुसार कार्य करता है और उस ऑपरेशन को करता है। इस प्रक्रिया के दौरान, नियंत्रक 80 हर्ट्ज की तरह 200 हर्ट्ज से कम आपूर्ति आवृत्ति निर्धारित करेगा। इसलिए मोटर की समकालिक गति 2400 आरपीएम हो जाती है। मोटर नियंत्रक परिप्रेक्ष्य से, मोटर की गति इसकी तुल्यकालिक गति से अधिक है। जैसा कि हम ब्रेकिंग ऑपरेशन के दौरान गति को कम कर रहे हैं, मोटर अब एक जनरेटर के रूप में कार्य करता है जब तक कि आरपीएम 2400 तक कम नहीं हो जाता। इस अवधि के दौरान, हम मोटर से बिजली निकाल सकते हैं और इसे बैटरी या कैपेसिटर बैंक में स्टोर कर सकते हैं।यह ध्यान रखना है कि बैटरी पुनर्योजी ब्रेकिंग प्रक्रिया के दौरान तीन चरण प्रेरण मोटर्स को बिजली की आपूर्ति जारी रखती है। इसकी वजह यह है कि सप्लाई बंद होने पर इंडक्शन मोटर्स में मैग्नेटिक फ्लक्स सोर्स नहीं होता है। इसलिए मोटर जब जनरेटर के रूप में कार्य करता है तो फ्लक्स लिंकेज को स्थापित करने के लिए आपूर्ति से प्रतिक्रियाशील शक्ति खींचता है और सक्रिय शक्ति को वापस आपूर्ति करता है। विभिन्न मोटर्स के लिए, पुनर्योजी ब्रेकिंग के दौरान गतिज ऊर्जा को पुनर्प्राप्त करने का सिद्धांत अलग है। स्थायी चुंबक मोटर्स किसी भी बिजली की आपूर्ति के बिना एक जनरेटर के रूप में कार्य कर सकते हैं क्योंकि इसमें चुंबकीय प्रवाह का उत्पादन करने के लिए रोटर में मैग्नेट होते हैं। इसी प्रकार कुछ मोटरों में अवशिष्ट चुंबकत्व होता है जो चुंबकीय प्रवाह बनाने के लिए आवश्यक बाहरी उत्तेजना को समाप्त करता है।इसकी वजह यह है कि सप्लाई बंद होने पर इंडक्शन मोटर्स में मैग्नेटिक फ्लक्स सोर्स नहीं होता है। इसलिए मोटर जब जनरेटर के रूप में कार्य करता है तो फ्लक्स लिंकेज को स्थापित करने के लिए आपूर्ति से प्रतिक्रियाशील शक्ति खींचता है और सक्रिय शक्ति को वापस आपूर्ति करता है। विभिन्न मोटर्स के लिए, पुनर्योजी ब्रेकिंग के दौरान गतिज ऊर्जा को पुनर्प्राप्त करने का सिद्धांत अलग है। स्थायी चुंबक मोटर्स किसी भी बिजली की आपूर्ति के बिना एक जनरेटर के रूप में कार्य कर सकते हैं क्योंकि इसमें चुंबकीय प्रवाह का उत्पादन करने के लिए रोटर में मैग्नेट होते हैं। इसी प्रकार कुछ मोटरों में अवशिष्ट चुंबकत्व होता है जो चुंबकीय प्रवाह बनाने के लिए आवश्यक बाहरी उत्तेजना को समाप्त करता है।इसकी वजह यह है कि सप्लाई बंद होने पर इंडक्शन मोटर्स में मैग्नेटिक फ्लक्स सोर्स नहीं होता है। इसलिए मोटर जब जनरेटर के रूप में कार्य करता है तो फ्लक्स लिंकेज को स्थापित करने के लिए आपूर्ति से प्रतिक्रियाशील शक्ति खींचता है और सक्रिय शक्ति को वापस आपूर्ति करता है। विभिन्न मोटर्स के लिए, पुनर्योजी ब्रेकिंग के दौरान गतिज ऊर्जा को पुनर्प्राप्त करने का सिद्धांत अलग है। स्थायी चुंबक मोटर्स किसी भी बिजली की आपूर्ति के बिना एक जनरेटर के रूप में कार्य कर सकते हैं क्योंकि इसमें चुंबकीय प्रवाह का उत्पादन करने के लिए रोटर में मैग्नेट होते हैं। इसी प्रकार कुछ मोटरों में अवशिष्ट चुंबकत्व होता है जो चुंबकीय प्रवाह बनाने के लिए आवश्यक बाहरी उत्तेजना को समाप्त करता है।पुनर्योजी ब्रेकिंग के दौरान गतिज ऊर्जा को पुनर्प्राप्त करने का सिद्धांत अलग है। स्थायी चुंबक मोटर्स किसी भी बिजली की आपूर्ति के बिना एक जनरेटर के रूप में कार्य कर सकते हैं क्योंकि इसमें चुंबकीय प्रवाह का उत्पादन करने के लिए रोटर में मैग्नेट होते हैं। इसी प्रकार कुछ मोटरों में अवशिष्ट चुंबकत्व होता है जो चुंबकीय प्रवाह बनाने के लिए आवश्यक बाहरी उत्तेजना को समाप्त करता है।पुनर्योजी ब्रेकिंग के दौरान गतिज ऊर्जा को पुनर्प्राप्त करने का सिद्धांत अलग है। स्थायी चुंबक मोटर्स किसी भी बिजली की आपूर्ति के बिना एक जनरेटर के रूप में कार्य कर सकते हैं क्योंकि इसमें चुंबकीय प्रवाह का उत्पादन करने के लिए रोटर में मैग्नेट होते हैं। इसी प्रकार कुछ मोटरों में अवशिष्ट चुंबकत्व होता है जो चुंबकीय प्रवाह बनाने के लिए आवश्यक बाहरी उत्तेजना को समाप्त करता है।

अधिकांश इलेक्ट्रिक वाहनों में, इलेक्ट्रिक मोटर केवल सिंगल ड्राइव एक्सल (ज्यादातर रियर-व्हील ड्राइव एक्सल) से जुड़ा होता है। इस मामले में, हमें सामने के पहियों के लिए एक मैकेनिकल ब्रेकिंग सिस्टम (हाइड्रोलिक ब्रेकिंग) नियोजित करने की आवश्यकता है। इसका मतलब है कि नियंत्रक को ब्रेक लगाने के दौरान यांत्रिक और इलेक्ट्रॉनिक ब्रेकिंग सिस्टम दोनों के बीच समन्वय बनाए रखना होगा।

क्या पुनर्योजी ब्रेक लगाना सभी इलेक्ट्रिक वाहनों में लागू होने योग्य है?

पुनर्योजी ब्रेकिंग विधि की अवधारणा में ऊर्जा की पुनरावृत्ति क्षमता में कोई संदेह नहीं है, लेकिन इसकी कुछ सीमाएं भी हैं । जैसा कि पहले कहा गया है, जिस दर पर बैटरी चार्ज कर सकती है वह उस दर की तुलना में धीमी है जिस पर वह निर्वहन कर सकती है। यह पुनर्प्राप्त ऊर्जा की मात्रा को सीमित करता है जो बैटरी अचानक ब्रेकिंग (तेज मंदी) के दौरान स्टोर कर सकती हैं। पूरी तरह से चार्ज की गई परिस्थितियों में पुनर्योजी ब्रेकिंग का उपयोग करना उचित नहीं है । ऐसा इसलिए है क्योंकि ओवरचार्जिंग बैटरी को नुकसान पहुंचा सकती है, लेकिन इलेक्ट्रॉनिक सर्किट इसे ओवरचार्जिंग से बचाता है। इस मामले में, कैपेसिटर बैंक ऊर्जा को स्टोर कर सकता है और सीमा को विस्तारित करने में मदद कर सकता है। यदि यह नहीं है, तो वाहन को रोकने के लिए यांत्रिक ब्रेक लगाए जाते हैं।

हम जानते हैं कि गतिज ऊर्जा 0.5 * m * v ² द्वारा दी जाती है । हम जो ऊर्जा प्राप्त कर सकते हैं, वह वाहन के द्रव्यमान और उस गति पर निर्भर करता है जिस पर वह यात्रा कर रहा है। इलेक्ट्रिक कारों, इलेक्ट्रिक बसों और ट्रकों जैसे भारी वाहनों में कुल द्रव्यमान अधिक है। शहरी ड्राइव चक्र में, ये भारी वाहन कम गति पर मंडराते हुए त्वरण के बाद बड़ी गति प्राप्त करेंगे। ब्रेकिंग के दौरान, गतिज ऊर्जा उपलब्ध होती है जब एक ही गति से यात्रा करने वाले इलेक्ट्रिक स्कूटर की तुलना में। इसलिए, पुनर्योजी ब्रेकिंग की प्रभावशीलता इलेक्ट्रिक कारों, बसों और अन्य भारी वाहनों में अधिक है। हालाँकि कुछ इलेक्ट्रिक स्कूटरों में पुनर्योजी ब्रेकिंग की सुविधा होती है, लेकिन सिस्टम पर इसका प्रभाव (पुनर्प्राप्त ऊर्जा की मात्रा, या विस्तारित सीमा) इलेक्ट्रिक कारों की तरह प्रभावी नहीं है।

कैपेसिटर बैंक या अल्ट्रा कैपेसिटर की आवश्यकता

ब्रेकिंग के दौरान, हमें वाहन की गति को तुरंत रोकने या कम करने की आवश्यकता है। इसलिए उस इंस्टैंट पर ब्रेकिंग ऑपरेशन थोड़े समय के लिए होता है। बैटरी चार्जिंग समय पर एक सीमा होती है हम एक बार में अधिक ऊर्जा डंप नहीं कर सकते क्योंकि यह बैटरी को खराब कर देगा। इसके अलावा, बार-बार चार्ज करने और बैटरी के डिस्चार्ज करने से भी बैटरी की लाइफ कम हो जाती है। इनसे बचने के लिए, हम सिस्टम में कैपेसिटर बैंक या अल्ट्रा-कैपेसिटर जोड़ते हैं। अल्ट्रा कैपेसिटर या सुपर कैपेसिटर किसी भी प्रदर्शन में गिरावट के बिना कई चक्रों के लिए निर्वहन और चार्ज कर सकते हैं, जो बैटरी के जीवन को बढ़ाने में मदद करता है। अल्ट्रा कैपेसिटर की तेजी से प्रतिक्रिया होती है, जो पुनर्योजी ब्रेकिंग ऑपरेशन के दौरान ऊर्जा चोटियों / उछाल को प्रभावी ढंग से पकड़ने में मदद करता है।अल्ट्रा कैपेसिटर चुनने का कारण यह है कि यह इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर की तुलना में 20 गुना अधिक ऊर्जा स्टोर कर सकता है। इस प्रणाली में एक डीसी से डीसी कनवर्टर होता है। त्वरण के दौरान, बूस्ट ऑपरेशन संधारित्र को थ्रेशोल्ड मान तक डिस्चार्ज करने की अनुमति देता है। मंदी (यानी ब्रेकिंग) के दौरान हिरन का ऑपरेशन संधारित्र को चार्ज करने की अनुमति देता है। अल्ट्रा कैपेसिटर की अच्छी क्षणिक प्रतिक्रिया होती है, जो वाहन के शुरू होने के दौरान उपयोगी होती है। बैटरी के अलावा बरामद ऊर्जा को संग्रहीत करके, यह वाहन की सीमा को विस्तारित करने में मदद कर सकता है और बूस्ट सर्किट की सहायता से अचानक त्वरण का समर्थन भी कर सकता है।ब्रेकिंग) हिरन ऑपरेशन संधारित्र को चार्ज करने की अनुमति देता है। अल्ट्रा कैपेसिटर की अच्छी क्षणिक प्रतिक्रिया होती है, जो वाहन के शुरू होने के दौरान उपयोगी होती है। बैटरी के अलावा बरामद ऊर्जा को संग्रहीत करके, यह वाहन की सीमा को विस्तारित करने में मदद कर सकता है और बूस्ट सर्किट की सहायता से अचानक त्वरण का समर्थन भी कर सकता है।ब्रेकिंग) हिरन ऑपरेशन संधारित्र को चार्ज करने की अनुमति देता है। अल्ट्रा कैपेसिटर की अच्छी क्षणिक प्रतिक्रिया होती है, जो वाहन के शुरू होने के दौरान उपयोगी होती है। बैटरी के अलावा बरामद ऊर्जा को संग्रहीत करके, यह वाहन की सीमा को विस्तारित करने में मदद कर सकता है और बूस्ट सर्किट की सहायता से अचानक त्वरण का समर्थन भी कर सकता है।