V dnešní době je ale takovéto plýtvání energií neekonomické, a tak se automobilky snaží o její uchování a následné další použití pro provoz vozidla. Mezi základní formy rekuperace pohybové energie patří její uchování ve formě elektřiny v kondenzátorech a bateriích, nebo ve formě kinetické energie za použití setrvačníků. Jde například o systémy KERS používané ve Formulích 1 nebo ve Ferrari LaFerrari. Nejčastěji se ale systém rekuperace za pomocí brzdného systému využívá v hybridních a elektrických vozech. Rekuperace je tedy přeměna kinetické neboli pohybové energie na opět využitelnou elektrickou energii.
Principy a způsoby rekuperace energie
U hybridních a elektrických vozů se při lehkém zmáčknutí brzdového pedálu nezačne hned klasicky brzdit. Místo toho se elektrický motor, který sloužil k pohonu auta, změní na generátor elektřiny, jenž svou rekuperací zpomaluje vozidlo. Dnešní moderní vozidla již zvládají rekuperaci energie i bez nutnosti zmáčknout brzdový pedál. Stačí jen jednoduše sundat nohu z plynu. U těchto vozidel je při troše cviku možné jezdit pouze za pomoci plynového pedálu, protože při běžném provozu brzdí automobil zcela sám.
Závěrem je nutno dodat, že ačkoliv je pocit při řízení takovýchto aut za začátku trochu zvláštní, je potřeba se s ním ztotožnit a vlastně i smířit. Systém rekuperace se totiž nepoužívá jen u hybridů a elektroaut. Válka s emisemi skleníkových plynů hledá nová bojiště se zbytečnými energetickými ztrátami. Protože manévrovací prostor pro snižování spotřeby mechanickými úpravami motoru se stále zužuje, přicházejí na řadu periferie. Jednou z nejperspektivnějších úprav je tzv. inteligentní dobíjení akumulátoru využívající alternátor jen v situacích, kdy má poháněcí agregát „výkonu nazbyt“, zejména při malém zatížení či brzdění motorem. Nastává tzv. rekuperace, tedy přeměna části kinetické (pohybové) energie zpět na využitelnou elektrickou. Ta se ukládá do zásobníku (akumulátoru) a ve vhodný okamžik vrací zpět do elektrické soustavy vozidla.
Praktické ukázky a technické prvky
Je to proces známý již z elektrických a hybridních vozidel, tam je však rekuperovaná energie využívána přímo k pohonu, což s sebou přináší nutnost rozsáhlých úprav. Zatímco ulehčit motoru tím, že jej alternátor bude zatěžovat pouze v určitých okamžicích, zvládne relativně snadno skoro každé moderní auto. Nezbytným předpokladem je spolehlivá a dobře regulovatelná výkonová elektronika. Například v elektrické výbavě Octavie III je alternátor řízen pomocí komunikační sběrnice LIN (Local Interconnect Network). Nová generace alternátorů společně s řízením energetických toků zajišťuje v každém provozním stavu optimální rozdělení energie. Úspornost se pak projeví v menším zatížení spalovacího motoru. U vozů Škoda je navíc rekuperace energie nedílně spojena s funkcí start-stop.
Při jízdě z kopce a zařazené rychlosti se napětí na elektronickém regulátoru alternátoru zvýší nad hodnotu napětí akumulátoru (na asi 15 V). Alternátor pak začne zajišťovat dodávku elektřiny a zároveň maximálně dobíjet baterii. Dojde tak k lepšímu využití kinetické energie, tím, že místo aby se přeměnila v energetické ztráty brzdného účinku, velká část z ní je uchována v akumulátoru a využita později při ustálené jízdě. Tehdy se naopak napětí na regulátoru sníží pod napětí akumulátoru (asi 12 V). Spotřebu elektřiny pak kryje energie uložená v akumulátoru. Magnetické pole rotorového a statorového vinutí alternátoru posune vektor síly odporu do příznivější oblasti zátěžové charakteristiky. Alternátor tak pracuje s nižším odporem, takže z klikové hřídele spalovacího motoru odebírá menší mechanickou energii. Dávkování paliva se elektronicky přizpůsobí sníženému výkonu pohonné jednotky a výsledkem je vyšší hospodárnost provozu. Pokud jde o emise CO2, přináší rekuperace v laboratorním emisním testu NEDC snížení o 2-4 g/km.
Rozdíl je ve vnitřní struktuře - elektrolyt je vázán na skelnou vlákninu, která vzájemně odděluje olověné mřížky elektrod. Moderní technologie akumulátoru má za úkol zajistit co největší dostupnost funkce start-stop a dostatečnou schopnost k uložení elektrické energie při rekuperaci, což zase snižuje spotřebu. Pojem rekuperace se v automobilovém světě často zmiňuje i kvůli systému start-stop a rekuperaci kinetické energie; tento pojem ale souvisí nejen s elektromobily, ale i se spalovacími motory.
Rekuperace v praxi a srovnání vozidel
Praktické testy ukazují, že nejpůsobivější důkazy účinnosti rekuperace poskytují různá měření. Například test ADAC na horském průsmyku Kesselberg (5,5 km, sklon až 10 %) ukazují, že těžké BMW i7 vrátilo z kopce velký podíl energie - celých 50 %. Avšak v celkové spotřebě byl výsledek pro lehčí vůz (Dacia Spring) lepší; BMW i7 sice rekuperaci nabídlo větší, ale celková spotřeba byla vyšší. Třecí destičky se zapojují až ve chvíli, kdy potřebný brzdný účinek přesáhne kapacitu generátoru. Tesla Model Y a řada dalších elektromobilů nabízí jednopedálové řízení a režimy, kdy auto výrazně zpomalí pouhým uvolněním plynového pedálu. Když je baterie nabitá na 90-95 %, systém rekuperaci oslabí nebo vypne, aby nebyla zbytečně překročena kapacita. Studená baterie (pod 0 °C) přijímá energii hůře, proto v zimě většina vozidel snižuje rekuperaci, dokud se baterie neohřeje.
V kontextu širší problematiky je důležité zmínit i praktická doporučení: naučte se surfovat s plynovým pedálem, městský provoz je ideální pro rekuperaci, na dálnici snižte rekuperaci a preferujte režim coasting při konstantní rychlosti. Před jízdou z kopce lze baterii předhřát a využít rekuperaci efektivněji. V budoucnu se počítá s rozvojem superkondenzátorů, které mohou absorbovat energii téměř okamžitě, a s využitím artificiální inteligence (AI) pro predikci dopravní situace a adaptivní řízení rekuperace. Některé vozy, například Hyundai/Kia s radarem a navigací, již dnes naznačují cestu k plně adaptivní rekuperaci, která zohledňuje dopravní situaci.
Yeti Green tec a rekuperace v české praxi
Ačkoliv text výše zahrnuje obecné principy, konkrétním příkladem z české automobilové praxe je model Yeti Green tec s dvoulitrovým turbodieselem a úpravami pro snížení spotřeby. Verze Green tec zahrnuje Start-Stop, rekuperaci kinetické energie s aktivně řízeným akumulátorem a pneumatiky s nízkým valivým odporem. Představeny byly i změny v pohonu a převodovkách, včetně možnosti DSG a variant pro 4x4, které zvyšují hospodárnost a komfort jízdy. Provozní údaje ukazují spotřebu v městském provozu pod sedmi litry a v jízdách mimo město okolo pěti litrů na 100 km, což ilustruje efektivní kombinaci rekuperace a optimalizace pohonu.
tags: #rekuperace #kineticke #energie #yeti