2.7 Более эффективное использование потоков энергии: интеллектуальная система регулирования генератора и регенерация энергии торможения.

Двигатели внутреннего сгорания, используемые на современных автомобилях BMW, гораздо эффективнее, чем силовые агрегаты моделей более ранних поколений. Они потребляют меньше топлива при более высокой мощности.

Тем не менее, и сегодня в энергию движения на практике превращается всего от 25 до 30 процентов энергии, содержащейся в топливе. Гораздо большая часть переходит в тепло, которое используется далеко не полностью. Кроме того, постоянно растет доля мощности двигателя, отбираемая для выработки электроэнергии для бортовой сети. Поэтому все большее значение приобретает целенаправленное управление потоками энергии в автомобиле. Компания BMW разработала интеллектуальную систему регулирования генератора и тем самым создала предпосылки для более эффективного получения и более широкого использования электроэнергии в автомобиле. Инновационная технология бортовой сети включает в себя также систему регенерации энергии торможения.

Эффективная динамика достигается не только благодаря максимально эффективному сгоранию топлива. Только изучение всех потоков энергии и их взаимного влияния может привести к новым решениям. Ведь между импульсом зажигания и передачей усилия на дорогу в современных автомобилях протекает значительно больше процессов, чем одно лишь сгорание топлива в двигателе. В результате этого выделяется тепло, которое в виде ОГ используется для турбонагнетателей, повышающих мощность двигателя, и через теплообменники от охлаждающей жидкости подается для отопления салона, но остальная энергия пропадает. Кроме того, современные автомобили потребляют больше электроэнергии, которая — также в результате сгорания топлива — получается, накапливается и используется с помощью генератора и аккумуляторной батареи. Рост потребления электроэнергии является результатом увеличения количества функций комфорта, а также внедрения все новых компонентов систем безопасности и управления динамикой, таких как система регулирования ходовой части, активное рулевое управление, система управления двигателем и ABS. В рамках концепции рационального управления энергией компания BMW активно работает над максимальным повышением эффективности как получения, так и использования этого вида энергии.

Реальность уже сегодня: интеллектуальное управление энергией.

Управление энергией преследует две цели. Во-первых, общее потребление электроэнергии необходимо ограничить без снижения функциональных возможностей. Во-вторых, целенаправленное управление преобразованием энергии, содержащейся в топливе, в электрический ток должно свести к минимуму потери в общем балансе энергии. В современных моделях BMW уже созданы важные предпосылки для реализации обеих задач. Интеллектуальное управление энергией уже сегодня осуществляется на серийных моделях. Так, новые электрические водяные насосы рядных шестицилиндровых двигателей BMW работают в зависимости от потребности в охлаждении. Это значит, что с максимальной мощностью они работают только при высоких и максимальных скоростях. Сразу после запуска насос не включается. В результате ускоряется прогрев двигателя. Поскольку водяной насос имеет электропривод и не связан с двигателем, он не отбирает у силового агрегата никакой энергии. В целом такой принцип работы позволяет экономить около 2 процентов топлива по результатам европейского теста на допуск к эксплуатации.

Кроме того, компания BMW разработала еще одну систему управления энергией, которая постепенно внедряется на модельных рядах и обеспечивает постоянный контроль состояния аккумуляторной батареи. Датчик АКБ гарантирует, что заряда батареи в любой момент достаточно для нового запуска двигателя. Система своевременно предотвращает перегрузку электропитания и, как следствие, разряд батареи. С этой целью благодаря четко определенным приоритетам управления сокращается подача электроэнергии для функций, предназначенных исключительно для повышения комфорта, например подогрев сидений и кондиционирование воздуха, в результате подается достаточно электроэнергии для функций, важных с точки зрения безопасности, и обеспечивается резерв для следующего запуска двигателя.

Управляемая выработка электроэнергии предотвращает потери энергии.

В будущем система управления будет также выбирать момент времени для преобразования энергии в электрический ток в целях достижения максимально возможной эффективности. Ее центральным элементом является интеллектуальное регулирование генератора, которое координирует управление энергией в зависимости от режима движения. Это решение включает в себя регенерацию энергии торможения и ее использование в виде электроэнергии в обычной бортовой сети. Регулирование генератора основывается на элементах управления бортовой сетью, которые, как и датчик состояния АКБ, уже проверены на практике и предлагаются на всех моделях. Дальнейшие инновации компания BMW также будет своевременно внедрять на всех модельных рядах, чтобы их преимуществами воспользовалось максимальное число клиентов, что приведет к положительному эффекту для всего парка автомобилей.

До сих пор выработка электроэнергии постоянна во всех режимах движения. Генератор имеет постоянный ременный привод от коленчатого вала. В будущем этот процесс будет происходить только тогда, когда мощность двигателя не запрашивается, то есть в режимах принудительного холостого хода и торможения. Таким образом, например, при ускорении основная часть энергии топлива идет на преобразование в кинетическую энергию автомобиля. В это время снабжение электроэнергией бортовой сети полностью берет на себя аккумуляторная батарея. Генератор снова включается только при переходе двигателя в режим принудительного холостого хода или при недостаточном заряде батареи.

Регенерация энергии торможения: тормозная система становится источником энергии.

Целью разработки является генерирование электроэнергии без использования мощности двигателя и, следовательно, без расхода энергии топлива. Недорогая в этом смысле электроэнергия вырабатывается не только в режиме принудительного холостого хода генератором, но и при торможении в результате так называемой рекуперации высвобождаемой при этом энергии. Так, энергия, до сих пор пропадавшая в виде тепла, выделявшегося на тормозных дисках, также будет подаваться в бортовую сеть автомобиля. Тем самым значительно снижается необходимость генерирования электрического тока в режиме тяги двигателя. Непосредственное преобразование топлива в электроэнергию будет происходить только в исключительных случаях. В результате интеллектуального регулирования генератора и регенерации энергии торможения заметно повышается эффективность двигателя и экономичность автомобиля.

Важным условием для управления энергией в зависимости от режима движения является целенаправленное регулирование степени зарядки аккумуляторной батареи. В режиме тяги двигателя в зависимости от условий окружающей среды она заряжается лишь примерно до 80 процентов емкости. При этом в любом случае обеспечивается достаточный резерв для расхода электроэнергии на неподвижном автомобиле и для запуска. Степень зарядки, превышающая это значение, достигается только во время благоприятных с точки зрения выработки энергии режимов принудительного холостого хода и торможения. Полученную в результате энергию можно затем использовать и во время работы двигателя в режиме тяги без включения генератора. Поскольку целенаправленное регулирование повышает число циклов заряда/разряда, интеллектуальную схему регулирования генератора компания BMW использует в сочетании с современными аккумуляторными батареями, выполненными по технологии AGM (Absorbent Glass Mat). Они рассчитаны на гораздо большую нагрузку, чем традиционные свинцово-кислотные батареи. В батареях типа AGM электролит абсорбирован в сепараторе из микростекловолокна между свинцовыми пластинами. Они в течение длительного времени сохраняют способность к накоплению энергии, в том числе при частом заряде/разряде.

При торможении возникает электрический ток, при нажатии педали акселератора — чистая динамика.

Использование системы интеллектуального регулирования генератора с регенерацией энергии торможения на практике дает двойное преимущество. Во-первых, целенаправленное управление выработкой электроэнергии по результатам европейского теста на допуск к эксплуатации обеспечивает снижение расхода топлива примерно на 3 процента. Во-вторых, непосредственное преимущество в режимах тяги дает выключение генератора. При разгоне в распоряжении водителя находится больший крутящий момент. Таким образом, интеллектуальное управление энергией в духе концепции эффективной динамики способствуют повышению экономичности и удовольствия от вождения.

Такая система управления электроэнергией таит в себе значительный потенциал для повышения экономичности современных автомобилей. При этом необходимо минимизировать потери, повысить регенерацию энергии и разгрузить механический процесс так, чтобы максимальная часть потенциальной энергии топлива превращалась в энергию движения. Каждая мера в отдельности способна существенно сократить расход топлива. Кроме того, сочетание этих мер повышает динамичность. Поэтому общая концепция управления энергией, которой придерживается компания BMW, позволяет надеяться, что будущие поколения автомобилей достигнут весьма значительного прогресса в области эффективной динамики. Интеллектуальная система регулирования генератора с регенерацией энергии торможения к тому же можно применять на всех моделях BMW. Таким образом, ее экономическими и экологическими преимуществами сразу сможет пользоваться большое количество клиентов.