ממחזרים את אנרגיית הבלימה

משאית דיזל כבדה צורכת ליטר דלק כל חמישה ק"מ בערך. זאת כמות עצומה של דלק שמופקת מנפט ויוצרת פליטת CO2, זיהום אוויר ורעש. חלק נכבד מהאנרגיה העצומה הזאת הוא למעשה בזבוז של אנרגיה. מנוע הדיזל עובד כל הזמן (גם כשאין צורך בעבודה), ומערכת הקירור שלו גורמת נצילות אנרגטית נמוכה של כ-44%. זה אומנם הרבה יותר טוב ממנוע בנזין, אולם עדיין מדובר בבזבוז אנרגטי רב.

ומה לגבי העצירות וההאצות? עצירת משאית דוהרת היא משימה קשה. נדרש להפעיל את הבלמים, אלו יוצרים חיכוך, והמשאית נעצרת לאיטה. החיכוך הזה מלווה בחום רב ובשחיקה של רפידות הבלם, ובשורה התחתונה מסתתר שם איבוד של הרבה אנרגיה. לכך נלווה בלאי של רפידות הבלמים ובלאי של הצמיגים. מבחינת חברת התובלה, כל בלימה של כל משאית היא הגדלת ההוצאות. בצי של משאיות העלויות האלו מסתכמות בסכומים גדולים ובעלי משמעות.

מיחזור אנרגיית בלימה במשאיות חשמליות

הטכנולוגיה של בלימה רגנרטיבית (מיחזור אנרגיה חשמלית בבלימה) נפוצה מאוד בשוק הרכב החשמלי, והחידוש האחרון הוא שבלימה רגנרטיבית מתחילה להשיג דריסת רגל בקרב יצרני המשאיות כבדות. כיוון שכך, הבנת הטכנולוגיה וחידושיה הכרחית הן למפעילי ציי התובלה והן ליצרנים ולמוסכי השירות.

ככל ששיעורי האימוץ של משאיות היברידיות וחשמליות ממשיך לגדול, כך כולם ייחשפו להרבה מערכות וטכנולוגיות לא מוכרות, המשתפרות ומתעדכנות כל העת. בלימה רגנרטיבית לוכדת אנרגיה קינטית שנוצרת בעת הבלימה וממירה אותה לחשמל. האנרגיה הזאת מנותבת לאחר מכן דרך מנוע חשמלי אל סוללות הרכב, ומרחיבה את טווח הנסיעה שלהן. בלימה רגנרטיבית היא כמעט סטנדרטית במכוניות היברידיות וחשמליות, וככל שיצרני המשאיות ממשיכים להפיץ את הדגמים החשמליים מהדור הראשון שלהם, הטכנולוגיה מתחילה להתפשט גם לתחום התובלה הבינעירונית והכבדה.

אמאיה ג'טאר, מנהל בכיר להנדסה בקבוצת הענק מריטור (Meritor), אומר שההבנה של בלימה רגנרטיבית מתחילה עם בלמי היסוד של משאית. במשאיות עם מנועי בעירה פנימית (ICE) המונעות בדיזל והשולטות בפלח השוק הכבד, הבלימה מושגת באמצעות הפעלת מומנט על קצוות הגלגלים. כאשר נהג דורך על דוושת הבלם במשאית דיזל, הוא משלב נעלי בלמים או רפידות מרופדות בחומר חיכוך הפוגש את בלם הבסיס, וממיר את האנרגיה הקינטית בקצה הגלגל לחום שנספג בחומר החיכוך כדי לעצור את המשאית. למשאיות היברידיות וחשמליות יש גם בלמי יסוד, אבל הם לא משמשים כשיטה היחידה לעצירת רכב. עם רכבים חשמליים (EV), מומנט הבלימה מסופק עם מנועים המשתמשים בממירי מערכת ההינע.

יחידת החידוש של אנרגיית בלימה מצריכה גישה מערכתית מתואמת בין בקר הבלמים למערכת ההנעה כדי ללכוד מחדש אנרגיה או להשתמש בבלמי חיכוך. השליטה האלקטרונית גורמת לזה לקרות.

מערכת EBS משלבת את החזר האנרגיה בניהול הבלמים, כך שכאשר הנהג לוחץ על הבלם או מערכת הסיוע לנהג דורשת האטה של הרכב, מערכת הבלמים דורשת תחילה להפסיק את פעילות ההנעה החשמלית, עוד לפני הפעלת הבלימה נטולת השחיקה. רק לבסוף מתבצעת בלימת החיכוך הקונבנציונלית.

מיחזור אנרגיה נמצא בראש סדר העדיפויות. פונקציית מיחזור הבלימה, מנקודת מבטו של הנהג, חלקה. פעולת הרכב לא משתנה, אבל הדרך שבה מערכת הבלימה משתלבת - כן.

בקבוצת מריטור מציעים, לדוגמה, בלימה רגנרטיבית עם יישומי בלימה משתנים. באמצעות מערכת Blue Horizon אפשר להגדיר כמה דרגות של אגרסיביות. ההגדרות האגרסיביות ביותר מספקות את מרב האנרגיה בחזרה לסוללות של המשאית. המשמעות היא שבלימה רגנרטיבית לא חייבת להתנהל באופן שווה בכל היישומים. אפשר להגדיר מנועים חשמליים להציע כל מיני רמות של יכולת בלימה רגנרטיבית בהתבסס על אופטימיזציה של מחזור העבודה או בהתאם לבקשת הלקוח.

יש הבדל גדול בין 30 אחוז בלימה רגנרטיבית ל-100 אחוז. כיוון שכך, ההמלצה ללקוחות חדשים שמשתמשים בטכנולוגיה הזו היא להתנסות ברכבי ההדרכה כדי להבין את ההבדלים בביצועי הבלימה ובחוויית הנהג בהתאם להגדרות של מערכת מיחזור האנרגיה. מהבדיקות שעשתה חברת מריטור עולה שנהגים רבים מעדיפים את הגדרת המיחזור האגרסיבית ביותר של המערכת, כי היא מפחיתה את עייפות הנהג לאורך זמן. עם זאת לנהגים נדרש זמן להתרגל לכך.

תרחיש של בלימה רגנרטיבית

בניגוד לכלי רכב המונעים על ידי מנוע דיזל ואנרגיה שנוצרת בו ומועברת דרך קו הנעה וסרנים לקצוות גלגלים, כלי הרכב החשמליים מונעים על ידי מנועים חשמליים המותקנים בתוך קו הנעה או ציר ומופעלים על ידי אנרגיה האצורה בסוללות הרכב. כאשר הם מצוידים לבלימה רגנרטיבית, המנועים יכולים לא רק לדחוף את החשמל החוצה אלא גם למשוך אותו חזרה פנימה.

ברכב חשמלי הסוללה מפעילה את המנוע, אבל הסוללה יכולה גם לשמש כבולם כוח. המשמעות היא שברכב החשמלי לוכדים את האנרגיה הזו ומחזירים אותה לסוללות. זה כמעט דלק בחינם. על ידי הפיכת הקוטביות בתוך המנוע החשמלי, הוא מתחיל לפעול כגנרטור ומנתב את האנרגיה הזו (כחשמל) בחזרה לסוללה.

בתרחיש בלימה רגנרטיבית אופיינית, האנרגיה הקינטית של הרכב מתורגמת דרך הצמיגים אל ציר ההינע, דרך גל ההינע ואל המנוע, מייצרת חשמל המנותב באמצעות כבלים במתח גבוה אל תיבת החיבורים, אל המהפך (INVERTER), דרך בקר המצבר, ובסופו של דבר מגיע לתוך מצברי הרכב.

עלויות ותחזוקה

כמה אנרגיה מצליחים להחזיר? זאת כבר שאלה של קיבולת הסוללות ומאפייני מערכת הבלימה. כאשר המערכת מיושמת כראוי, למשל במחזורי עבודה אופטימליים בוולוו VNR Electric, עד 15 אחוז מהאנרגיה עשויים להילכד מחדש באמצעות בלימה רגנרטיבית.

למערכת הזאת יש תג מחיר המתבטא בעלות הרכישה, בעלות האחזקה (מיעוט תקלות) ובתוספת משקל. לא חייבים לרכוש אותה בכל משאית, זאת לא מערכת יסוד חיונית. אפשר להשאיר במשאית החשמלית את בלמי היסוד הקונבנציונליים. עם זאת ביישומים רבים שבהם שיעורי אימוץ המשאיות החשמליות גבוהים ביותר, מוצעות גם הזדמנויות הבלימה הרגנרטיביות הגדולות ביותר. בכלל זה משאיות לאיסוף פסולת, משאיות משלוח ואוטובוסים עירוניים.

לבלימה רגנרטיבית יש גם יתרונות תחזוקה, בעיקר על ידי הארכת מרווחי השירות. הטכנולוגיה לא מפחיתה את מספר הרכיבים בקצה הגלגל, אבל מפחיתה את מספר המקרים שבהם הם מעורבים ואת חומרת היישום שלהם. בלימה רגנרטיבית הופכת את 'נהיגת דוושה אחת' למציאות. המערכות החדשות מאפשרות לרכב לעבור ממהירות כביש מהיר לכמעט עצירה - רק בבלימה של מערכת מיחזור רגנרטיבית. הבלמים הקונבנציונליים נדרשים רק בקילומטרים האחרונים כדי לעצור את הרכב לחלוטין.

מה שיבחין בין נהגים טובים לנהגים מעולים הוא יחסם לבלימה הרגנרטיבית. נהגים שבאמת מבינים אותה עשויים רק לעיתים רחוקות, אם בכלל, להשתמש בבלמי השירות שלהם.

בלימה רגנרטיבית בגרור

בלימה רגנרטיבית יכולה גם לסייע ביישומי גרור. לדוגמה, ענקית מערכות הקירור קרייר ויצרנית הגרורים קונמט (ConMet) הכריזו בינואר על שותפות אסטרטגית לשימוש בבלימה רגנרטיבית שנמצאת בקצה הגלגל החשמלי (eHub) בגרורים של קונמט, כדי שהאנרגיה שנאספת שם תתמוך באנרגיה הנדרשת ליחידות הקירור של הגרור.

מארק טראהנד, סגן נשיא ומנכ"ל קונמט, מסר שמערכת eHub פועלת כמו יישומי בלימה רגנרטיבית של תומך, עם מנוע חשמלי המובנה בקצה הגלגל כדי להמיר אנרגיה שנלכדה מאירועי גלישה ובלימה לחשמל שאפשר לנתב ישירות לתוך יחידת קירור. כל שנדרש הוא ציוד המאפשר גם יכולות טעינת כוח. המשמעות היא שחשמול קצה הגלגל הוא צעד נוסף לקראת הפחתת התלות של הגרור בכוח החשמלי של התומך כדי לתפקד. בימים אלה החברה מנסה לייצר גרור בעל אפס פליטות באמצעות חשמול.

פוטנציאל ייצור החשמל של קצוות גלגלי הגרור מותנה גם במחזור העבודה, אם כי גרורים מצריכים הרבה פחות אירועי בלימה כדי לרכוש מספיק אנרגיה להנעת יחידת קירור. במקרים שחשמל שנוצר בקצה גלגל עולה על הצרכים של יחידת הקירור, אפשר למנף חשמל נוסף כדי לעזור להניע את הגרור. חדשנות כזו עשויה להיות חיונית כאשר עיריות ברחבי העולם ידרשו אפס פליטות לכלי רכב.

מערכת מיחזור יעילה במיוחד מבית ZF

מסתבר שאפשר הרבה יותר מכל זה. בקבוצת ZF חשפו לאחרונה טכנולוגיה חדשה שמאפשרת לחברת טבה (Tevva), שמייצרת משאיות חשמליות בבריטניה, לפתח מערכת בלימה רגנרטיבית היעילה עד פי ארבעה ממערכות בלימה חשמליות קיימות. מערכת הבלימה האלקטרונית EBS של ZF הותאמה על ידי מהנדסי טבה לעבודה עם מערכת הבלימה הרגנרטיבית במשאיות החשמליות החדשות, בנפח 7.5 טונות, והתוצאות מפתיעות מאוד.

טבה משלבת את יחידת בקרת הרכב שלה (VCU) עם ZF EBS העומדת בכל דרישות הבטיחות. המערכת של טבה מחלצת עד פי ארבעה יותר אנרגיה ממערכת בלמי אוויר מסורתית. EBS המודרנית שולטת בשילוב של בלימת חיכוך עם המנוע האלקטרוני ומפחיתה את בלאי הבלמים.

ההתקדמות הטכנולוגית מאפשרת למערכת EBS מודרנית לשלוט בשילוב של בלימת חיכוך עם המנוע האלקטרוני ולהפחית את בלאי הבלמים. המערכת מעבירה את בקשת ההאטה של הנהג באופן אלקטרוני לכל רכיבי מערכת הבלימה כדי לקצר את זמן התגובה, לאזן את כוחות הבלמים ולספק בלימה קלה וניהול בלמים יעיל.

ייצור המוני של רכב הסוללה החשמלי של טבע, BEV, החל במיתקן החברה בלונדון השנה. אחריו תיוצר משאית מימן חשמלית בנפח 7.5 טונות, בעלת מרחיב טווח מימן המשפר את טווח הרכב ל-354 מיילים (570 ק"מ). ל-Tevva BEV עד 140 מיילים (227 ק"מ) מסוללה של 105 קילוואט-שעה בטעינה אחת, והיא אידיאלית לציי משלוחים של המייל האחרון ולמשלוחים עירוניים.

יצרנית המשאיות ZF גאה בטכנולוגיה החדשה שלה Heiko Eggers, שתהיה זמינה בקרוב בשוק. המערכת כבר עמדה בדרישות הבטיחותיות הגבוהות ביותר. המהנדסים של טבה עמדו בהצלחה במגוון קריטריונים מחמירים שעל פיהם נבדקה המשאית, תוך שהם עובדים על כוונון עדין של יחידת הבקרה (VCU) של המשאית החשמלית ושיפור התאימות ל-EBS. התוצאה היא שהמערכת מחזירה עד פי ארבעה יותר אנרגיה ממערכת בלמי אוויר דחוס קונבנציונלית, ומייעלת את הטווח של משאית טבה.

הטמעת EBS מאפשרת שילוב בטוח של בלימה רגנרטיבית עד 180 קילוואט. לעומת זאת מערכת בלמי האוויר המסורתית הגבילה את הרגן הפסיבי לסביבות 40 קילוואט בשל שיקולי בטיחות. בדיקת המערכת המותאמת, שהתקיימה במסלול המבחן ZF ביברסן שבגרמניה, כללה מגוון תנאים, שיפועים וסוגי משטח. כאשר דוושת הבלמים נלחצת, הבלימה מטופלת ברובה באופן רגנרטיבי, כלומר מערכת ההנעה מאטה את הרכב. מערכת הבלימה הקונבנציונלית עדיין נחוצה כדי להביא את המשאית לעצירה מוחלטת, אבל שכבת בטיחות כפולה זו תורמת מאוד לנהיגה יעילה. זה גם אומר שהחומרה עוברת פחות עומס כדי להאריך את חיי הפעולה של מערכת הבלימה. במרבית הפעמים מערכת הבלמים הקונבנציונלית אינה מופעלת כלל.