Układ hamulcowy w samochodzie elektrycznym i hybrydowym – rekuperacja nie zastąpi prawdziwych hamulców

W walce na argumenty, czy lepsze są samochody spalinowe, czy elektryczne, często podnosi się kwestię hamowania rekuperacyjnego. Dzięki niemu (rzekomo) samochód elektryczny i hybrydowy niemalże nie potrzebuje standardowego układu hamulcowego, przez co elementy robocze tego układu (tarcze hamulcowe i klocki hamulcowe) prawie w ogóle nie ulegają zużyciu. To zaś ma wpływ na niższe koszty utrzymania zelektryfikowanego auta, w porównaniu do samochodu spalinowego. Czy to prawda?

Co to jest hamowanie rekuperacyjne?

W standardowym samochodzie spalinowym, po naciśnięciu hamulca, pompa hamulcowa zaczyna tłoczyć płyn hamulcowy w stronę zacisków. Nacisk ze strony płynu hamulcowego powoduje wysunięcie tłoczków w zaciskach. Dzięki temu klocki zaczynają trzeć o tarcze. To pozwala zmniejszyć prędkość albo zatrzymać samochód. Ale marnuje się przy tym sporo energii. Energia kinetyczna, powstała podczas hamowania, zamienia się jedynie w ciepło. A ono ucieka sobie między ramionami felg aluminiowych, albo otworami w felgach stalowych.

W samochodzie zelektryfikowanym odzyskuje się energię, powstałą podczas hamowania. I to jest właśnie rekuperacja. W trakcie jazdy, silnik elektryczny samochodu elektrycznego (albo hybrydy, jadącej w trybie elektrycznym) pobiera energię z akumulatora. Najczęściej litowo – jonowego. Silnik obraca się w jedną stronę, załóżmy, że zgodnie z ruchem wskazówek zegara.

Kiedy kierowca delikatnie naciska pedał hamulca, silnik zaczyna obracać się w drugą stronę, przeciwnie do ruchu wskazówek zegara. W ten sposób silnik spowalnia pojazd, bez udziału hamulców. Równocześnie, gdy silnik obraca się w odwrotną stronę niż przy jeździe, nie pobiera prądu, a go produkuje (działa jak prądnica). Dzięki temu energia kinetyczna z hamowania nie jest marnowana, jak w przypadku aut spalinowych. Jest ona przekształcana w energię elektryczną, która służy do doładowania akumulatora trakcyjnego.

Działa to tak samo w samochodach elektrycznych i w samochodach hybrydowych (spalinowo – elektrycznych). Nawet, jeśli hybryda jedzie, wykorzystując silnik spalinowy, podczas hamowania energia może być kierowana do silnika elektrycznego, ładującego akumulator. Potem można ją wykorzystać do jazdy w trybie elektrycznym, albo do uruchomienia silnika spalinowego (w zależności od rodzaju hybrydy).

Oczywiście, hamowanie rekuperacyjne nie byłoby możliwe bez rozbudowanego układu elektronicznego. Układ ten przekształca dane z czujników o nacisku na pedał hamulca (pomiaru dokonuje czujnik położenia pedału hamulca), prędkości i innych wartości i oblicza moment hamujący danej osi auta. Jego efektorem jest silnik elektryczny, napędzający pojazd.

W jakich sytuacjach hamowanie rekuperacyjne działa, a w jakich nie działa?

Faktycznie, można odzyskać energię, którą można wykorzystać. I w ogóle nie używa się hamulców. Zatem tarcze i klocki się nie ścierają. Jest tylko jeden problem. Hamowanie rekuperacyjne nie działa zawsze.

Kiedy potrzebne są standardowe hamulce hydrauliczne, czyli sprawne tarcze i klocki?

• Kiedy kierowca musi gwałtownie zareagować i zatrzymać samochód.

• Kiedy niezbędne jest działanie zaawansowanych systemów bezpieczeństwa, takich jak ABS, ASR, ESP, systemu przeciwzderzeniowego, systemu zapobiegającego staczaniu się auta podczas ruszania pod górę itd. Wszystkie te systemy działają w oparciu o standardowy, hydrauliczny układ hamulcowy. Jeśli jest niesprawny – nie zadziałają.

• Kiedy kierowca jedzie szybko – zatrzymanie z dużej prędkości jest możliwe tylko przy pomocy hamulców hydraulicznych.

• Hamowanie rekuperacyjne nie działa, kiedy akumulator trakcyjny (bateria litowo jonowa) jest naładowany, ma zbyt wysoką temperaturę, albo jest zbyt zimy.

Standardowy hydrauliczny układ hamulcowy w samochodach zelektryfikowanych

System hamowania rekuperacyjnego nie jest w stanie zastąpić standardowych hamulców hydraulicznych. Muszą być one sprawne i w dobrym stanie.

W samochodach zelektryfikowanych montuje się standardowe hamulce tarczowe, działające tak samo, jak w aucie spalinowym. W niektórych autach zelektryfikowanych, na tylnych osiach producenci nadal montują hamulce bębnowe. Mogłoby się wydawać, że to technologia schodząca.

Budowa układu hamulcowego w autach zelektryfikowanych jest dokładnie taka sama, jak w samochodach spalinowych. Pompa hamulcowa, urządzenie wspomagające siłę hamowania, sztywne i elastyczne przewody hamulcowe, zaciski i jarzma montowane na zwrotnicach, do tego tarcze i klocki.

Jest jednak pewna różnica. W samochodach spalinowych do wzmocnienia siły hamowania stosowane jest podciśnienie. W samochodach benzynowych pochodzi ono z kolektora dolotowego; w dieslach jest generowane przez pompę podciśnienia (pompę vacuum).

W samochodach elektrycznych stosuje się elektryczną pompę podciśnienia. Siła jej działania jest zależna od wskazań czujnika ciśnienia, zamontowanego w standardowej pompie hamulcowej. Im większa siła nacisku na pedał hamulca, tym większe podciśnienie będzie generowane. A wszystko po to, aby uzyskać jak największą siłę hamowania.

Pojawiły się już konstrukcje, w których pompa hamulcowa stanowi jeden zblokowany układ ze zbiornikiem płynu, elektromechaniczną pompą podciśnienia, czujnikami i blokiem hydraulicznym aktywnych systemów bezpieczeństwa ABS, ASR i ESP.

Podsumowując, w samochodach zelektryfikowanych tak samo trzeba dbać o sprawne klocki hamulcowe, tarcze i płyn hamulcowy. Co ciekawe, w wielu autach zelektryfikowanych klocki i tarcze są większe niż w autach spalinowych. Dlaczego? Bo jak wiadomo, auto elektryczne może ważyć ponad 2 tony. Wszystko przez ciężką baterię trakcyjną. Taką masę trzeba zatrzymać. I dlatego potrzebny jest silny układ hamulcowy.

Michał Lisiak