Турбонаддувный эквивалент для электродвигателей

Большинство систем электрической тяги понижают напряжение, поступающее на электродвигатель от аккумулятора. Например, контроллер электродвигателя электротележки на 48 В подаёт на двигатель напряжение до 48 В, но не более того. Если обобщить и упростить теорию электродвигателей для этого стека, то напряжение — это скорость, а ток — крутящий момент. Жаргонный термин TURBO используется, когда контроллер модифицирован таким образом, что иногда работает как усилитель напряжения, подавая больше вольт, чем выдаёт аккумулятор. Это увеличивает скорость, но не крутящий момент.Вот как можно модифицировать электрокары, чтобы они ехали быстрее, сохранив при этом тот же двигатель и ту же аккумуляторную батарею. Вы должны знать, что делаете, иначе вы взорвёте двигатель, как если бы вы добавили турбонаддув к бензиновому двигателю. Степень наддува — это величина усиления напряжения, на которую настроен контроллер. 25 % — вполне разумный показатель.

Здесь уже есть несколько хороших ответов, которые в значительной степени полностью охватывают тему. Однако одна вещь, которая не была упомянута, это KERS - системы рекуперации кинетической энергии.
Фактически у вас есть большая масса (маховик), которая раскручивается при движении автомобиля. Обычно при торможении или безвоздушном режиме (без дроссельной заслонки) трансмиссия подает энергию в этот маховик. При необходимости маховик включается через сцепление и может передавать эту энергию обратно в трансмиссию.

Хотя это и не совсем технология для электромобилей (и, по сути, я не уверен, что какие-либо электромобили используют KERS), это ещё один возможный вариант.

Принцип «используй часть выходной энергии в качестве входной» можно интерпретировать как рекуперативное торможение, но между ними есть существенные различия:

1. При рекуперативном торможении энергия возвращается от колёс, а при турбонаддуве — от самого двигателя, в противном случае она была бы потрачена впустую.


2. Мощность турбонаддува добавляется к обычной мощности двигателя, а энергия рекуперативного торможения накапливается для последующего использования двигателем без какого-либо увеличения производительности.

Если рассматривать турбонаддув как дополнительную мощность, увеличивающую максимальную выходную мощность двигателя, то суперконденсаторы можно рассматривать как нечто похожее. Суперконденсаторы могут подавать на двигатель высокий ток (а значит, и высокую мощность), который батареи не могут обеспечить в течение короткого времени, тем самым на короткое время ускоряя автомобиль (что больше похоже на впрыск закиси азота) за счёт перегрева, снижения эффективности и сокращения срока службы электродвигателя.

Вы можете улавливать тепло, выделяемое электродвигателем, и преобразовывать его в дополнительную энергию с помощью термоэлектрического устройства.
Исследовательский университет Флориды

Нет, эквивалента не существует. Турбокомпрессор используется потому, что двигатели внутреннего сгорания по своей сути неэффективны: они преобразуют химическую энергию в механическую, используя неудобный обходной путь через тепло. К сожалению, тепло — это, пожалуй, худший из возможных способов хранения энергии: согласно законам термодинамики, его можно преобразовать в другие формы энергии только при условии увеличения энтропии. Если вы разбираетесь в физике, то знаете, что максимальный КПД — это КПД Карно

η = 1 − ^T_C/_TH

где T_C и T_H — точки холодной и горячей температуры в цикле работы двигателя, то есть температура окружающего воздуха и температура сгорания. Обратите внимание, что эта доля стремится к нулю при повышении T_H ^*, то есть потери можно свести к минимуму, если обеспечить сгорание при высокой температуре. Но вы не можете сделать температуру бесконечно высокой, поэтому часть энергии неизбежно теряется.

Турбокомпрессор можно рассматривать как устройство, которое возвращает часть потерянной энергии^†, или, что более важно, как средство повышения рабочего давления и, следовательно, температуры, что в некоторой степени снижает потери. В любом случае турбокомпрессор — это просто средство для решения проблемы низкой эффективности двигателя внутреннего сгорания. (На практике вы не найдёте двигатель с КПД выше 30 %.)

Для электродвигателя в этом нет необходимости, потому что они эффективны! Они преобразуют электрическую энергию в механическую с помощью магнитных полей, и этот процесс гораздо лучше поддаётся контролю. Вы можете приблизиться к 100-процентному КПД, не доводя температуру до бесконечности.
Конечно, есть небольшие потери из-за электрического сопротивления медных обмоток, вихревых токов и трения в подшипниках, но их можно свести к минимуму за счёт точной конструкции.

В любом случае, возможно, имеет смысл поискать турбоаналог для аккумуляторов, потому что с точки зрения эффективности они являются слабым местом электромобиля. Возможно, имеет смысл добавить к ним какую-нибудь систему рекуперации отработанного тепла.

^*_{Если вы заметите, что потери также исчезают, когда TC становится нулевым: верно, но с TC мало что можно сделать. Для охлаждения воздуха ниже температуры окружающей среды потребовался бы гигантский холодильник, который, конечно, в целом просто тратил бы ещё больше энергии. Охлаждение после нагнетателя имеет смысл, потому что температура здесь уже выше, чем в окружающей среде, то есть это можно сделать пассивно.}

^†_{В конце концов, вопрос «извлечения отработанной энергии» спорный: двигатель и турбину всегда можно рассматривать как один термодинамический двигатель, и его общий КПД не может быть выше, чем у цикла Карно.}

рекуперативное торможение

В этом вопросе и ответе по теме содержится очень полезная информация, а ответ раскрывает математический парадокс, связанный с рекуперативным торможением

• Что такое рекуперативное торможение и почему мы его не используем?

Этот раздел вопросов и ответов немного не по теме, но в нём есть подсказки о том, как вернуть потерянную энергию с помощью турбонаддува для зарядки аккумулятора и как восстановить кинетическую энергию с помощью торможения в «Формуле-1»

• Почему в гибридных автомобилях нет газотурбинного генератора?