Erhalten Hybridautos Kraft durch Kinetik?

Die Serienversion des brandneuen Honda Insight 2010, eines speziellen Benzin-Elektro-Hybridfahrzeugs, feierte am 11. Januar 2009 auf der North American International Auto Show in Detroit, Michigan, sein Weltpremiere. Siehe Bilder von Hybridautos. Mit freundlicher Genehmigung von Honda

Hybridautos sind kraftstoffsparende Fahrzeuge, die durch den kombinierten Einsatz neuer Technologien und einfacher Physik eine fantastische Kilometerleistung erzielen. Aerodynamische Karosserien erzeugen zum Beispiel viel weniger Luftwiderstand, wenn sich das Auto die Straße hinunter bewegt, und leichte Materialien fördern nur die Anstrengung. Die Reifen von Hybridautos sind oft vom Typ mit niedrigem Rollwiderstand, und selbst das einfache Anhalten des Autos ist effizienter. Sie sehen, durch regeneratives Bremsen kann das Fahrzeug seine eigene kinetische Energie erfassen, um die Kraftstoffeffizienz zu erhöhen.

Kinetisch ausgedrückt ist kinetische Energie die Bewegungsenergie. Alles, was sich bewegt, wie das Rad eines Autos, hat kinetische Energie. Im speziellen Fall der Räder eines Hybridautos oder eines anderen Autos ist die kinetische Energie rotierend - und wie jeder weiß (bitte singen Sie beim Lesen der nächsten Zeile), gehen die Räder des Autos rund und rund.

Die meisten Hybridautos auf dem heutigen Markt verfügen über regenerative Bremssysteme, die diese kinetische Energie gut nutzen. Regenerative Bremssysteme können von Vollhybriden verwendet werden, die für kurze Zeit im vollelektrischen Modus arbeiten können, oder von Mild-Hybrid-Fahrzeugen, die fortschrittliche Systeme wie die Leerlauf-Stopp-Technologie, manchmal auch Start-Stopp-Technologie genannt, verwenden. Unabhängig vom spezifischen Typ des Hybridfahrzeugs (voll oder mild) profitieren beide von einer regenerativen Bremsung.

Immer wenn ein Fahrzeug andere Energie als Benzin, einschließlich kinetischer Energie, verbrauchen kann, erhöht sich die Kraftstoffeffizienz dieses Fahrzeugs. Schauen wir uns als nächstes genauer an, wie regenerative Bremsen umweltfreundliches Fahren ermöglichen.

Da kinetische Energie die Energie der Bewegung ist, könnte man wahrscheinlich vermuten, dass Autos viel davon erzeugen. Ein Teil dieser kinetischen Energie aus Gründen der Kraftstoffeffizienz in einem Hybridauto zu erfassen, ist etwas schwierig, aber regeneratives Bremsen ist eine gängige Methode, die von vielen Autoherstellern angewendet wird.

Bei einem Nicht-Hybridauto verlangsamt sich das mechanische Bremsen während eines routinemäßigen Stopps und stoppt dann das Fahrzeug. Wenn Ihr Fahrzeug beispielsweise über Scheibenbremsen verfügt, werden die Bremsbeläge an einem Rotor festgeklemmt, um das Fahrzeug anzuhalten. Wenn Ihr Auto Trommelbremsen hat, drückt der Bremsschuh das Bremsbelagmaterial nach außen in Richtung der Oberfläche der Bremstrommel, um das Auto zu verlangsamen oder anzuhalten. In beiden Fällen wird der größte Teil der kinetischen Energie in den sich drehenden Rädern von den Bremsbelägen oder den Trommeln absorbiert, wodurch Wärme erzeugt wird.

Bei einem Hybridauto, das regeneratives Bremsen verwendet, wird der Elektromotor verwendet, um das Auto zu verlangsamen. Wenn der Motor in diesem Modus betrieben wird, fungiert er als Generator, um die kinetische Rotationsenergie an den Rädern zurückzugewinnen, in Energie umzuwandeln und in den Batterien des Autos zu speichern. Wenn der Fahrer des Hybridautos seinen Fuß vom Gaspedal nimmt, verlangsamt der vom Generator bereitgestellte Widerstand zuerst das Auto, und dann können die mechanischen Bremsbeläge angewendet werden, um die Arbeit zu beenden. Natürlich können die mechanischen Bremsbeläge auch in einem Notbremsszenario sofort eingelegt werden.

Das Auto nutzt die in der Batterie gespeicherte Energie, um den Elektromotor anzutreiben, der das Auto mit niedrigen Geschwindigkeiten antreibt. Abhängig von der Art des Hybrids kann der Elektromotor entweder alleine arbeiten, um das Auto zu bewegen, oder er kann zusammen mit dem benzinbetriebenen Motor des Autos arbeiten. Daher ist regeneratives Bremsen in Verbindung mit umweltfreundlichen Fahrtechniken wie langsamen Starts und langsameren Gesamtfahrzeuggeschwindigkeiten ein wichtiges Merkmal einiger der sparsamsten Fahrzeuge auf der Straße.

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KERS

Beim regenerativen Bremsen geht es nicht immer um umweltfreundliches Fahren. Ab 2009 verwenden Formel-1-Rennwagen ein kinetisches Energierückgewinnungssystem namens KERS, um die Leistung zu steigern. Einige Teams verwenden ein Schwungrad, um die kinetische Energie anstelle eines Elektromotors zu erfassen. In beiden Fällen wird die Bremskraft für die spätere Verwendung gespeichert - in diesem Fall, um den Motor mit etwas mehr Schwung zu unterstützen.

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Quellen

• Dobson, David A., Ph.D. "Energie und die natürliche Umwelt Hybridautos - Einige FAQs und Antworten." Welty Umweltzentrum. (25. August 2009) http://www.weltycenter.org/energy3.htm#braking
• Formula1.com. "Renault beantwortet 10 Fragen zu KERS." 27. Januar 2009. (25. August 2009) http://www.formula1.com/news/features/2009/1/8887.html
• Henderson, Tom. "Das Physik-Klassenzimmer-Tutorial." (25. August 2009) http://www.glenbrook.k12.il.us/GBSSCI/PHYS/Class/energy/u5l1c.html
• Hybridzentrum. "Hybriden unter der Haube (Teil 1)." (25. August 2009) http://www.hybridcenter.org/hybrid-center-how-hybrid-cars-work-under-the-hood.html#2_Regenerative_Braking
• Physikwelt. "Fahrzeuge mit Strom." (25. August 2009) http://www.hk-phy.org/energy/transport/print/hybrid_phy_print_e.html