Qué son los frenos regenerativos

Gracias a esta genial pieza de tecnología, los vehículos electrificados se recargan con el desperdicio de energía.

Desde el lanzamiento del Toyota Prius hace 20 años, el concepto de frenado regenerativo se ha vuelto bastante famoso como método para aumentar la autonomía en vehículos híbridos y eléctricos. ¿Pero sabías que la aplicación no se limita a los vehículos eléctricos? Lo puedes encontrar en todo estos días, incluidas bicicletas, patinetas y scooters.

Veamos cómo funciona esta tecnología, qué tan productiva es en varios medios de transporte, y es razonable instalarla en todas partes.

¿Qué es el frenado regenerativo?

Los objetos en movimiento tienen energía cinética, y cuando se aplica un freno para reducir la velocidad, toda esa potencia tiene que ir a alguna parte.

Volvamos un poco al pasado, a los viejos tiempos de la era de los neandertales o simplemente a los coches con motores de combustión interna. En tales autos, los frenos se basan únicamente en la fricción, por lo que al desacelerar, toda la energía se convierte en calor, lo que significa que no va a ninguna parte, simplemente se pierde en el medio ambiente.

Pero todavía evolucionamos y encontramos mejores formas. El frenado regenerativo utiliza el motor del vehículo eléctrico como generador para convertir la mayor parte de la energía cinética perdida durante la desaceleración en la batería. La próxima vez que el automóvil acelera, gasta parte de la energía que se había ahorrado anteriormente con el frenado regenerativo.

Es importante comprender que el frenado regenerativo no es un aumento mágico en la autonomía de los vehículos eléctricos. No hace que las máquinas sean más eficientes como tales, sino que simplemente las hace menos ineficaces. Básicamente, la mejor manera de conducir es acelerar a una velocidad constante y luego nunca tocar el pedal del freno. Dado que se necesita un esfuerzo adicional para reducir la velocidad y luego volver a la misma velocidad nuevamente, obtendrá un rango de recorrido mucho mayor, en primer lugar, simplemente sin reducir la velocidad.

Pero obviamente esto no es realista. Dado que tenemos que reducir la velocidad muchas veces, la recuperación es la siguiente mejor opción, ya que hace que el proceso sea menos inútil.

¿Qué tan bueno es el frenado regenerativo?

Para evaluar adecuadamente esta tecnología, debemos observar dos parámetros diferentes: el coeficiente de rendimiento (COP) y la eficiencia. A pesar de las aparentes similitudes, son completamente diferentes. La eficiencia indica qué tan bien se captura la potencia de frenado «perdida». ¿Todo se ha convertido en calidez o lograste transferir el potencial cinético de nuevo a la pista? Por otro lado, la eficiencia se refiere a la fuerza con la que el frenado regenerativo afecta la longitud del camino. ¿Su alcance aumentará significativamente o ni siquiera notará mucha diferencia?

Eficiencia

Ninguna máquina es capaz de alcanzar el 100% de eficiencia (sin violar las leyes de la física), ya que cualquier transferencia de energía conllevará inevitablemente pérdidas en forma de calor, luz, ruido, etc. La eficiencia del proceso depende de muchos factores, como como el motor, la batería y el controlador, pero a menudo el valor se estima en la región del 60-70%. Tesla dice que su tecnología normalmente pierde entre un 10 y un 20% del potencial cinético cuando intenta capturarlo, y luego otro 10-20% cuando vuelve a convertir lo almacenado en aceleración. Estos son números bastante estándar para la mayor parte de los vehículos eléctricos, incluidos automóviles, camiones, bicicletas, scooters, etc.

Tenga en cuenta que este 70% no nos dice que el frenado regenerativo dará un aumento del 70% en el recorrido con una sola carga. La tecnología no aumentará el alcance de 100 km a 170 km. Esto solo significa que el 70% de la energía cinética perdida durante el frenado se puede devolver nuevamente.

Por lo tanto, considerar solo la eficiencia del sistema significa poco. Lo que más debería interesarnos es la eficacia del frenado regenerativo.

Eficiencia

Todo es mucho más interesante aquí. El rendimiento de frenado regenerativo es una medida de cuánto puede aumentar el sistema el alcance del vehículo.

Como probablemente ya habrá adivinado, la tasa varía mucho según factores que incluyen las condiciones de conducción, el terreno y el tamaño del vehículo.

Las condiciones de conducción tienen un impacto significativo. Verá un rendimiento significativamente mejor en la ciudad, donde tendrá que reducir la velocidad repetidamente en los semáforos o en los atascos que en la carretera. El paisaje también juega un papel importante. Subir cuesta arriba no le da muchas posibilidades de detenerse, pero al descender por seguridad, a menudo necesita reducir la velocidad, lo que convertirá más reservas cinéticas. En pendientes largas, el sistema recuperativo se puede aplicar casi sin parar para regular la velocidad, cargando así la batería durante un período prolongado.

El tamaño del vehículo puede ser el factor más significativo para este indicador, por la sencilla razón de que los cuerpos más pesados ​​contienen mucho más impulso y energía cinética. Así como un gran volante es más eficiente, un vehículo de cuatro ruedas tiene mucha más energía cinética para moverse que una motocicleta o un scooter.

Eficiencia del sistema de regeneración en automóviles.

Los datos de comparación pueden ser algo complejos. Los autos Tesla entregan 60 kW de potencia de frenado regenerativo durante una parada brusca, pero eso no responde a una pregunta más interesante. Queremos saber cuánta energía recuperamos durante un viaje, no qué tan fuertes son nuestros frenos cada vez que amasamos el pedal.

Afortunadamente, varios conductores de Tesla han podido calcular su retorno de energía utilizando varias aplicaciones de seguimiento de datos. Los propietarios del Model S informaron que recuperaron aproximadamente el 32% de su consumo total de energía al ascender y luego descender en terrenos montañosos. Así, con esta relación, el recorrido aumenta de 100 a 132 km. Otro propietario habló sobre la recuperación de energía del 28% (foro en danés). El resto escribe que en promedio el 15-20% del consumo total regresa durante los viajes regulares.

Otros fabricantes de automóviles también utilizan este sistema en sus automóviles. Por ejemplo, Audi dice que la tecnología de frenado regenerativo instalada en el Audi Q7 ahorrará hasta un 3% en combustible. Pero si solo tomamos vehículos eléctricos, entonces la compañía promete un aumento del 30% en la longitud de la pista en su próximo modelo Audi e-Tron .

En el pasado, los frenos eran solo frenos: usted presionaba el pedal y su vehículo reducía la velocidad. Pero a medida que más automóviles vienen equipados con motores eléctricos, híbridos o completamente a batería, el gran problema es el frenado regenerativo.

Este sistema captura energía cinética durante la desaceleración y la almacena en la batería para que pueda usarse como electricidad para alimentar el motor eléctrico.

Esta es la razón por la que los híbridos convencionales no necesitan enchufarse: utilizan el frenado regenerativo para recargar sus baterías mientras se conducen. Los vehículos eléctricos (EV) electric vehicles en ingles. en español (VE) vehículos eléctricos funcionan principalmente con la carga que almacenaron cuando se enchufan a un tomacorriente, pero usan el frenado regenerativo para ayudar a recargar la batería.

Además del sistema regenerativo, todos los vehículos electrificados tienen sistemas de frenado convencionales al igual que los vehículos normales. Estos utilizan discos de metal, llamados rotores, que se encuentran detrás de las ruedas y que giran con ellas. Cuando presiona el pedal del freno, la presión del líquido hidráulico aprieta las pastillas de freno metálicas con fuerza contra los rotores y la fricción resultante ralentiza el automóvil.

Esa fricción convierte la energía cinética en energía térmica y los frenos se calientan. El calor se disipa (los fabricantes de automóviles diseñan todo para que se enfríe muy rápidamente, porque los frenos calientes no funcionan tan bien) y esa energía se pierde. La idea detrás del frenado regenerativo es capturar esa energía cinética que de otro modo se desperdiciaría y ponerla en uso, convirtiéndola en electricidad.