Frens tradicionals i l'anomenada energia perduda
La tecnologia de frens no ha canviat molt en els darrers cent anys, però la frenada regenerativa representa un canvi marí en la forma en que pensem en frenar. Els avenços han estat en gran part iteratius més que innovadors, com la transició dels frens de tambors als frens de disc. També hi ha hagut avenços significatius en els materials físics que fan les pastilles de fre, que han donat lloc a materials de fricció que duren més temps, creen menys pols i menys possibilitats de fer sorolls. Les tecnologies com els frens antilliscants també han fet que la tecnologia del fre sigui més segura, però el principi subjacent de convertir l'energia cinètica al foc s'ha mantingut inalterable.
Els frens tradicionals funcionen bé, però són tremendament desfavorables. Cada vegada que empeny el seu pedal de fre, s'apropa de manera efectiva sobre les rodes amb la força de milers de lliures de pressió hidràulica. El mecanisme precís implica rotors metàl·lics en forma de disc, que estan embolicats entre cada pneumàtic i cub de la roda, estant comprimit entre coixinets de fre orgànic, metàl·lic o de ceràmica. En vehicles antics, s'utilitzen bateries menys eficients i sabates de fre. En qualsevol cas, el vehicle es desaccelera a causa de l'enorme fricció que es genera entre les pastilles i els discos o les sabates i els tambors. Aquesta fricció converteix essencialment l'energia cinètica en energia tèrmica (i de vegades un gran soroll), i el vostre automòbil es desaccelera com a resultat.
El problema amb els frens tradicionals és que el vostre motor ha de gastar molt combustible per construir aquesta energia cinètica, i és essencialment desaprofitat quan els frens la converteixen en calor. La idea bàsica de la frenada regenerativa és que una varietat de tecnologies permeten recuperar part de l'energia cinètica, convertir-la en electricitat i tornar a utilitzar-la.
Com funcionen els frens regeneratius?
La forma més freqüent de la tecnologia de fre de regeneració reprèn un motor elèctric com a generador, per la qual cosa sovint es troben frens regeneradors en vehicles híbrids i elèctrics. Durant el funcionament normal, el motor elèctric treu energia de la bateria i l'utilitza per moure el vehicle. Quan el pedal del fre està deprimit, el motor elèctric pot invertir aquest procés i alimentar l'electricitat de nou a la bateria. Això pot ajudar a mantenir una bateria carregada sense connectar-se en un vehicle elèctric o utilitzar l'alternador en un híbrid, el que condueix a una major eficiència.
Atès que els frens regeneratius efectivament converteixen l'energia cinètica en electricitat, són capaços de frenar un vehicle cap avall. No obstant això, hi ha limitacions a l'eficiència d'un sistema de fre de regeneració. Un dels principals problemes és que els frens regeneradors tampoc funcionen a velocitats baixes, ja que ho fan a altes velocitats. A causa d'aquesta limitació inherent a la frenada regenerativa, la majoria dels vehicles també estan equipats amb un sistema tradicional de frenada suplementari.
Limitacions de frens regeneratius
A més de la caiguda natural de l'eficiència de frenada regenerativa a baixa velocitat, la tecnologia també pateix d'altres limitacions. Alguns dels més destacats són:
- La frenada regenerativa només funciona en "rodes motrius".
- Els frens regeneratius normalment no proporcionen una força de frenat suficient sota les condicions de parada del pànic.
- L'eficiència d'un sistema regenerador està limitat per factors com la capacitat del sistema d'emmagatzematge d'energia i la sortida del motor elèctric.
- Els sistemes regeneradors tradicionals són incompatibles amb vehicles no elèctrics, no híbrids.
- Alguns sistemes regeneradors es veuen obligats a utilitzar una "freqüència dinàmica" suplementària que no emmagatzema l'energia cinètica recuperada.
Frens capacitius i motors de combustió tradicionals
Atès que els sistemes de frens regeneradors normalment confien en els seus motors elèctrics per generar electricitat, són inherentment incompatibles amb els vehicles que utilitzen motors de combustió interna. No obstant això, hi ha algunes tecnologies alternatives de regeneració que es poden aplicar als motors tradicionals de combustió interna. Un d'aquests sistemes utilitza grans condensadors per emmagatzemar i alliberar ràpidament l'electricitat, que després passa a través d'un transformador descendent. La sortida de 12 volts després s'administra al sistema elèctric del vehicle, el que treu una certa càrrega del motor. Actualment, aquesta tecnologia pot augmentar l'eficiència del combustible fins a un 10 per cent, tot i que encara està en la seva infància.
Quins cotxes usen els frens regeneratius?
La majoria de vehicles híbrids i elèctrics utilitzen algun tipus de sistema de frenada regenerativa. Els fabricants d'equips originals com Chevrolet, Honda, Nissa, Toyota i Tesla estaven tot a bord d'hora amb la tecnologia de frenada regenerativa en els seus vehicles híbrids i elèctrics. Els vehicles no híbrids que utilitzen algun tipus de frenada regenerativa són molt menys comuns, però BMW i Mazda van ser els primers adoptants de la tecnologia en certs models.