Frânarea Regenerativă: Cum și De Ce Funcționează pentru Mașinile Electrice

Frânarea regenerativă permite unui vehicul electric sau hibrid să colecteze electricitate pe măsură ce decelerează. Frânarea tradițională duce la o mare pierdere de energie, ceea ce în trafic se traduce printr-un consum crescut de combustibil și uzura frânelor.

La vehiculele electrice (VE), frânarea regenerativă este realizată de motorul electric, nu de frânele mecanice. Acest lucru îi ajută pe șoferii de VE să folosească mai puțin frânele.

Cum funcționează frânarea regenerativă

Într-o mașină pe benzină, frânarea duce la o mare pierdere de energie.

La frânarea regenerativă, atunci când un șofer de VE eliberează pedala de accelerație, fluxul de electricitate de la baterie la motor este oprit. Cu toate acestea, partea rotativă a motorului (rotorul) continuă să se rotească odată cu roțile mașinii aflate încă în mișcare.

Fără un flux continuu de electricitate de la baterie, motorul devine un generator, trimițând energia cinetică de la rotorul rotativ în baterie, în timp ce rezistența aplicată rotorului încetinește vehiculul.

Vehiculele electrice încă au frâne cu disc, dar acestea sunt sisteme de rezervă în situații precum:

• În caz de defecțiuni ale motorului
• Sub o anumită viteză, frânele cu disc suplimentează generatorul, deoarece cuplul (sau forța de rotație) al generatorului nu este suficient de puternic pentru a asigura 100% din puterea de frânare
• La viteze foarte mari, când o oprire bruscă ar putea deteriora motorul.

Amestecul de cuplu (torque blending) este modul în care vehiculele electrice găsesc echilibrul adecvat între frânarea prin frecare și frânarea regenerativă. La fel ca la o mașină automată, șoferii de VE rareori observă diferența.

Cât de regenerative sunt frânele electrice?

Companiile elvețiene dezvoltă un camion electric care poate genera mai multă electricitate decât consumă. Însă acest lucru nu este posibil pentru vehiculele electrice obișnuite.

Deși un vehicul electric este mult mai eficient decât unul pe benzină în transformarea combustibilului în energie cinetică, o parte din energie se pierde sub formă de căldură, vibrații, energie sonoră, rezistență aerodinamică etc.

Aceleași forțe care consumă energie în timpul accelerării se pierd și în timpul decelerării, la fel cum o mașină scoasă din viteză pe o suprafață plană se va opri în cele din urmă.

Alți factori impactează performanța bateriei și câtă energie de frânare poate economisi, incluzând:

• Tipul de componente electronice și condensatori din vehicul
• Temperatura bateriei
• Cât de plină este deja bateria.

Studiile arată că până la aproximativ 50% din energia cinetică a mașinii în timpul frânării poate fi folosită pentru a accelera mașina din nou mai târziu. Cu toate acestea, mărturiile anecdotice din condusul în condiții reale raportează o recuperare a energiei prin frânare regenerativă între 15% și 32%.

Istoricul frânării regenerative

Frânarea regenerativă nu este o tehnologie nouă. În 1967, American Motor Car Company a introdus un vehicul electric ghinionist, AMC Amitron, cu o autonomie impresionantă de 241,4 kilometri și frânare regenerativă. Frânarea regenerativă a fost folosită și pe căi ferate precum Calea Ferată Transcaucaziană și cele din Scandinavia în anii 1930.

Astăzi, trenurile Maglev foarte eficiente din Japonia și TGV-urile din Franța folosesc frânarea regenerativă, la fel ca majoritatea trenurilor electrice și sistemelor de metrou din întreaga lume. Bicicletele electrice (e-bike), scuterele și skateboard-urile electrice, din ce în ce mai populare, folosesc de asemenea frânarea regenerativă, cu o eficiență de aproximativ 4% până la 5%.

Hibridul Toyota Prius a fost prima mașină cu succes comercial care a folosit frânarea regenerativă, iar tehnologia este aproape exclusivă pentru vehiculele electrice și hibride.

Mazda 3 este unul dintre puținele vehicule pe benzină care folosesc frânarea regenerativă, în acest caz doar pentru a alimenta funcțiile electronice auxiliare ale mașinii.

Când este frânarea regenerativă cea mai eficientă?

Frânarea regenerativă este cea mai eficientă la viteze mai mari și pe coborâri lungi, deoarece este disponibilă mai multă energie cinetică pentru a fi convertită.

Cu toate acestea, în traficul urban cu opriri și porniri frecvente, beneficiul frânării regenerative constă mai puțin în cantitatea de energie recuperată și mai mult în uzura redusă a frânelor mecanice. Acest lucru, la rândul său, reduce emisia de particule poluante. La nivel societal, beneficiile pentru sănătate rezultate din frânarea regenerativă pot depăși chiar beneficiile financiare sau climatice.

Viitorul frânării regenerative

Frânarea regenerativă este o tehnologie matură, cu peste un secol de utilizare, dar cercetările continuă să-i rafineze eficiența.

Îmbunătățirile aduse bateriilor vor crește cantitatea de energie pe care frânarea regenerativă o poate stoca. Îmbunătățiri suplimentare aduse supercondensatorilor vor îmbunătăți, de asemenea, eficiența frânării.

Cercetarea continuă poate reduce pierderea de energie în procesul de frânare pentru a face vehiculele electrice mai eficiente, mai economice și mai prietenoase cu mediul.