La tecnología de frenos no ha cambiado mucho en los últimos cien años, pero el frenado regenerativo representa un cambio radical en la forma en que pensamos sobre el frenado. En lugar de usar la fuerza bruta para detener los vehículos apretándolos físicamente o empujándolos como un componente como un disco o tambor de freno, esta tecnología explota hábilmente la forma en que funcionan los autos híbridos y totalmente eléctricos para recuperar un poco de energía cada vez que el vehículo reduce la velocidad..
¿Cómo funcionan los frenos en automóviles y camiones?
Los avances en la tecnología de frenos han sido en gran medida iterativos en lugar de innovadores a lo largo de los años, como la transición de los frenos de tambor a los frenos de disco. También ha habido avances significativos en los materiales físicos de los que están hechas las pastillas de freno, lo que ha dado como resultado materiales de fricción que duran más, generan menos polvo y es menos probable que hagan ruido. Tecnologías como los frenos antibloqueo también han hecho que la tecnología de frenos sea más segura, pero el principio subyacente de convertir la energía cinética en calor no ha cambiado.
Los frenos tradicionales funcionan bien, pero son tremendamente derrochadores por su propia naturaleza. Cada vez que presiona el pedal del freno, está reprimiendo las ruedas con la fuerza de miles de libras de presión hidráulica. El mecanismo preciso implica rotores metálicos en forma de disco, que se intercalan entre cada neumático y el cubo de la rueda, y se aprietan entre pastillas de freno orgánicas, metálicas o cerámicas.
En los vehículos más antiguos y en los frenos traseros de algunos camiones ligeros, se utilizan tambores y zapatas de freno menos eficientes. En cualquier caso, el vehículo frena debido a la tremenda fricción que se genera entre las pastillas y los discos o entre las zapatas y los tambores. Esa fricción esencialmente convierte la energía cinética en energía térmica (y, a veces, en una gran cantidad de ruido), y como resultado, su automóvil se ralentiza.
El problema con los frenos tradicionales es que el motor tenía que gastar mucho combustible para acumular esa energía cinética, y básicamente se desperdicia cuando los frenos la convierten en calor.
La idea básica detrás del frenado regenerativo es que una variedad de tecnologías hacen posible recuperar una parte de esa energía cinética, convertirla en electricidad y luego reutilizarla.
¿Cómo funcionan los frenos regenerativos?
La forma más común de tecnología de frenado regenerativo reutiliza un motor eléctrico como generador, razón por la cual los frenos regenerativos se encuentran a menudo en vehículos híbridos y eléctricos.
Durante el funcionamiento normal, el motor eléctrico extrae energía de la batería y la utiliza para mover el vehículo. Cuando se pisa el pedal del freno, el motor eléctrico puede revertir este proceso, convertirse en un generador alimentado por las ruedas giratorias y devolver la electricidad a la batería.
Dado que los frenos regenerativos cargan efectivamente la batería sin enchufarla a un cargador, en el caso de un vehículo eléctrico, o usando el alternador en un híbrido, se incrementa la eficiencia general del vehículo. Eso se traduce en más millas entre cargas o recargas de combustible.
Dado que los frenos regenerativos convierten de manera efectiva la energía cinética en electricidad, pueden reducir la velocidad de un vehículo además de cargar la batería. Sin embargo, existen limitaciones a la eficiencia de un sistema de frenado regenerativo. Uno de los principales problemas es que los frenos regenerativos no funcionan tan bien a bajas velocidades como a altas velocidades. Debido a esa limitación inherente al frenado regenerativo, la mayoría de los vehículos también están equipados con un sistema de frenado tradicional complementario.
De la misma manera que los controles tradicionales de dirección, frenado y aceleración a menudo se incluyen como respaldo para los sistemas drive-by-wire, los frenos tradicionales pueden servir como respaldo para el frenado regenerativo. Es posible que los sistemas tradicionales solo se activen cuando hay una falla en el equipo, o se pueden usar junto con el frenado regenerativo todo el tiempo.
Limitaciones de los frenos regenerativos
Además de la caída natural de la eficiencia de frenado regenerativo a bajas velocidades, la tecnología también sufre otras limitaciones. Algunos de los más notables incluyen:
- El frenado regenerativo solo funciona en las ruedas motrices: si un vehículo eléctrico no es de tracción total, con un motor para cada rueda, entonces las ruedas que carecen de rotores no son capaz de beneficiarse del frenado regenerativo.
- Problemas con las paradas de pánico: Los frenos regenerativos normalmente no proporcionan suficiente fuerza de frenado en condiciones de parada de pánico. Esa es un área donde los frenos tradicionales aún funcionan mucho mejor.
- Limitaciones de la batería y del motor: La eficiencia de un sistema regenerativo está limitada por factores como la capacidad del sistema de almacenamiento de energía y la salida del motor eléctrico.
- Solo funciona con vehículos eléctricos e híbridos: Los sistemas regenerativos tradicionales son incompatibles con los vehículos no híbridos y no eléctricos. Dado que estos vehículos carecen de motores eléctricos, implementar el frenado regenerativo es costoso y complicado.
- Restricciones de frenado dinámico: algunos sistemas regenerativos se ven obligados a utilizar un "frenado dinámico" complementario que no almacena la energía cinética recuperada.
Frenos capacitivos y motores de combustión tradicionales
Dado que los sistemas de frenos regenerativos suelen depender de sus motores eléctricos para generar electricidad, son intrínsecamente incompatibles con los vehículos que utilizan motores de combustión interna. Sin embargo, existen algunas tecnologías regenerativas alternativas que se pueden aplicar a los motores de combustión interna tradicionales.
Uno de estos sistemas utiliza condensadores grandes para almacenar y liberar electricidad rápidamente, que luego pasa a través de un transformador reductor. Luego, la salida de 12 voltios se alimenta al sistema eléctrico del vehículo, lo que quita algo de carga al motor. Esta tecnología actualmente puede aumentar la eficiencia del combustible hasta en un 10 por ciento, aunque todavía está en pañales.
¿Qué autos usan frenos regenerativos?
La mayoría de los vehículos híbridos y eléctricos utilizan algún tipo de sistema de frenado regenerativo. Los fabricantes de equipos originales como Chevrolet, Honda, Nissa, Toyota y Tesla se incorporaron desde el principio con la tecnología de frenado regenerativo en sus vehículos híbridos y eléctricos. Los vehículos no híbridos que usan algún tipo de frenado regenerativo son significativamente menos comunes, pero BMW y Mazda fueron los primeros en adoptar la tecnología en ciertos modelos.
