Operación de regeneración eléctrica durante el frenado y la desaceleración

Introducido hace unos años en las locomotoras diésel convencionales, el frenado regenerativo se está volviendo cada vez más importante a medida que los vehículos híbridos y eléctricos se vuelven más democráticos.

Entonces, echemos un vistazo a los aspectos fundamentales de esta técnica, que, por lo tanto, se trata de obtener electricidad del movimiento (o más bien energía cinética / fuerza de inercia).

Principio básico

Ya sea una cámara termográfica, un vehículo híbrido o eléctrico, la recuperación de energía está ahora en todas partes.

En el caso de las máquinas de imágenes térmicas, el objetivo es descargar el motor apagando el alternador con la mayor frecuencia posible, cuya función es recargar la batería de plomo-ácido. Por lo tanto, liberar el motor de la limitación del alternador significa que se generarán ahorros de combustible y generación de energía tanto como sea posible cuando el vehículo esté en el freno del motor, cuando la energía cinética se pueda usar en lugar de la potencia del motor (al desacelerar o bajar un largo tiempo). pendiente sin aceleración).

Para vehículos híbridos y eléctricos será lo mismo, pero esta vez el objetivo será recargar la batería de litio, que está calibrada a un tamaño mucho mayor.

¿Usar energía cinética generando corriente?

El principio es ampliamente conocido y democratizado, pero debo retomarlo rápidamente. Cuando cruzo una bobina de material conductor (lo mejor es el cobre) con un imán, se genera una corriente en esta famosa bobina. Esto es lo que vamos a hacer aquí, utilizar el movimiento de las ruedas de un coche en marcha para animar el imán y así generar electricidad que se recuperará en las baterías (es decir, la batería). Pero si suena elemental, verá que hay algunas sutilezas más de las que debe estar atento.

Regeneración durante el frenado / desaceleración de vehículos híbridos y eléctricos

Estos autos están equipados con motores eléctricos para propulsarlos, por lo que es aconsejable usar la reversibilidad de este último, es decir, que el motor se remolca si recibe jugo y que entrega energía si es impulsado mecánicamente por una fuerza externa (aquí un automóvil arrancó con ruedas giratorias).

Así que ahora veamos un poco más específicamente (pero siendo esquemáticos) lo que esto da, con algunas situaciones.

1) Modo motor

Empecemos por el uso clásico de un motor eléctrico, por lo que hacemos circular la corriente en una bobina ubicada al lado del imán. Esta circulación de corriente en el cable eléctrico inducirá un campo electromagnético alrededor de la bobina, que luego actúa sobre el imán (y por lo tanto lo hace moverse). Al diseñar inteligentemente esta cosa (envuelta en una bobina con un imán giratorio en el interior), puede obtener un motor eléctrico que gira el eje siempre que se le aplique corriente.

Es el "controlador de potencia" / "electrónica de potencia" el responsable de enrutar y controlar el flujo de electricidad (elige la transmisión a la batería, el motor a un cierto voltaje, etc.), por lo que es fundamental. papel, ya que es el que permite que el motor esté en modo "motor" o "generador".

Aquí he desarrollado un circuito sintético y simplificado de este dispositivo con un motor monofásico para que sea más fácil de entender (un trifásico funciona con el mismo principio, pero tres bobinas pueden complicar las cosas en vano y, por lo tanto, visualmente es más fácil en una sola fase).

La batería funciona con corriente continua, pero el motor eléctrico no, por lo que se necesita un inversor y un rectificador. Power electric es un dispositivo para distribuir y dosificar corriente.

2) Modo generador / recuperación de energía

Por tanto, en modo generador, haremos el proceso contrario, es decir, enviaremos la corriente procedente de la bobina a la batería.

Pero volviendo al caso concreto, mi coche aceleró hasta los 100 km / h gracias a un motor térmico (consumo de aceite) o un motor eléctrico (consumo de batería). Entonces, he adquirido energía cinética asociada con estos 100 km / h, y quiero convertir esta energía en electricidad ...

Entonces para esto dejaré de enviar corriente desde la batería al motor eléctrico, la lógica la quiero frenar (de ahí lo contrario me hará acelerar). En cambio, la electrónica de potencia invertirá el flujo de energía, es decir, dirigirá toda la electricidad producida por el motor a las baterías.

De hecho, el simple hecho de que las ruedas hagan girar el imán hace que se genere electricidad en la bobina. Y esta electricidad inducida en la bobina volverá a generar un campo magnético, que luego ralentizará el imán y ya no lo acelerará como cuando se hace aplicando electricidad a la bobina (por lo tanto gracias a la batería) ...

Es este frenado el que se asocia a la recuperación de energía y, por tanto, permite que el vehículo reduzca la velocidad mientras recupera electricidad. Pero hay algunos problemas.

Si quiero recuperar energía mientras sigo moviéndome a una velocidad estabilizada (es decir, híbrido), usaré un motor térmico para propulsar el automóvil y un motor eléctrico como generador (gracias a los movimientos del motor).

Y si no quiero que el motor tenga demasiados frenos (debido al generador), envío la corriente al generador / motor).

Cuando frena, la computadora distribuye la fuerza entre el freno regenerativo y los frenos de disco convencionales, esto se llama "frenado combinado". Dificultad y, por tanto, eliminación del fenómeno repentino y de otro tipo que pueda interferir con la conducción (si se hace mal, se puede mejorar la sensación de frenado).

Un problema con la batería y su capacidad.

El primer problema es que la batería no puede absorber toda la energía que se le transfiere, tiene un límite de carga que evita que se inyecte demasiado jugo al mismo tiempo. Y con la batería cargada, el problema es el mismo, ¡no come nada!

Desafortunadamente, cuando la batería absorbe electricidad, se produce una resistencia eléctrica, y es aquí cuando el frenado es más severo. Por lo tanto, cuanto más “bombeamos” la electricidad generada (y, por lo tanto, al aumentar la resistencia eléctrica), más fuerte será el frenado del motor. Por el contrario, cuanto más sienta que el motor frena, más significará que sus baterías se están cargando (o más bien, el motor está generando mucha corriente).

Pero, como acabo de decir, las baterías tienen un límite de absorción, por lo que no es deseable hacer un frenado repentino y prolongado para recargar la batería. Este último no podrá apropiarse de él, y el excedente será arrojado a la basura ...

El problema está relacionado con la progresividad del frenado regenerativo.

A algunos les gustaría utilizar el frenado regenerativo como principal y, por lo tanto, prescindir definitivamente de los frenos de disco, que son energéticamente deficientes. Pero, desafortunadamente, el mismo principio de funcionamiento del motor eléctrico impide el acceso a esta función.

De hecho, el frenado es más fuerte cuando hay una diferencia de velocidad entre el rotor y el estator. Por lo tanto, cuanto más desacelere, menos potente será el frenado. Básicamente, no puede inmovilizar el automóvil mediante este proceso, debe tener frenos normales adicionales para ayudar a detener el automóvil.

Con dos ejes acoplados (en este caso, hibridación E-Tense / HYbrid4 PSA), cada uno con un motor eléctrico, la recuperación de energía durante el frenado se puede duplicar. Por supuesto, esto también dependerá del cuello de botella en el lateral de la batería ... Si esta última no tiene mucho apetito, no tiene mucho sentido tener dos generadores. También podemos mencionar el Q7 e-Tron, cuyas cuatro ruedas están conectadas a un motor eléctrico gracias al Quattro, pero en este caso solo se instala un motor eléctrico en las cuatro ruedas, no dos como en el diagrama (por lo que solo tenemos un generador)

3) La batería está saturada o el circuito está sobrecalentado

Como dijimos, cuando la batería está completamente cargada o consume demasiada energía en un tiempo demasiado corto (la batería no puede cargarse a una velocidad demasiado alta), tenemos dos soluciones para no dañar el dispositivo:

• La primera solución es simple, recorto todo ... Con la ayuda de un interruptor (controlado por la electrónica de potencia), corto el circuito eléctrico, abriéndolo así (repito el término exacto). De esta forma la corriente ya no fluye y ya no tengo electricidad en las bobinas y por lo tanto ya no tengo campos magnéticos. Como resultado, el frenado regenerativo ya no funciona y el vehículo se desplaza por inercia. Como si ya no tuviera generador, y por lo tanto ya no tuviera fricción electromagnética que frena mis masas en movimiento.
• La segunda solución es dirigir la corriente con la que ya no sabemos qué hacer con las resistencias. Estas resistencias están diseñadas para esto y, para ser sincero, son bastante simples ... Su función es realmente absorber corriente y disipar esta energía en forma de calor, gracias por lo tanto al efecto Joule. Este dispositivo se utiliza en camiones como frenos auxiliares además de los discos / pinzas convencionales. Por tanto, en lugar de cargar la batería, enviamos corriente a una especie de "basureros eléctricos" que disipan esta última en forma de calor. Tenga en cuenta que esto es mejor que el freno de disco porque a la misma velocidad de frenado, el freno reóstato se calienta menos (un nombre dado al frenado electromagnético, que disipa su energía en resistencias).

Aquí cortamos el circuito y todo pierde sus propiedades electromagnéticas (es como si estuviera retorciendo un trozo de madera en una bobina de plástico, el efecto se ha ido)

Aquí utilizamos un freno de reóstato que

4) modulación de la fuerza de frenado regenerativa

Oportunamente, los vehículos eléctricos ahora tienen paletas para ajustar la fuerza del retorno. Pero, ¿cómo se consigue que el frenado regenerativo sea más o menos potente? ¿Y cómo hacerlo para que no sea demasiado potente, para que la conducción sea soportable?

Bueno, si en el modo regenerativo 0 (sin frenado regenerativo) solo necesito apagar el circuito para modular el frenado regenerativo, será necesario encontrar otra solución.

Y entre ellos, podemos devolver parte de la corriente a la bobina. Porque si la producción de jugo al girar el imán en la bobina causa resistencia, yo tendría mucha menos (resistencia) si, por otro lado, inyectara el jugo en la bobina yo mismo. Cuanto más inyecto, menos frenos tendré, y peor aún, si inyecto demasiado, termino acelerando (y ahí, el motor se convierte en motor, no en generador).

Por tanto, es la fracción de la corriente reinyectada en la bobina la que hará que el frenado regenerativo sea más o menos potente.

Para volver al modo de rueda libre, incluso podemos encontrar otra solución además de desconectar el circuito, es decir, enviar corriente (exactamente lo que se necesita) para tener la sensación de que estamos en modo de rueda libre ... Un poco como cuando nos quedamos en el medio del pedal en la térmica para estacionar a un ritmo constante.

Aquí estamos enviando algo de electricidad al devanado para reducir el "freno motor" del motor eléctrico (en realidad no es un freno motor, si queremos ser precisos). Incluso podemos conseguir un efecto de rueda libre si enviamos suficiente electricidad para estabilizar la velocidad.

Todos los comentarios y reacciones

Dernier comentario publicado:

Reggan (Fecha: 2021, 07:15:01)

Hola,

Hace unos días, tuve una reunión en un concesionario Kia sobre el mantenimiento programado de mi Soul EV 48000 de 2020 km. A ?? mi gran sorpresa, me aconsejaron que reemplazara todos los frenos delanteros (discos y pastillas) porque estaban terminados !!

Le dije al gerente de servicio que esto no era posible porque aproveché al máximo los frenos recuperativos desde el principio. Su respuesta: ¡los frenos de un automóvil eléctrico se desgastan incluso más rápido que un automóvil normal!

Esto es realmente divertido. Al leer su explicación de cómo funcionan los frenos regenerativos, recibí la confirmación de que el automóvil se está desacelerando utilizando un proceso diferente a los frenos estándar.

Él Я. 1 reacción (es) a este comentario:

• administrador ADMINISTRADOR DEL SITIO (2021-07-15 08:09:43): Ser distribuidor y decir que un coche eléctrico desgasta más rápido los frenos sigue siendo el límite.

  Porque si la excesiva severidad de este tipo de vehículos llevara lógicamente a un desgaste más rápido, la regeneración invierte la tendencia.

  Ahora, quizás el nivel de recuperación 3 use los frenos en paralelo para aumentar artificialmente el freno del motor (usando así la fuerza magnética del motor y los frenos). En este caso, puede comprender por qué los frenos se desgastan más rápido. Y con el uso frecuente de la regeneración, esto provocará una presión prolongada de la almohadilla en los discos con un calor desagradable por el desgaste (cuando aprendemos a conducir, se nos dice que la presión sobre los frenos debe ser fuerte, pero corta para limitar el calentamiento).

  Sería bueno que vieras el desgaste de estos elementos con tus propios ojos para ver si el concesionario está tentado a hacer números ilegales (poco probable, pero es cierto que “aquí podemos dudarlo”).

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