La tecnologia dei freni non è cambiata molto negli ultimi cento anni, ma la frenata rigenerativa rappresenta un cambiamento epocale nel modo in cui pensiamo alla frenata. I progressi sono stati in gran parte iterativi piuttosto che innovativi, come il passaggio dai freni a tamburo ai freni a disco. Ci sono stati anche progressi significativi nei materiali fisici di cui sono costituiti i cuscinetti dei freni, il che ha portato a materiali di attrito che durano più a lungo, creano meno polvere e hanno meno probabilità di produrre rumore. Anche le tecnologie come i freni antibloccaggio hanno reso la tecnologia dei freni più sicura, ma il principio alla base della conversione dell'energia cinetica in calore è rimasto invariato.
I freni tradizionali funzionano bene, ma sono tremendamente sprecati. Ogni volta che premi il pedale del freno, stai effettivamente bloccando le ruote con la forza di migliaia di chili di pressione idraulica. Il meccanismo preciso prevede rotori in metallo a forma di disco, che sono inseriti tra ogni pneumatico e il mozzo della ruota, spremuti tra pastiglie dei freni in materiale organico, metallico o in ceramica. Nei veicoli più vecchi, invece, vengono usati tamburi e ganasce meno efficienti. In entrambi i casi, il veicolo rallenta a causa dell'enorme attrito generato tra pastiglie e dischi o scarpe e tamburi. L'attrito trasforma sostanzialmente l'energia cinetica in energia termica (e talvolta anche molto rumore), e la tua auto rallenta di conseguenza.
Il problema con i freni tradizionali è che il tuo motore ha dovuto spendere molto carburante per accumulare quell'energia cinetica, ed è essenzialmente sprecato quando i tuoi freni lo convertono in calore. L'idea alla base della frenata rigenerativa è che una varietà di tecnologie consente di recuperare una parte di quell'energia cinetica, convertirla in energia elettrica e quindi riutilizzarla.
Come funzionano i freni rigenerativi?
La forma più comune di tecnologia di frenatura rigenerativa ripropone un motore elettrico come un generatore, motivo per cui i freni rigenerativi si trovano spesso nei veicoli ibridi ed elettrici. Durante il normale funzionamento, il motore elettrico assorbe energia dalla batteria e la utilizza per spostare il veicolo. Quando il pedale del freno viene premuto, il motore elettrico è in grado di invertire questo processo e di immettere nuovamente energia nella batteria. Ciò può aiutare a mantenere una batteria carica senza collegare un veicolo elettrico o utilizzare l'alternatore in un ibrido, il che porta a una maggiore efficienza.
Poiché i freni rigenerativi trasformano efficacemente l'energia cinetica in elettricità, sono in grado di rallentare un veicolo. Tuttavia, vi sono limitazioni all'efficienza di un sistema di frenatura rigenerativo. Uno dei problemi principali è che i freni rigenerativi non funzionano bene a basse velocità come fanno alle alte velocità. A causa di questa limitazione intrinseca nella frenata rigenerativa, la maggior parte dei veicoli è dotata anche di un sistema di frenata tradizionale supplementare.
Limitazioni dei freni rigenerativi
Oltre alla naturale diminuzione dell'efficienza della frenata rigenerativa a basse velocità, la tecnologia soffre anche di una serie di altre limitazioni. Alcuni dei più importanti includono:
- La frenata rigenerativa funziona solo su "ruote motrici".
- Generalmente i freni rigenerativi non forniscono abbastanza forza frenante in condizioni di arresto di emergenza.
- L'efficienza di un sistema rigenerativo è limitata da fattori come la capacità del sistema di accumulo di energia e l'uscita del motore elettrico.
- I sistemi rigenerativi tradizionali sono incompatibili con veicoli non elettrici e non ibridi.
- Alcuni sistemi rigenerativi sono costretti a utilizzare una "frenata dinamica" supplementare che non memorizza l'energia cinetica recuperata.
Freni capacitivi e motori a combustione tradizionali
Poiché i sistemi di frenatura rigenerativi si affidano tipicamente ai loro motori elettrici per generare elettricità, sono intrinsecamente incompatibili con i veicoli che utilizzano motori a combustione interna. Tuttavia, ci sono alcune tecnologie rigenerative alternative che possono essere applicate ai tradizionali motori a combustione interna. Uno di questi sistemi utilizza condensatori di grandi dimensioni per immagazzinare e rilasciare rapidamente energia elettrica, che viene quindi passata attraverso un trasformatore step-down. L'uscita a 12 volt viene quindi immessa nell'impianto elettrico del veicolo, che scarica il motore. Questa tecnologia è attualmente in grado di aumentare l'efficienza del carburante fino al 10 percento, sebbene sia ancora agli inizi.
Quali auto usano i freni rigenerativi?
La maggior parte dei veicoli ibridi ed elettrici utilizza un tipo di sistema di frenatura rigenerativo. OEM come Chevrolet, Honda, Nissa, Toyota e Tesla erano tutti a bordo con tecnologia di frenata rigenerativa nei loro veicoli ibridi ed elettrici. I veicoli non ibridi che utilizzano un tipo di frenata rigenerativa sono significativamente meno comuni, ma in alcuni modelli BMW e Mazda erano entrambi i primi ad adottare la tecnologia.
