A tecnologia de freio não mudou muito nos últimos cem anos, mas a frenagem regenerativa representa uma mudança radical na maneira como pensamos em frenagem. Em vez de usar força bruta para parar os veículos, prendendo fisicamente ou empurrando para fora como um componente como um disco de freio ou tambor, essa tecnologia explora de maneira inteligente a maneira como os carros híbridos e totalmente elétricos funcionam para recuperar um pouco de energia toda vez que o veículo desacelera.
Como funcionam os freios em carros e caminhões?
Os avanços na tecnologia de freios têm sido bastante iterativos em vez de inovadores ao longo dos anos, como a transição de freios a tambor para freios a disco. Também houve avanços significativos nos materiais físicos dos quais as pastilhas de freio são feitas, o que resultou em materiais de fricção que duram mais, criam menos poeira e são menos propensos a fazer barulho. Tecnologias como freios antitravamento também tornaram a tecnologia de freio mais segura, mas o princípio básico de converter energia cinética em calor permaneceu in alterado.
Os freios tradicionais funcionam bem, mas são tremendamente dispendiosos por sua própria natureza. Toda vez que você pressiona o pedal do freio, você está efetivamente apertando as rodas com a força de milhares de libras de pressão hidráulica. O mecanismo preciso envolve rotores de metal em forma de disco, que são colocados entre cada pneu e cubo de roda, sendo espremidos entre pastilhas de freio orgânicas, metálicas ou cerâmicas.
Em veículos mais antigos e os freios traseiros de alguns caminhões leves, são usados tambores e sapatas de freio menos eficientes. Em ambos os casos, o veículo desacelera devido ao tremendo atrito gerado entre as pastilhas e discos ou sapatas e tambores. Esse atrito essencialmente transforma energia cinética em energia térmica (e às vezes muito barulho), e seu carro fica mais lento como resultado.
O problema com os freios tradicionais é que seu motor tinha que gastar muito combustível para acumular essa energia cinética, e ela é essencialmente desperdiçada quando seus freios a convertem em calor.
A ideia básica por trás da frenagem regenerativa é que uma variedade de tecnologias torna possível recapturar parte dessa energia cinética, convertê-la em eletricidade e reutilizá-la.
Como funcionam os freios regenerativos?
A forma mais comum de tecnologia de freio regenerativo reaproveita um motor elétrico como gerador, e é por isso que os freios regenerativos são frequentemente encontrados em veículos híbridos e elétricos.
Durante a operação normal, o motor elétrico extrai energia da bateria e a utiliza para mover o veículo. Quando o pedal do freio é pressionado, o motor elétrico é capaz de reverter esse processo, tornando-se um gerador alimentado pelas rodas giratórias e alimentando a eletricidade de volta à bateria.
Como os freios regenerativos carregam efetivamente a bateria sem conectar um carregador, no caso de um veículo elétrico, ou usar o alternador em um híbrido, a eficiência geral do veículo é aumentada. Isso se traduz em mais milhas entre recargas ou reabastecimentos.
Como os freios regenerativos efetivamente transformam energia cinética em eletricidade, eles são capazes de desacelerar um veículo além de carregar a bateria. No entanto, existem limitações para a eficiência de um sistema de freio regenerativo. Um dos principais problemas é que os freios regenerativos não funcionam tão bem em baixas velocidades quanto em altas velocidades. Devido a essa limitação inerente à frenagem regenerativa, a maioria dos veículos também é equipada com um sistema de frenagem tradicional suplementar.
Da mesma forma que os controles tradicionais de direção, frenagem e aceleração são frequentemente incluídos como backup para sistemas drive-by-wire, os freios tradicionais podem servir como backup para frenagem regenerativa. Os sistemas tradicionais só podem entrar em ação quando há uma falha no equipamento ou podem ser usados em conjunto com a frenagem regenerativa o tempo todo.
Limitações de Freios Regenerativos
Além da queda natural da eficiência de frenagem regenerativa em baixas velocidades, a tecnologia também sofre de várias outras limitações. Alguns dos mais notáveis incluem:
- A frenagem regenerativa só funciona nas rodas motrizes: Se um veículo elétrico não tem tração integral, com um motor para cada roda, então as rodas que não têm rotores não são capaz de se beneficiar da frenagem regenerativa.
- Problemas com paradas de pânico: Freios regenerativos normalmente não fornecem força de frenagem suficiente sob condições de parada de pânico. Essa é uma área onde os freios tradicionais ainda funcionam muito melhor.
- Limitações da bateria e do motor: A eficiência de um sistema regenerativo é limitada por fatores como a capacidade do sistema de armazenamento de energia e a potência do motor elétrico.
- Trabalho apenas com veículos elétricos e híbridos: Os sistemas regenerativos tradicionais são incompatíveis com veículos não elétricos e não híbridos. Como esses veículos não têm motores elétricos, implementar a frenagem regenerativa é caro e complicado.
- Restrições de frenagem dinâmica: Alguns sistemas regenerativos são forçados a usar “frenagem dinâmica” suplementar que não armazena a energia cinética recuperada.
Freios Capacitivos e Motores de Combustão Tradicionais
Como os sistemas de freio regenerativo normalmente dependem de seus motores elétricos para gerar eletricidade, eles são inerentemente incompatíveis com veículos que usam motores de combustão interna. No entanto, existem algumas tecnologias regenerativas alternativas que podem ser aplicadas aos motores tradicionais de combustão interna.
Um desses sistemas usa grandes capacitores para armazenar e liberar rapidamente eletricidade, que é então passada por um transformador abaixador. A saída de 12 volts é então alimentada no sistema elétrico do veículo, o que retira alguma carga do motor. Atualmente, essa tecnologia é capaz de aumentar a eficiência de combustível em até 10%, embora ainda esteja em sua infância.
Quais carros usam freios regenerativos?
A maioria dos veículos híbridos e elétricos usa algum tipo de sistema de frenagem regenerativa. OEMs como Chevrolet, Honda, Nissa, Toyota e Tesla aderiram cedo à tecnologia de frenagem regenerativa em seus veículos híbridos e elétricos. Veículos não híbridos que usam algum tipo de freio regenerativo são significativamente menos comuns, mas a BMW e a Mazda foram as primeiras a adotar a tecnologia em alguns modelos.
