Rubrica: Che cos’è?
Titolo o argomento: Il freno rigenerativo
Il freno rigenerativo è un dispositivo in grado di recuperare energia utile quando si frena un veicolo (auto elettriche, auto ibride, autobus, tram, metropolitane, treni, di recente anche scooter e moto elettriche nonché e-bike e persino F1). E’ noto che, durante la frenata, una quantità non indifferente di energia posseduta dal veicolo viene persa sotto forma di attrito generato dal contatto delle pasticche con i dischi e quindi trasformata in calore.
Sulle “normali” autovetture tale energia è in parte recuperabile ponendo sulla trasmissione un generatore elettrodinamico. Questo consente di non utilizzare costantemente l’alternatore per l’alimentazione delle funzioni di comfort e sicurezza ottenendo così un risparmio di carburante pari a circa il 3%. L’alternatore, che è trascinato dal motore tramite una cinghia trapezoidale, può essere quindi disinserito in fase di accelerazione non gravando sul motore stesso.
Sulle vetture “elettriche” e su quelle “ibride” invece i motori elettrici di trazione vengono riutilizzati in frenatura come generatori elettrici in quella che viene definita frenatura elettrodinamica. Qui il compito della rigenerazione non è quello di alleggerire il carico del motore, bensì quello di ricaricare le batterie destinate all’alimentazione del veicolo in modalità elettrica.
Il freno rigenerativo, oltre ad aiutare notevolmente il rallentamento del veicolo, permette di convertire l’energia cinetica del veicolo in energia elettrica disponibile per le batterie anziché in attrito e quindi in calore inutilmente perso nell’aria. Ciò si traduce anche in un gran risparmio di elementi quali pasticche e dischi dei freni e in una conseguente minore immissione nell’aria di polveri finissime molto fastidiose sia per la salute dell’uomo sia per la pulizia e l’ordine del mezzo.
D’altra parte però il continuo alternarsi delle fasi di trazione (l’energia elettrica viene trasformata in energia meccanica) e rigenerazione (l’energia meccanica viene trasformata in energia elettrica per uso inverso del motore elettrico) provoca forti surriscaldamenti del motore elettrico il quale è spesso provvisto di un circuito di raffreddamento a liquido.
Inoltre la capacità di frenare il veicolo viene interrotta alle basse velocità ragione per cui, il freno rigenerativo, non può essere considerato un sostituto ma un assistente del tradizionale impianto frenante. A velocità ridotte il rotore (presente all’interno del motore elettrico) ha una velocità angolare insufficiente per generare il potenziale necessario ad ottenere un corretto effetto frenante. L’efficienza del generatore si riduce notevolmente con la riduzione della velocità angolare del rotore. Ne deriva un drastico calo della forza frenante. Per il completo arresto del veicolo risulta quindi necessario anche un impianto frenante tradizionale che sfrutta l’attrito.
E’ importante tener presente che, ogni qualvolta acceleriamo, consumiamo ingenti quantità di carburante che letteralmente gettiamo “al vento” ad ogni successiva frenata (specie in città). Anche un guidatore modello che in città evita inutili rapide accelerazioni, e frequenti frenate, non può evitare simili sprechi senza una tecnologia dedicata.
Complimenti, bell’articolo 🙂
Non è il caso di confondere un tradizionale alternatore, che pur con l’eccitazione di campo variabile, ha bisogno di una velocità minima per generare (e frenare) con un serio azionamento di trazione. Quest’ultimo è in grado di applicare con sufficiente precisione la coppia anche da fermo. Certo, da fermo il rendimento è nullo, quindi si preferisce generalmente usare i freni per tenere fermo il veicolo.
Elettrificando un powertrain tradizionale (con frizione, parastrappi, cambio e semiassi di serie) ho avuto enormi problemi a basse velocità perché le risonanze, a circa 4 Hz, mandavano in crisi il controllo vettoriale. Il sistema in figura invece non avrà problemi e consentirà, ad esempio, ottime partenze in salita.
Ciao Andrea, se con la frase:
“Non è il caso di confondere un tradizionale alternatore… con un serio azionamento di trazione…”
ti riferisci al paragrafo in cui scrivo:
“Sulle “normali” autovetture tale energia è in parte recuperabile ponendo sulla trasmissione un generatore elettrodinamico. Questo consente di non utilizzare costantemente l’alternatore per l’alimentazione delle funzioni di comfort e sicurezza ottenendo così un risparmio di carburante pari a circa il 3%. L’alternatore, che è trascinato dal motore tramite una cinghia trapezoidale, può essere quindi disinserito in fase di accelerazione non gravando sul motore stesso.”
Ebbene io mi riferivo al “Brake Energy Regeneration” di BMW che non alimenta alcun motore elettrico di trazione e destina l’energia recuperata in frenata alla ricarica della tradizionale batteria della vettura.
Andrea non ho ben compreso il problema che hai avuto con la tua prova. Se puoi spiegaci meglio 🙂
Complimenti dell’articolo,
ho letto anche del BMW Brake Energy Regeneration, anche questa utilizza un motore elettrico, oppure un’altro sistema perchè non ho ben capito il funzionamento.
un grazie anticipato
Alex
Salve Alex!
Sì in effetti il dispositivo non è stato spiegato in modo chiaro dal costruttore. Se non vado errato l’aternatore (o generatore) ha un funzionamento variabile, durante le accelerazioni l’alternatore non viene trascinato dal motore (probabilmente esso è dotato di una sorta di ruota libera o comunque un dispositivo che chiamano “unità di comando intelligente”) il quale così è in grado di risparmiare fino al 3% di carburante. In fase di rilascio e in frenata, invece, l’attività dell’alternatore è massimizzata al fine di tenere la batteria ad un livello di carica ottimale. Le funzioni di comfort del veicolo, oggi, sollecitano notevolmente la batteria la quale però, sfruttando questa astuzia, può essere caricata a dovere nel momento in cui non è richiesto ulteriore apporto di carburante.