• Frenado regenerativo
• Cálculos de regeneración

¿Cuánto se puede regenerar?

Los siguientes escenarios utilizan matemáticas y física para explicar cuán importantes son los beneficios del frenado regenerativo.

Explicamos los detalles detrás del cálculo en el capítulo de física. Aún así, debes saber que un objeto en movimiento tiene energía cinética que el vehículo eléctrico puede recuperar con frenado regenerativo. Un automóvil en una posición elevada tiene energía potencial que el frenado regenerativo puede recuperar.

Además, la resistencia aerodinámica y la resistencia a la rodadura actúan en contra del movimiento del automóvil.

La transmisión tampoco está exenta de pérdidas, lo que significa que pierde algo de energía al convertir la energía de la batería en movimiento del automóvil o viceversa, del movimiento del vehículo en energía de la batería. En un vehículo eléctrico típico, esta eficiencia es de aproximadamente el 80-85 %. En nuestros cálculos utilizamos el 80%.

Escenario 1: Pico Pikes

Tomemos como ejemplo Pikes Peak. Esta montaña tiene 4300 metros (14,110 pies) de altura, pero si conduces por las primeras 18,6 millas, usted han caído 6538 pies (1993 metros)

1993 metros para un Audi e-tron 55 con 2900 kg equivalen a 15,74 kWh de energía potencial.

18,6 millas son 30 km. La velocidad de descenso es baja y, en función de la resistencia a la rodadura y la velocidad a 40 km/h, tiene un consumo de energía de 10,52 kWh/100 km.

Para 30 km/18,6 millas esto significa 3,15 kWh en total. Esta energía se tomará de la energía potencial.

Esto significa 12,59 kWh para regenerar. Con una eficiencia del 80%, esto significaría que se devolverían 10,07 kWh a la batería.

En el vídeo a continuación se ve una prueba del mundo real de exactamente este viaje y cuánto son capaces de regenerarse.

Escenario 2: detenerse por completo desde 120 km/h

En este escenario, el automóvil se mueve a 75 mph (120,7 km/h) y necesita detenerse por completo ante un semáforo en rojo.

Como se muestra en el gráfico siguiente, 120 km/h para un Audi e-tron de 2.900 kg da una energía cinética total de 0,473 kWh.

Con una eficiencia del tren motriz del 80%, esto significa que el automóvil podrá devolver 0,38 kWh a la batería.

Un viaje completo de 100 km (62 millas) con 10 paradas completas como esta ahorraría 3,8 kWh en el viaje total en comparación con un automóvil con solo frenos de fricción.

Esto supone una reducción del consumo de 3,8kWh/100km.

Escenario 3: Reduzca la velocidad de 30 mph para detenerse por completo

Este escenario es un escenario típico de conducción en ciudad. Al circular a 48,28 km/h, el Audi e-tron tiene una energía cinética total de 0,0756 kWh.

Basado en la eficiencia del 80% de la transmisión, esto ahorra 0,061 kWh a la batería.

Si conduces 100 km en tráfico urbano y necesitas hacer 100 paradas como ésta, ahorrarás 6,05 kWh de energía.

Esta regeneración reduce el consumo de energía en 6,05 kWh/100 km en comparación con un coche con sólo frenos de fricción.

Escenario 4: Conducir desde la montaña Saltfjellet

Esta montaña está situada en el norte de Noruega y por ella pasa la carretera principal de sur a norte (E6).

Si tomamos este tramo de la carretera donde comienza para ir cuesta abajo vemos que el inicio está a 650 metros (2132 pies) y termina a 125 metros (410 pies) sobre el nivel del mar. Con una distancia de 16,4 km (10,2 millas), esto supone un descenso del 3,1%.

Esto supone una energía potencial de 4.147 kWh.

El límite de velocidad es de 80 km/h (49,7 mph) y, basándose en el consumo estándar en carretera seca, esto significaría que este coche necesita 2,49 kWh para recorrer esta distancia impulsado por la energía potencial.

El resto podría regenerarse y, con un 80% de eficiencia, esto devolvería 1,3 kWh a la batería.

1,3 kWh debería proporcionar 6,8 km de autonomía adicional a 80 km/h (49,7 mph)

Entendiendo la física

Energía cinética

Un objeto en movimiento tiene energía cinética. Esta energía depende del peso del objeto y de la velocidad del objeto.

La fórmula es

Dónde

• KE = energía cinética en julios
• m = masa de un cuerpo
• v = velocidad de un cuerpo en metros/segundo

Además, 1 julio equivale a 2,778·10⁻⁴ Wh

En todos los cálculos de esta página utilizamos el Audi e-tron 55 con un peso de 2900 kg en los ejemplos (coche + conductor). La siguiente tabla muestra cuánta energía cinética tendrá este automóvil en velocidades comunes.

Puedes usar esta calculadora de energía cinética para otras velocidades. Véase también el gráfico siguiente.

Energía cinética rotacional

Además de la energía cinética del propio vehículo, las ruedas que giran también contienen energía cinética de rotación que se puede regenerar.

La fórmula de la energía rotacional.

• E: la energía cinética rotacional, expresada en julios.
• I: el momento de inercia del objeto, expresado en kg*m².
• ω: la velocidad angular del cuerpo, expresada en radianes por segundo

Para una rueda se puede calcular el momento de inercia.

Yo = M * R²

Para un Audi e-tron, hacemos el cálculo para la opción de llanta 265/40 R22. Con un peso estimado de 30 kg por rueda y un radio de 38,54 cm se obtiene

Yo = 30 * 0,3854^2 = 4,4559948

A 80 km/h la rueda girará a 566,89 rpm y la energía cinética resultante sería de 8,724 Wh o 0,008724 kWh para 4 ruedas.

Nota: Esto no es 100% correcto ya que la fórmula se basa en una rueda con la misma forma desde el centro hasta el borde. Pero está lo suficientemente cerca para este tipo de cálculo.

Si quieres calcular, puedes probar la Calculadora de energía cinética rotacional

Energía potencial gravitacional

La energía potencial existe cuando el automóvil está ubicado en un lugar elevado en comparación con el destino.

La fórmula es bastante simple.

• U: energía gravitacional en julios
• m: masa en kg
• g: campo gravitacional 9,8 m/s^2 en la superficie
• h: altura en metros

Por ejemplo, el Audi e-tron 55 de 2900 kg ubicado a 1000 metros (3280 pies) sobre el nivel del mar tendrá una energía potencial de 7,8998 kWh (28,492,85 julios).

En zonas con elevación, la energía potencial será la mayor fuente de energía regenerada.

Consulte calculadora de energía potencial

Resumen

El siguiente gráfico muestra la energía cinética total y los dos tipos de energía cinética.

Comprender el consumo de energía

Antes de darle un ejemplo de cuánta energía se puede regenerar, debemos explicar el consumo de energía. Porque esto afecta el resultado.

Consumo por resistencia aerodinámica

Un automóvil en movimiento tendrá fuerzas basadas en la resistencia del aire que empujarán contra el movimiento.

La fórmula para el arrastre es:

• P: Densidad del aire (1,225 en el suelo a 15 °C)
• u: Velocidad en metros/segundo
• A: Zona frontal del coche (2,65m2 en Audi e-tron)
• CD: 0,28 en el Audi e-tron 55

Basado en esto como ejemplo. 80 km/h requiere potencia de 4,9 kW (6,23 kWh/100 km) para superar la resistencia aerodinámica

Tenga en cuenta que la potencia necesaria para empujar un objeto a través de un fluido aumenta con el cubo de la velocidad, por lo que un Audi e-tron 55 viaja a 160 km/h requiere 39,89 kW (24,94 kWh/100 km) para superar la resistencia.

La temperatura afecta la densidad. A -25 la densidad es de 1,4224 y el consumo a 80 km/h aumenta hasta los 7,23kWh/100km.

Para todos los cálculos de este artículo, asumimos 15 °C

Resistencia a la rodadura

Además de la fuerza de arrastre, existe una resistencia a la rodadura de las ruedas y otros componentes del tren motriz que actúa contra el movimiento.

No es fácil encontrar este número, pero conociendo el consumo total y el consumo provocado por la resistencia al avance, y la eficiencia de la cadena cinemática es posible estimar la resistencia a la rodadura del Audi e-tron.

Según el historial del conductor, parece que conducir en una carretera seca a 80 km/h en temperaturas de verano requiere alrededor de 19 kWh/100 km de energía de la batería. Si asumimos una eficiencia del 80% en la transmisión, tenemos una necesidad energética de 15,2 kWh/100 km en total, incluida la resistencia.

Si restamos la energía necesaria para el arrastre, tenemos alrededor de 8,95 kWh/100 km para superar la resistencia a la rodadura.

Este número es una estimación. En carreteras mojadas o con nieve, la resistencia a la rodadura aumenta.

Resumen de consumo

El siguiente diagrama muestra el consumo calculado necesario para superar la resistencia al arrastre y a la rodadura y el consumo de la batería basándose en una eficiencia del 80 % de la transmisión. Se desconoce la eficiencia real pero se espera que ronde el 80%.

Véase también tabla completa con energía cinética y consumo para todas las velocidades de 1 a 100 mph (1 a 161 km/h)

¿La regeneración es siempre la mejor opción?

Dado que el frenado regenerativo tiene sólo un 80% de eficiencia, es mejor evitar usarlo cuando sea posible. Para el escenario 1, conducir por Pikes Peak es imposible sin frenado regenerativo. Si Si no usas regeneración, te estrellarás. Pero si asumes una carretera plana en los escenarios 2 y 3, harías mejor si miras hacia adelante y dejas que el auto se deslice, de modo que use el Resistencia a la rodadura y resistencia aerodinámica para reducir la velocidad.

Esto significaría que debes levantar el pie del pedal de vatios con suficiente anticipación para detenerte en el punto que deseas por sí solo.

Entonces, ¿cuánta energía se ahorraría eso? Dos factores reducen el consumo total.

• No perderás el 20% de la energía cinética al regenerarte
• No perderás el 20% de la energía intentando mantener la velocidad.

En teoría esto puede salvar

• Escenario 2: 1,89 kWh/100 km
• Escenario 3: 3,02 kWh/100 km

Pero esto es en el mejor de los casos, donde puedes calcular exactamente dónde levantar el pie del pedal Watt. En el mundo real, este beneficio sería menor ya que terminarías necesitando agregar algo de potencia o frenado al final cuando no puedas calcularlo correctamente.## ¿Puedes ver en el auto cuánto se regeneró?

Un malentendido común es que puedes mirar el rango reportado en el auto para ver cuánto se regeneró. Para la mayoría de los coches esto no es posible.

El medidor de autonomía basa su cálculo en los últimos 100 km recorridos. Si tomamos el escenario 4 y asumimos que el coche ha sido conducido desde el nivel del mar hasta la cima a 650 metros a 80 km/h (49,7 mph) el consumo sería de 25,4 kWh/100 km a 650 metros.

En el Audi e-tron 55 con una capacidad de batería de 86,5 kWh, la autonomía se calcularía en 340 km (211 millas) para una batería llena en función de este consumo.

Después de recorrer el tramo de carretera del escenario 4, el consumo total de la batería se reduciría de 25,4kWh/100km a 21kWh/100km.

Esto aumentaría el alcance calculado a 411 km (255 millas) para una batería cargada al 100% (menos dependiendo del SOC real). En base a esto, podrías creer erróneamente que has regenerado 71 km (44 millas), pero lo correcto es 6,8 km (4,2 millas).

Este tipo de aumento se podría ver incluso en escenarios donde no hay regeneración, sino sólo una caída que reduce el consumo.

La única forma de saber cuánto has regenerado es observar cuánto cambia el estado de carga de la batería de arriba a abajo de la montaña.

Conducción con un solo pedal versus regeneración manual/automática

Dependiendo del vehículo eléctrico, puedes utilizar los frenos regenerativos de diferentes maneras.

• Manual, utilizando sólo el pedal del freno.
• Automático, dejando que el coche decida cuándo regenerarse -Conducción con un solo pedal: regeneración automática al levantar el pie del pedal Watt

Todos los métodos utilizan los mismos componentes de la transmisión eléctrica para frenar, por lo que tienen la misma eficiencia.

Pero la conducción con un solo pedal tiene una eficiencia ligeramente reducida en escenarios en los que el conductor quiere pasar del uso de energía al modo de inercia.

Dado que necesita mantener el pie en el pedal en una posición específica y no utilizar energía ni frenar, siempre pasará más tiempo llegando a esta posición que levantando el pie directamente del pedal. Además, se necesita algo de entrenamiento para mantener el pie en el lugar perfecto.

Es por eso que fabricantes como Audi, Mercedes y Porsche recomiendan utilizar la regeneración automática con marcha libre para ahorrar energía.

La diferencia es pequeña, probablemente menos del 10 % de la diferencia entre el frenado por inercia y el frenado regenerativo en los escenarios en los que es posible el inercia.

No hay diferencia para escenarios como el escenario 1, ya que realizarás un frenado regenerativo para mantener el auto en la carretera.

Como la diferencia es tan pequeña, debes elegir según tus preferencias.