Frenata rigenerativa

Convertendo l'energia cinetica del veicolo in energia elettrica e immagazzinandola nella batteria, la frenata rigenerativa può estendere l'autonomia del veicolo e migliorare l'efficienza complessiva. Questo articolo esplora i diversi tipi di strategie di frenata rigenerativa utilizzate nelle auto elettriche, i loro vantaggi e le loro limitazioni.

Come funziona?

La frenata rigenerativa cattura l'energia cinetica di un veicolo in movimento e la immagazzina come energia elettrica nella batteria del veicolo durante la frenata o la decelerazione.

Un motore elettrico può funzionare da generatore in un'auto elettrica sfruttando il principio dell'induzione elettromagnetica, secondo il quale una variazione del campo magnetico intorno a un conduttore genera una corrente elettrica nel circuito. Quando un motore elettrico ruota, crea un campo magnetico che interagisce con gli avvolgimenti dello statore e produce una corrente elettrica che alimenta il veicolo. Quando l'auto decelera o frena, le ruote trascinano il motore in senso inverso, facendo cambiare direzione al campo magnetico e inducendo una corrente elettrica nel senso opposto. Questa corrente può essere reimmessa nella batteria e immagazzinata come energia, riducendo l'uso dei freni a frizione convenzionali e aumentando l'autonomia e l'efficienza dell'auto elettrica.

Tipi di strategie di frenata rigenerativa

I produttori di auto elettriche offrono la frenata rigenerativa con diverse strategie. Ci sono tre tipi principali di strategie di frenata rigenerativa. Alcuni produttori offrono una sola opzione, mentre altri consentono al conducente di scegliere tra due o tutte e tre.

Guida a un pedale / rigenerazione al rilascio dell'acceleratore

La guida a un pedale è una funzione di alcune auto elettriche che consente al conducente di controllare l'accelerazione e la decelerazione dell'auto usando solo il pedale dell'acceleratore.

Quando il conducente preme il pedale, l'auto accelera. Quando il conducente rilascia il pedale, l'auto decelera utilizzando la frenata rigenerativa, che trasforma l'energia cinetica del veicolo in energia elettrica che l'auto elettrica immagazzina nella batteria. Questo tipo di frenata rigenerativa è anche chiamato rigenerazione al rilascio dell'acceleratore. In base alle impostazioni del veicolo e alle condizioni di guida, la guida a un pedale può portare il veicolo a fermarsi completamente o mantenere una bassa velocità finché il conducente non preme nuovamente il pedale.

Il vantaggio della guida a un pedale è che semplifica la guida richiedendo un solo pedale.

Gli svantaggi della guida a un pedale sono che può richiedere un certo adattamento per i conducenti abituati alla guida tradizionale a due pedali. La rigenerazione al rilascio completa può essere uno svantaggio su strade scivolose poiché frenerà bruscamente se si solleva rapidamente il piede dal pedale. Molti raccomandano di ridurre la forza rigenerativa in inverno.

Inoltre, le sue prestazioni possono variare in base a fattori quali lo stato di carica della batteria, la temperatura, la pendenza della strada e il flusso del traffico. Mentre alcune auto elettriche hanno un livello di rigenerazione fisso per la guida a un pedale, altre dispongono di leve al volante per attivare la rigenerazione a livelli diversi.

Altri, come Tesla, hanno impostazioni disponibili nel loro sistema di infotainment.

Nell'immagine sopra, si vede anche come Tesla consenta al conducente di decidere come l'auto deve comportarsi a bassa velocità. Ad esempio, possono aggiungere i freni tradizionali a basse velocità per far fermare completamente il veicolo e mantenerlo in posizione.

Rigenerazione manuale tramite il pedale del freno

Premendo il pedale del freno, è possibile rigenerare energia sulle auto elettriche con freni combinati.

La rigenerazione tramite un sistema di freni combinati nelle auto elettriche utilizza sensori e algoritmi per determinare il bilanciamento ottimale tra frenata rigenerativa e frenata per attrito, a seconda di fattori quali l'input del conducente, lo stato di carica della batteria, le condizioni della strada, la situazione del traffico e la velocità del veicolo.

Il sistema può anche interagire con i sistemi di assistenza alla guida, come il cruise control adattivo o i sistemi di evitamento collisioni, per migliorare la sicurezza e la comodità.

Rigenerazione adattiva

La rigenerazione adattiva è una funzione di alcune auto elettriche che consente di regolare il livello di frenata rigenerativa in base alla situazione di guida.

La rigenerazione adattiva funziona utilizzando sensori, telecamere e dati di navigazione per rilevare le condizioni del traffico, la curvatura della strada, i limiti di velocità e altri fattori che influenzano la decelerazione ottimale del veicolo. Sulla base di queste informazioni, il sistema può aumentare o diminuire automaticamente il livello di rigenerazione quando il conducente rilascia il pedale dell'acceleratore, senza richiedere un intervento manuale o la selezione di una modalità.

Il vantaggio della rigenerazione adattiva è che può offrire un'esperienza di guida più fluida e naturale e un recupero di energia più efficace. Regolando il livello di rigenerazione in base alla situazione, la rigenerazione adattiva può evitare frenate eccessive o insufficienti che potrebbero causare disagio o spreco di energia, poiché veleggerà quando possibile. La rigenerazione adattiva può inoltre interagire con i sistemi di assistenza alla guida per migliorare sicurezza e comodità, ad esempio mantenendo una distanza di sicurezza dal veicolo che precede o rallentando in curva stretta.

Alcuni esempi di veicoli elettrici a batteria che offrono rigenerazione adattiva sono la Porsche Taycan e la BMW i4. Queste auto utilizzano tecnologie e algoritmi diversi per implementare la rigenerazione adattiva, ma tutte mirano a offrire ai conducenti un'esperienza di guida a un pedale migliore.

Potenza massima di rigenerazione

La potenza massima di rigenerazione di un'auto elettrica dipende da diversi fattori, come il tipo e la dimensione del motore, la velocità e lo stato di carica della batteria, e le impostazioni e le modalità del veicolo. Le diverse auto elettriche presentano livelli di frenata rigenerativa differenti, ma tipicamente variano da oltre 50kW sulle piccole vetture fino a 300kW su quelle più potenti.

Luci dei freni e frenata rigenerativa

Normalmente le luci dei freni si attivano finché la forza frenante è sufficiente a ridurre notevolmente la velocità. Ma non è sempre così. Ad esempio, la Hyundai Ioniq 5 non attiva le luci dei freni quando si utilizza la guida a un pedale. Questo comportamento può essere pericoloso. Questo pericolo è spiegato in questo video. Verifica come funziona la tua auto elettrica per non essere tamponato. In Europa, la normativa prevede che se la decelerazione è superiore a 1.3 m/s², debba essere generato un segnale di frenata.

Vantaggi della frenata rigenerativa

Ci sono diversi vantaggi nella frenata rigenerativa, tra cui:

Efficienza migliorata: Recuperando energia durante frenate e decelerazione, la frenata rigenerativa può estendere l'autonomia del veicolo e migliorare l'efficienza.

Riduzione dell'usura dei freni: Poiché la frenata rigenerativa può gestire gran parte della forza frenante del veicolo, può ridurre l'usura dei freni meccanici, portando a costi di manutenzione inferiori.

Frenata più fluida: La frenata rigenerativa può offrire una frenata più fluida e costante rispetto ai freni a frizione tradizionali, garantendo un viaggio più confortevole per i passeggeri.

Limitazioni della frenata rigenerativa

Nonostante la frenata rigenerativa offra molti vantaggi, la tecnologia presenta alcune limitazioni. Queste includono:

Efficacia ridotta ad alte velocità: La frenata rigenerativa è meno efficace alle alte velocità, poiché la quantità di energia cinetica che può essere catturata e immagazzinata diminuisce all’aumentare della velocità del veicolo.

Estensione dell'autonomia limitata: La frenata rigenerativa può prolungare l'autonomia del veicolo, ma la quantità di energia recuperata è limitata e l'impatto complessivo sull'autonomia può variare in base alle condizioni di guida.

Sensazione ridotta del pedale del freno: Poiché la frenata rigenerativa utilizza il motore elettrico per rallentare il veicolo, può ridurre la sensibilità del pedale del freno, rendendolo meno intuitivo per alcuni conducenti.

Quanta energia può essere rigenerata?

Nella seconda parte, forniamo calcoli dettagliati su quanta energia può essere rigenerata e su come ciò influisce sull'autonomia. Spieghiamo inoltre la fisica alla base dei calcoli.