Freio regenerativo - Regenerative brake

Mecanismo de freio regenerativo no teto de um bonde Škoda Astra
O estoque S7 / 8 no metrô de Londres pode retornar cerca de 20% de seu uso de energia para a fonte de alimentação.

A frenagem regenerativa é um mecanismo de recuperação de energia que desacelera um veículo ou objeto em movimento, convertendo sua energia cinética em uma forma que pode ser usada imediatamente ou armazenada até que seja necessária. Nesse mecanismo, o motor elétrico de tração usa o impulso do veículo para recuperar a energia que, de outra forma, seria perdida para os discos de freio na forma de calor. Isso contrasta com os sistemas de frenagem convencionais, onde o excesso de energia cinética é convertido em calor indesejado e desperdiçado devido ao atrito nos freios , ou com freios dinâmicos , onde a energia é recuperada usando motores elétricos como geradores, mas é imediatamente dissipada como calor em resistores . Além de melhorar a eficiência geral do veículo, a regeneração pode estender significativamente a vida útil do sistema de frenagem, pois as partes mecânicas não se desgastam muito rapidamente.

Princípio geral

A forma mais comum de freio regenerativo envolve um motor elétrico funcionando como um gerador elétrico. Em ferrovias elétricas , a eletricidade gerada é alimentada de volta no fornecimento de energia de tração . Em veículos elétricos a bateria e elétricos híbridos , a energia é armazenada quimicamente em uma bateria , eletricamente em um banco de capacitores ou mecanicamente em um volante giratório . Os veículos híbridos hidráulicos usam motores hidráulicos para armazenar energia na forma de ar comprimido . Em um veículo movido a célula de combustível de hidrogênio , a energia elétrica gerada pelo motor é armazenada quimicamente em uma bateria, semelhante a veículos elétricos híbridos e a bateria.

Travagem regenerativa prática

A travagem regenerativa não é, por si só, suficiente como único meio de parar um veículo com segurança ou de o reduzir conforme necessário, pelo que deve ser utilizada em conjunto com outro sistema de travagem, como a travagem por fricção .

  • O efeito de frenagem regenerativa diminui em velocidades mais baixas e não pode levar um veículo a uma parada completa razoavelmente rápida com a tecnologia atual, embora alguns carros como o Chevrolet Bolt possam parar o veículo completamente em superfícies planas quando o motorista conhece a regeneração do veículo Distância de travagem. Isso é conhecido como One Pedal Driving.
  • Os freios regenerativos atuais não imobilizam um veículo estacionário; o travamento físico é necessário, por exemplo, para evitar que os veículos rolem encostas abaixo.
  • Muitos veículos rodoviários com frenagem regenerativa não têm motores de tração em todas as rodas (como em um carro com tração nas duas rodas ); a frenagem regenerativa normalmente só é aplicável a rodas com motores. Por segurança, a habilidade de frear todas as rodas é necessária.
  • O efeito de travagem regenerativa disponível é limitado e a travagem mecânica ainda é necessária para reduções substanciais de velocidade, para parar um veículo ou para mantê-lo parado.

A frenagem regenerativa e a frenagem de fricção devem ser usadas, criando a necessidade de controlá-las para produzir a frenagem total necessária. O GM EV-1 foi o primeiro carro comercial a fazer isso. Em 1997 e 1998, os engenheiros Abraham Farag e Loren Majersik receberam duas patentes para essa tecnologia de freio por fio .

As primeiras aplicações geralmente sofriam de um sério risco à segurança: em muitos dos primeiros veículos elétricos com frenagem regenerativa, as mesmas posições do controlador eram usadas para aplicar energia e aplicar o freio regenerativo, com as funções sendo trocadas por um interruptor manual separado. Isso levou a uma série de acidentes graves quando os motoristas aceleraram acidentalmente quando pretendiam frear, como o acidente de trem desgovernado em Wädenswil, Suíça, em 1948, que matou 21 pessoas.

Conversão em energia elétrica: o motor como gerador

Um Tesla Model S P85 + usando potência de frenagem regenerativa superior a 60 kW. Durante a frenagem regenerativa, o indicador de energia é verde

Os motores elétricos , quando usados ​​ao contrário, funcionam como geradores e então converterão a energia mecânica em energia elétrica. Os veículos movidos por motores elétricos os utilizam como geradores quando usam a frenagem regenerativa, frenagem por transferência de energia mecânica das rodas para uma carga elétrica.

Os primeiros exemplos desse sistema foram as conversões de tração dianteira de táxis puxadas por cavalos por Louis Antoine Krieger em Paris na década de 1890. O landaulet elétrico Krieger tinha um motor de acionamento em cada roda dianteira com um segundo conjunto de enrolamentos paralelos ( bobina bifilar ) para frenagem regenerativa. O Orwell Electric Truck introduzido por Ransomes, Sims & Jefferies na Inglaterra durante a 1ª Guerra Mundial usou frenagem regenerativa acionada pelo motorista.

Na Inglaterra, o "controle regenerativo automático" foi introduzido aos operadores de bondes pelas Patentes de tração de John S. Raworth 1903–1908, oferecendo-lhes benefícios econômicos e operacionais conforme explicado com alguns detalhes por seu filho Alfred Raworth . Isso incluía sistemas de bondes em Devonport (1903), Rawtenstall , Birmingham , Crystal Palace-Croydon (1906) e muitos outros. Diminuindo a velocidade dos carros ou mantendo-os sob controle nas descidas em declives, os motores funcionavam como geradores e freavam os veículos. Os bondes também tinham freios nas rodas e freios tipo slipper, que poderiam parar o bonde caso o sistema de freio elétrico falhasse. Em vários casos, os motores dos bondes foram enrolados em derivação em vez de em série, e os sistemas da linha Crystal Palace utilizaram controladores paralelos em série. Na sequência de um grave acidente em Rawtenstall, um embargo foi colocado nesta forma de tração em 1911; o sistema de frenagem regenerativa foi reintroduzido vinte anos depois.

A frenagem regenerativa tem sido amplamente utilizada em ferrovias por muitas décadas. A ferrovia Baku-Tbilisi-Batumi ( Transcaucasus Railway ou georgiana) começou a utilizar a frenagem regenerativa no início dos anos 1930. Isso foi especialmente eficaz no passo íngreme e perigoso de Surami . Na Escandinávia, a ferrovia eletrificada de Kiruna a Narvik transporta minério de ferro na rota de declive acentuado das minas em Kiruna , no norte da Suécia, até o porto de Narvik na Noruega até hoje. Os vagões estão cheios de milhares de toneladas de minério de ferro no caminho para Narvik, e esses trens geram grandes quantidades de eletricidade por frenagem regenerativa, com uma força de frenagem recuperativa máxima de 750  kN . De Riksgränsen, na fronteira nacional, até o porto de Narvik, os trens usam apenas um quinto da energia que regeneram. A energia regenerada é suficiente para alimentar os trens vazios de volta à fronteira nacional. Qualquer excesso de energia da ferrovia é bombeado para a rede elétrica para abastecer residências e empresas na região, e a ferrovia é um gerador líquido de eletricidade.

Os carros elétricos usavam a frenagem regenerativa desde os primeiros experimentos, mas muitas vezes era uma questão complexa, em que o motorista tinha que alternar entre vários modos operacionais para usá-la. O Baker Electric Runabout e o Owen Magnetic foram os primeiros exemplos, que usavam muitos interruptores e modos controlados por uma cara "caixa preta" ou "interruptor de bateria" como parte de seu sistema elétrico. Estes, como o projeto Krieger, só podiam ser usados ​​praticamente em trechos de descida de uma viagem e tinham que ser acionados manualmente.

As melhorias na eletrônica permitiram que esse processo fosse totalmente automatizado, começando com o carro elétrico experimental AMC Amitron de 1967 . Projetado pela Gulton Industries, o controlador do motor começou a carregar a bateria automaticamente quando o pedal do freio foi acionado. Muitos veículos híbridos e elétricos modernos usam essa técnica para estender o alcance da bateria, especialmente aqueles que usam um trem de força CA (a maioria dos projetos anteriores usava energia CC).

Um retificador CA / CC e um capacitor muito grande podem ser usados ​​para armazenar a energia regenerada, em vez de uma bateria. O uso de um capacitor permite um armazenamento de pico de energia muito mais rápido e em tensões mais altas. A Mazda usa esse sistema em alguns carros de rua atuais (2018), onde é denominado i-ELOOP.

Operação de veículo ferroviário elétrico

Em 1886, a Sprague Electric Railway & Motor Company, fundada por Frank J. Sprague , introduziu duas importantes invenções: um motor de velocidade constante e sem faíscas com escovas fixas e freio regenerativo.

Durante a frenagem, as conexões do motor de tração são alteradas para transformá-los em geradores elétricos. Os campos do motor são conectados ao gerador de tração principal (MG) e as armaduras do motor são conectadas à carga. O MG agora excita os campos motores. A locomotiva rolante ou as rodas da unidade múltipla giram as armaduras do motor e os motores atuam como geradores, enviando a corrente gerada por meio de resistores a bordo ( frenagem dinâmica ) ou de volta para a alimentação (frenagem regenerativa). Em comparação com os freios de fricção eletropneumáticos, a frenagem com os motores de tração pode ser regulada mais rapidamente, melhorando o desempenho da proteção contra deslizamento das rodas .

Para uma determinada direção de deslocamento, o fluxo de corrente através das armaduras do motor durante a frenagem será oposto ao do motor. Portanto, o motor exerce torque em uma direção oposta à direção de rolamento.

O esforço de frenagem é proporcional ao produto da força magnética dos enrolamentos do campo multiplicado pela dos enrolamentos da armadura.

Economia de 17% e menos desgaste nos componentes do freio de fricção são reivindicados para British Rail Classe 390s . O metrô de Delhi reduziu a quantidade de dióxido de carbono ( CO
2
) liberado na atmosfera em cerca de 90.000 toneladas regenerando 112.500 megawatts-hora de eletricidade por meio do uso de sistemas de frenagem regenerativos entre 2004 e 2007. Esperava-se que o metrô de Delhi reduzisse suas emissões em mais de 100.000 toneladas de CO
2
por ano, uma vez que sua fase II foi concluída, através do uso de frenagem regenerativa.

A eletricidade gerada pela frenagem regenerativa pode ser realimentada na fonte de alimentação de tração; seja compensado em relação a outra demanda elétrica na rede naquele instante, usado para cargas de energia da extremidade principal ou armazenado em sistemas de armazenamento ao lado da linha para uso posterior.

Uma forma do que pode ser descrito como frenagem regenerativa é usada em algumas partes do metrô de Londres , obtida por meio de pequenas encostas que sobem e descem das estações. O trem é desacelerado pela subida e, em seguida, desce um declive, de modo que a energia cinética é convertida em energia potencial gravitacional na estação. Isso é normalmente encontrado nas seções de túneis profundos da rede e não geralmente acima do solo ou nas seções de corte e cobertura das Linhas Metropolitanas e Distritais.

Comparação de freios dinâmicos e regenerativos

A caixa que se estende lateralmente do teto diretamente sobre a palavra "operação" permite que o ar flua livremente através dos resistores dos freios dinâmicos desta locomotiva diesel-elétrica.

O que é descrito como freios dinâmicos (" freios reostáticos " em inglês britânico) em sistemas de tração elétrica, ao contrário dos freios regenerativos, dissipam a energia elétrica na forma de calor em vez de usá-la, passando a corrente por grandes bancos de resistores . Os veículos que utilizam travões dinâmicos incluem empilhadores , diesel-eléctrico locomotivas , e eléctricos . Este calor pode ser usado para aquecer o interior do veículo ou dissipado externamente por grandes tampas semelhantes a radiadores para alojar os bancos de resistores.

As locomotivas experimentais de turbina a vapor da General Electric de 1936 apresentavam uma verdadeira regeneração. Essas duas locomotivas moviam a água a vapor sobre os conjuntos de resistores, em oposição ao resfriamento a ar usado na maioria dos freios dinâmicos. Essa energia deslocou o óleo normalmente queimado para manter a água quente e, assim, recuperou a energia que poderia ser usada para acelerar novamente.

A principal desvantagem dos freios regenerativos quando comparados aos freios dinâmicos é a necessidade de combinar a corrente gerada com as características de alimentação e aumento do custo de manutenção das linhas. Com fontes de CC, isso requer que a tensão seja controlada de perto. O pioneiro da fonte de alimentação CA e do conversor de frequência Miro Zorič e sua primeira eletrônica de potência CA também possibilitaram que isso fosse possível com as fontes CA. A frequência de alimentação também deve ser compatível (isso se aplica principalmente a locomotivas onde uma alimentação CA é retificada para motores CC).

Em áreas onde há uma necessidade constante de energia não relacionada ao movimento do veículo, como aquecimento de trem elétrico ou ar condicionado , essa necessidade de carga pode ser utilizada como um sumidouro da energia recuperada por meio de modernos sistemas de tração AC . Este método se tornou popular com as ferrovias de passageiros da América do Norte, onde as cargas de energia da extremidade dianteira estão normalmente em torno de 500 kW durante todo o ano. O uso de cargas HEP desta forma levou a projetos recentes de locomotivas elétricas, como ALP-46 e ACS-64, a eliminar o uso de grades de resistor de freio dinâmico e também elimina qualquer necessidade de qualquer infraestrutura de energia externa para acomodar a recuperação de energia, permitindo veículos com alimentação própria para empregar frenagem regenerativa também.

Um pequeno número de ferrovias de inclinação acentuada usou fontes de alimentação trifásicas e motores de indução . Isso resulta em uma velocidade quase constante para todos os trens, pois os motores giram com a frequência de alimentação tanto ao dirigir quanto ao frear.

Conversão em energia mecânica

Sistemas de recuperação de energia cinética

Cinética sistemas de recuperação de energia (KERS) foram utilizados para o esporte a motor Formula One 's temporada de 2009 , e estão em desenvolvimento para veículos rodoviários. O KERS foi abandonado para a temporada de Fórmula 1 de 2010 , mas reintroduzido para a temporada de 2011 . Em 2013 , todas as equipes estavam usando o KERS com o Marussia F1 começando a usar para a temporada de 2013. Um dos principais motivos pelos quais nem todos os carros usaram o KERS imediatamente é porque ele eleva o centro de gravidade do carro e reduz a quantidade de lastro disponível para equilibrar o carro, de modo que seja mais previsível nas curvas. As regras da FIA também limitam a exploração do sistema. O conceito de transferência de energia cinética do veículo usando armazenamento de energia do volante foi postulado pelo físico Richard Feynman na década de 1950 e é exemplificado em sistemas como o Zytek , Flybrid, Torotrak e Xtrac usados ​​na F1. Também existem sistemas baseados em diferencial , como o Cambridge Passenger / Commercial Vehicle Kinetic Energy Recovery System (CPC-KERS).

O Xtrac e o Flybrid são ambos licenciados das tecnologias da Torotrak, que empregam uma pequena e sofisticada caixa de engrenagens auxiliar que incorpora uma transmissão continuamente variável (CVT). O CPC-KERS é semelhante, pois também faz parte do conjunto da linha de transmissão. No entanto, todo o mecanismo, incluindo o volante, fica inteiramente no cubo do veículo (parecendo um freio a tambor). No CPC-KERS, um diferencial substitui o CVT e transfere o torque entre o volante , a roda motriz e a roda rodoviária.

Uso em esportes motorizados

História

Um sistema de recuperação de energia cinética Flybrid Systems

O primeiro desses sistemas a ser revelado foi o Flybrid. Este sistema pesa 24 kg e tem capacidade energética de 400 kJ após permitir perdas internas. Um aumento de potência máximo de 60 kW (81,6 PS, 80,4 HP) por 6,67 segundos está disponível. O volante de 240 mm de diâmetro pesa 5,0 kg e gira a até 64.500 rpm. O torque máximo é de 18 Nm (13,3 ftlbs). O sistema ocupa um volume de 13 litros.

Fórmula Um

Um volante KERS

A Fórmula Um afirmou que apóia soluções responsáveis ​​para os desafios ambientais mundiais, e a FIA permitiu o uso de 81 cv (60 kW; 82 PS) KERS nos regulamentos para a temporada de Fórmula Um de 2009 . As equipes começaram a testar os sistemas em 2008: a energia pode ser armazenada como energia mecânica (como em um volante ) ou como energia elétrica (como em uma bateria ou supercapacitor ).

Dois pequenos incidentes foram relatados durante os testes dos sistemas KERS em 2008 . O primeiro ocorreu quando a equipe Red Bull Racing testou sua bateria KERS pela primeira vez em julho: ela apresentou defeito e causou um susto de incêndio que levou à evacuação da fábrica da equipe. O segundo foi menos de uma semana depois, quando um mecânico da BMW Sauber levou um choque elétrico ao tocar no carro equipado com KERS de Christian Klien durante um teste no circuito de Jerez .

Com a introdução do KERS na temporada de 2009, quatro equipes o usaram em algum momento da temporada: Ferrari , Renault , BMW e McLaren . Durante a temporada, a Renault e a BMW pararam de usar o sistema. A McLaren Mercedes se tornou a primeira equipe a vencer um GP de F1 usando um carro equipado com KERS quando Lewis Hamilton venceu o Grande Prêmio da Hungria em 26 de julho de 2009. Seu segundo carro equipado com KERS terminou em quinto lugar. Na corrida seguinte, Lewis Hamilton se tornou o primeiro piloto a conquistar a pole position com um carro KERS, e seu companheiro de equipe, Heikki Kovalainen, se classificou em segundo. Esta foi também a primeira vez de uma primeira linha totalmente KERS. Em 30 de agosto de 2009, Kimi Räikkönen venceu o Grande Prêmio da Bélgica com sua Ferrari equipada com KERS. Foi a primeira vez que o KERS contribuiu diretamente para a vitória da corrida, com o segundo colocado Giancarlo Fisichella afirmando "Na verdade, eu fui mais rápido do que Kimi. Ele só me pegou por causa do KERS no início".

Embora o KERS ainda fosse legal na Fórmula 1 na temporada de 2010, todas as equipes concordaram em não usá-lo. Novas regras para a temporada de F1 de 2011, que aumentaram o limite mínimo de peso do carro e do piloto em 20 kg para 640 kg, junto com as equipes FOTA concordando com o uso de dispositivos KERS mais uma vez, significou que o KERS voltou para a temporada de 2011. Isso ainda é opcional, pois era na temporada de 2009; na temporada de 2011, 3 times optaram por não usá-lo. Para a temporada de 2012 , apenas Marussia e HRT correram sem KERS, e em 2013, com a retirada da HRT, todas as 11 equipes do grid estavam rodando KERS.

Na temporada de 2014 , a produção de energia do MGU-K (a substituição do KERS e parte do sistema ERS que também inclui um sistema de recuperação de calor residual do turbocompressor ) foi aumentada de 60 kW para 120 kW e foi autorizada a recuperação 2 mega joules por volta. Isso foi feito para equilibrar a mudança do esporte de motores V8 de 2,4 litros para motores V6 de 1,6 litros. As configurações de segurança do sistema Brake-by-wire que agora complementam o KERS foram examinadas como um fator que contribuiu para a queda de Jules Bianchi no Grande Prêmio do Japão de 2014 .

Fabricantes de Autopart

A Bosch Motorsport Service está desenvolvendo um KERS para uso em automobilismo. Esses sistemas de armazenamento de eletricidade para funções híbridas e do motor incluem uma bateria de íon-lítio com capacidade escalonável ou um volante , um motor elétrico de quatro a oito quilogramas (com um nível de potência máxima de 60 kW ou 80 cv), bem como o controlador KERS para gerenciamento de energia e bateria. A Bosch também oferece uma variedade de sistemas elétricos híbridos para aplicações comerciais e leves.

Montadoras

As montadoras, incluindo a Honda, têm testado os sistemas KERS. Nos 1.000 km de Silverstone de 2008 , a Peugeot Sport apresentou o Peugeot 908 HY , uma variante elétrica híbrida do diesel 908, com KERS. A Peugeot planejou fazer campanha com o carro na temporada 2009 da Le Mans Series , embora não fosse capaz de somar pontos no campeonato. A Peugeot planeja também um trem de força de freio regenerativo de ar comprimido chamado Hybrid Air.

A McLaren começou a testar seu KERS em setembro de 2008 na pista de testes de Jerez em preparação para a temporada de F1 de 2009, embora naquela época ainda não fosse conhecido se eles estariam operando um sistema elétrico ou mecânico. Em novembro de 2008, foi anunciado que a Freescale Semiconductor iria colaborar com a McLaren Electronic Systems para desenvolver ainda mais seu KERS para o carro de Fórmula 1 da McLaren a partir de 2010. Ambas as partes acreditavam que essa colaboração melhoraria o sistema KERS da McLaren e ajudaria a filtrar o sistema para a tecnologia de carros de rua.

A Toyota usou um supercapacitor para regeneração em um carro de corrida híbrido Supra HV-R que venceu a corrida Tokachi 24 Horas em julho de 2007.

A BMW usou a frenagem regenerativa em seu E90 Série 3, bem como em modelos atuais como o F25 Série 5 sob o nome de EfficientDynamics. A Volkswagen tem tecnologias de frenagem regenerativa sob a marca BlueMotion em modelos como os modelos Volkswagen Golf Mk7 e Mk7 Golf Estate / Wagon, outras marcas do grupo VW como SEAT , Skoda e Audi .

Motocicletas

O patrão da KTM , Harald Bartol , revelou que a fábrica correu com um sistema secreto de recuperação de energia cinética (KERS) instalado na moto de Tommy Koyama durante o Grande Prémio de Valência de 125 cc que terminou a temporada de 2008 . Isso era contra as regras, então eles foram proibidos de fazer isso depois.

Corridas

O Automobile Club de l'Ouest , o organizador do evento anual 24 Horas de Le Mans e do Le Mans Series , estava "estudando regras específicas para LMP1 que será equipado com um sistema de recuperação de energia cinética" em 2007. Peugeot foi o primeiro fabricante para revelar um carro LMP1 totalmente funcional na forma do 908 HY na corrida de 1000 km Autosport 2008 em Silverstone.

Uso em transporte civil

Bicicletas

A frenagem regenerativa também é possível em uma bicicleta não elétrica. A Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos , trabalhando com alunos da Universidade de Michigan , desenvolveu o sistema hidráulico Regenerative Brake Launch Assist (RBLA). Ele está disponível em bicicletas elétricas com motores de cubo de acionamento direto .

Carros

Muitos veículos elétricos empregam a frenagem regenerativa em conjunto com a frenagem de fricção, usada pela primeira vez nos Estados Unidos pelo carro-conceito elétrico AMC Amitron 1967. Os sistemas de frenagem regenerativa não são capazes de emular totalmente a função de frenagem convencional para os motoristas, mas há avanços contínuos. As calibrações usadas para determinar quando a energia será regenerada e quando a frenagem de fricção é usada para desacelerar o veículo afetam a maneira como o motorista sente a ação de frenagem.

Exemplos de carros incluem:

Termodinâmica

Volante KERS

A energia de um volante pode ser descrita por esta equação geral de energia, assumindo que o volante é o sistema:

Onde

  • é a energia para o volante.
  • é a energia que sai do volante.
  • é a mudança na energia do volante.

Supõe-se que durante a frenagem não há alteração na energia potencial, entalpia do volante, pressão ou volume do volante, portanto, apenas a energia cinética será considerada. Enquanto o carro está freando, nenhuma energia é dispersada pelo volante, e a única energia no volante é a energia cinética inicial do carro. A equação pode ser simplificada para:

Onde

  • é a massa do carro.
  • é a velocidade inicial do carro antes da frenagem.

O volante coleta uma porcentagem da energia cinética inicial do carro, e essa porcentagem pode ser representada por . O volante armazena a energia como energia cinética rotacional. Como a energia é mantida como energia cinética e não transformada em outro tipo de energia, esse processo é eficiente. O volante pode armazenar apenas uma determinada quantidade de energia, no entanto, e isso é limitado por sua quantidade máxima de energia cinética rotacional. Isso é determinado com base na inércia do volante e sua velocidade angular . Como o carro fica parado, pouca energia cinética rotacional é perdida ao longo do tempo, de modo que a quantidade inicial de energia no volante pode ser considerada igual à quantidade final de energia distribuída pelo volante. A quantidade de energia cinética distribuída pelo volante é, portanto:

Freios regenerativos

A frenagem regenerativa tem uma equação de energia semelhante à equação do volante mecânico. A frenagem regenerativa é um processo de duas etapas envolvendo o motor / gerador e a bateria. A energia cinética inicial é transformada em energia elétrica pelo gerador e depois convertida em energia química pela bateria. Este processo é menos eficiente do que o volante. A eficiência do gerador pode ser representada por:

Onde

  • é o trabalho no gerador.
  • é o trabalho produzido pelo gerador.

O único trabalho no gerador é a energia cinética inicial do carro e o único trabalho produzido pelo gerador é a energia elétrica. Reorganizar esta equação para resolver a energia produzida pelo gerador dá a seguinte equação:

Onde

  • é a quantidade de tempo que o carro freia.
  • é a massa do carro.
  • é a velocidade inicial do carro antes da frenagem.

A eficiência da bateria pode ser descrita como:

Onde

O trabalho fora da bateria representa a quantidade de energia produzida pelos freios regenerativos. Isso pode ser representado por:

Nos carros

Eficiência energética de carros em cidades e em rodovias de acordo com o DoE
Eficiência energética de carros elétricos em cidades e em rodovias de acordo com o Departamento de Energia dos Estados Unidos .

Um diagrama do Departamento de Energia dos Estados Unidos (DoE) mostra os carros com motores de combustão interna com eficiência típica de 13% em direção urbana e 20% em condições de rodovia. A frenagem proporcional à energia mecânica útil é de 6/13, ou seja, 46% nas cidades, e 2/20, ou seja, 10% nas rodovias.

O DoE afirma que os carros elétricos convertem mais de 77% da energia elétrica da rede em energia nas rodas. A eficiência de um veículo elétrico, levando em consideração as perdas devido à rede elétrica, aquecimento e ar condicionado, é de cerca de 50% de acordo com Jean-Marc Jancovici (no entanto, para a conversão geral, consulte Energia incorporada # Energia incorporada no campo de energia ).

Considere a eficiência do motor elétrico e a proporção de frenagem nas cidades e nas rodovias .

Vamos apresentar qual é a proporção recuperada da energia de frenagem. Vamos supor .

Descrição do fluxo de energia em caso de travagem regenerativa.

Nessas circunstâncias, sendo o fluxo de energia chegando ao motor elétrico, o fluxo de energia perdido na frenagem e o fluxo de energia recuperado, chega-se a um equilíbrio de acordo com as equações

e

portanto

É como se o antigo fluxo de energia fosse substituído por um novo

O ganho esperado equivale a

Quanto maior a eficiência de recuperação, maior será a recuperação.

Quanto maior a eficiência entre o motor elétrico e as rodas, maior será a recuperação.

Quanto maior a proporção de frenagem, maior será a recuperação.

Nas autoestradas, este valor seria de 3% e nas cidades seria de 14%.

Veja também

Referências