Per velocizzare il progetto, è possibile etichettare le pile di laminazione con dettagli quali tolleranza, materiale, finitura superficiale, se è necessario o meno un isolamento ossidato, quantitàe altro ancora.
La prima volta che ho guidato un veicolo elettrico sono rimasto stupito. Non era la guida silenziosa o la velocità di ripresa. È stato quello che è successo quando ho tolto il piede dall'acceleratore. L'auto ha iniziato a rallentare da sola e ho visto un piccolo indicatore sul cruscotto che indicava che stavo erogando energia. nella batteria. Sembrava una magia. Si tratta della cosiddetta frenata rigenerativa.
In questo articolo, tirerò il velo su questa "magia". Esploreremo come funziona questo sistema e, soprattutto, come gli ingegneri ne misurano l'efficienza. Perché dovrebbe interessarvi? Perché capirlo vi aiuterà a ottenere più chilometri da ogni carica, a risparmiare denaro e a diventare un proprietario di veicoli elettrici o ibridi più intelligente.
Vedetela in questo modo. In una normale auto con motore a combustione interna, quando si preme il freno si utilizza un freno a frizione. Questo sistema utilizza le pastiglie dei freni per schiacciare contro un disco, creando attrito per rallentare l'auto. Tutta l'energia dell'auto in movimento, la sua energia cinetica, si trasforma in calore e viene semplicemente dispersa nell'aria. È un totale spreco di energia.
Un veicolo elettrico (EV) è molto più intelligente. È dotato di un sistema di frenata rigenerativa che fa qualcosa di straordinario. Invece di sprecare l'energia cinetica, il freno rigenerativo la cattura. Il sistema utilizza il motore dell'auto per rallentarla. Questo processo trasforma l'energia catturata in elettricità, che poi torna alla batteria. Così, ogni volta che si rallenta, si restituisce un po' di carica alla batteria dell'auto. Questa è una forma di frenata rigenerativa molto comune nei veicoli stradali moderni. Il freno rigenerativo è una parte fondamentale di ciò che rende un veicolo elettrico così efficiente.
È qui che si verifica la vera intelligenza. Come può un motore che spinge l'auto in avanti funzionare anche per rallentarla e creare energia? L'idea è semplice. Un motore elettrico utilizza l'elettricità per creare movimento. È dotato di magneti e fili. Quando l'elettricità passa attraverso i fili, crea un campo magnetico che fa girare il motore e fa girare le ruote.
Quando si vuole rallentare, il sistema di frenata rigenerativa inverte questo processo. Trasforma il motore in un generatore. Invece di consumare energia, inizia a produrne. Le ruote, che stanno ancora girando grazie allo slancio dell'auto, ora fanno girare il motore. In questo modo il motore si comporta come una piccola centrale elettrica, o un generatore elettrico. Ecco come funziona il motore come generatore. Il motore di trazione di un veicolo elettrico è progettato per svolgere perfettamente entrambe le funzioni. Questo processo crea una forza frenante che rallenta l'auto generando energia elettrica. Il freno rigenerativo è un bellissimo pezzo di ingegneria.
Quando il veicolo elettrico è in movimento, possiede molta energia cinetica. È un termine scientifico che indica l'energia del movimento. Più si va veloci e più l'auto è pesante, maggiore è l'energia cinetica. Quando si vuole rallentare, bisogna liberarsi di questa energia. Il freno rigenerativo è il primo strumento utilizzato dall'auto.
Quando si solleva il piede dall'acceleratore o si preme leggermente il pedale del freno, entra in funzione il sistema di frenata rigenerativa. Il motore elettrico inizia a opporsi alla rotazione delle ruote, creando una forza frenante. Questa resistenza è ciò che rallenta il veicolo. L'energia cinetica in eccesso viene convertita in elettricità. Il sistema trasforma l'energia in energia elettrica. Questa nuova energia rigenerativa viene inviata alla batteria per essere immagazzinata. La quantità di energia catturata dipende da molti fattori, ma il freno rigenerativo lavora sempre per risparmiare ciò che può.
Vorrei potervi dire che un freno rigenerativo è perfetto al 100%, ma non è così. Non è possibile recuperare tutta l'energia cinetica immessa. Una parte dell'energia viene persa nel processo. Pensate a come versare l'acqua da una tazza all'altra: potreste versare qualche goccia. Il motore stesso non è perfettamente efficiente. Crea un po' di calore quando agisce come generatore. L'elettronica che controlla il sistema consuma un po' di energia e anche la batteria non è in grado di assorbire perfettamente l'energia elettrica.
Esistono anche altri limiti. Se la batteria è già piena al 100%, la nuova energia non può andare da nessuna parte. In questo caso, il freno rigenerativo non funzionerà e l'auto utilizzerà invece il normale freno a frizione. Lo stesso vale se la batteria è molto fredda, poiché le batterie fredde non sono in grado di accettare la carica con la stessa rapidità. Quindi, anche se il freno rigenerativo è ottimo, a volte la frenata rigenerativa può essere limitata. Non si riesce a catturare tutta l'energia che si potrebbe pensare, ma quella che si cattura è gratuita. L'efficienza della frenata rigenerativa è un parametro fondamentale.
Questa è la domanda principale e la risposta è semplice e complessa allo stesso tempo. La misurazione dell'efficienza della frenata rigenerativa consiste nel confrontare due numeri: la quantità di energia catturata dal freno rigenerativo e la quantità di energia cinetica persa dall'auto durante la frenata. La formula di base è: Energia recuperata / Energia persa = Efficienza di rigenerazione.
Per ottenere questi numeri, gli ingegneri utilizzano speciali sensori sul veicolo elettrico. Misurano la velocità delle auto per calcolare la variazione di energia cinetica. Hanno anche sensori sulla batteria per misurare esattamente la quantità di energia che vi ritorna durante una frenata. Misurano la potenza di frenata e lo sforzo di frenata del freno rigenerativo. Questo processo di recupero dell'energia cinetica viene testato più volte in laboratorio e su piste di prova per ottenere un numero preciso. Questo li aiuta a migliorare il sistema di frenata rigenerativa per le auto del futuro.
L'efficienza complessiva del veicolo non dipende solo dai componenti dell'auto. Il conducente ha un grande impatto sul funzionamento del freno rigenerativo. Se frenate bruscamente e in ritardo, l'auto dovrà utilizzare il suo potente freno a frizione insieme al freno rigenerativo. Ciò significa un minor recupero di energia cinetica. Ma se ci si esercita a usare la frenata rigenerativa rallentando dolcemente e guardando avanti, si dà al freno rigenerativo più tempo per funzionare.
Anche altri fattori sono importanti. Guidando a velocità costante in autostrada, il freno rigenerativo non viene utilizzato molto. La guida in città, con molte soste e ripartenze, è l'ambito in cui il freno rigenerativo è più efficace. Anche il design del motore e il peso dell'auto giocano un ruolo importante. La guida in discesa è un momento perfetto per il freno rigenerativo. Fornisce un controllo eccellente in discesa e può agire come un generatore netto di elettricità, aggiungendo un'autonomia significativa. L'uso della frenata rigenerativa è un'abilità.
I veicoli elettrici ibridi sono un caso particolare. Hanno sia un motore a combustione interna che un motore elettrico. Ciò significa che possono anche utilizzare un freno rigenerativo. Il sistema funziona in modo simile a quello di un veicolo completamente elettrico. Quando il conducente rallenta, il motore aiuta a frenare e invia energia al piccolo pacco batterie.
Alcuni veicoli ibridi utilizzano la cosiddetta frenata rigenerativa parallela. Ciò significa che il computer dell'auto decide come miscelare il freno rigenerativo e il freno a frizione per rallentare senza problemi. L'obiettivo è sempre quello di utilizzare il più possibile il freno rigenerativo. La frenata rigenerativa, insieme allo spegnimento del motore durante le soste, è ciò che rende le auto ibride ed elettriche così adatte alla guida in città. Questi veicoli ibridi elettrici ottengono una grande efficienza energetica dal loro sistema di frenata rigenerativa.
Molti nuovi modelli di veicoli elettrici offrono una funzione chiamata "guida con un solo pedale". Mi piace questa funzione. Significa che il freno rigenerativo è abbastanza forte da rallentare l'auto in modo significativo, anche fino a un arresto completo, semplicemente sollevando il piede dall'acceleratore. Non è quasi necessario toccare il pedale del freno nel normale traffico cittadino. Ciò rende la guida più fluida e consente di sfruttare la massima energia rigenerativa possibile.
Tuttavia, è sempre presente un normale sistema frenante a frizione come riserva. Si tratta di una caratteristica di sicurezza fondamentale. Il freno rigenerativo potrebbe non essere abbastanza potente per un arresto di emergenza improvviso. È necessaria la potente frenata meccanica di un freno a frizione per ridurre lo spazio di frenata e mantenere la sicurezza. Inoltre, se i sistemi di frenata elettrici si guastano per qualsiasi motivo, i sistemi a frizione e rigenerativi lavorano insieme, ma il vecchio freno a frizione è la sicurezza definitiva. Il freno rigenerativo da solo non è sempre in grado di arrestarvi completamente in ogni situazione.
L'idea di un freno rigenerativo non è nuova. Infatti, esiste da oltre un secolo! Uno dei primi impieghi della frenata rigenerativa è stato quello delle ferrovie elettriche. Pensate: i treni generano grandi quantità di energia cinetica. L'uso di un freno rigenerativo per aiutarli a rallentare e a rimandare l'energia alla rete offriva enormi vantaggi economici e operativi. La frenatura rigenerativa, agli albori, ha rappresentato una svolta per i sistemi di trazione elettrica.
L'idea è stata utilizzata anche nelle prime automobili. Un'auto del 1900, chiamata Krieger Electric Landaulet, aveva un motore di trazione in ogni ruota anteriore. Questa landaulet elettrica aveva un sistema di trazione in cui i motori funzionavano come generatori quando l'auto era in discesa, contribuendo a ricaricare le batterie. La Landaulet elettrica di Krieger era in anticipo sui tempi. Dimostrò che un sistema di recupero dell'energia cinetica era possibile nei veicoli stradali molto prima dell'arrivo dei moderni veicoli elettrici ibridi. Anche la frenata di alcuni carrelli elettrici, all'inizio degli anni '30, utilizzava questo principio.
Quindi, dopo tutti questi discorsi tecnici, cosa significa per voi? La comprensione del freno rigenerativo vi aiuta in tre modi importanti. In primo luogo, estende l'autonomia dei veicoli elettrici. Guidando dolcemente e lasciando che il freno rigenerativo faccia il suo lavoro, è possibile aggiungere chilometri alla carica della batteria.
In secondo luogo, consente di risparmiare denaro migliorando l'efficienza energetica. L'energia viene recuperata anziché sprecata, il che significa che si spende meno in elettricità. Inoltre, si risparmia l'usura delle pastiglie dei freni a frizione. Poiché il freno rigenerativo svolge gran parte del lavoro, i freni meccanici durano molto più a lungo. Questo allunga la vita dell'impianto frenante. Infine, vi rende semplicemente un guidatore migliore e più fluido. Imparare a padroneggiare il pedale del freno e l'effetto della frenata rigenerativa è un'abilità soddisfacente per qualsiasi guidatore di veicoli elettrici o ibridi.
Per velocizzare il progetto, è possibile etichettare le pile di laminazione con dettagli quali tolleranza, materiale, finitura superficiale, se è necessario o meno un isolamento ossidato, quantitàe altro ancora.
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