¿Qué es el frenado regenerativo en baterías de litio?

Los primeros dos meses conduciendo un vehículo eléctrico seguí dando bandazos hacia adelante cada vez que levantaba el acelerador. Me sentí como si estuviera retrasando un manual. Me tomó un tiempo volver a entrenar mi pie derecho. Ahora, cuando conduzco un coche de gasolina de alquiler, siento que la costa está mal, como si los frenos estuvieran rotos.

Regen es el motor que funciona hacia atrás. Cuando aceleras, el motor extrae corriente del paquete y hace girar las ruedas. Cuando reduce la velocidad, las ruedas hacen girar el motor. El motor se convierte en generador. La corriente vuelve a la batería. No complicado.

A los departamentos de marketing les encanta lograr un aumento de eficiencia de alrededor del 30%. El mundo real es más complicado. Registré datos-de mi Model 3 durante seis meses viajando al trabajo en Atlanta. Calles mixtas de carretera y superficie, tránsito moderado. Regen recuperó aproximadamente el 18% de la energía que puse. No el 30.

La conducción en ciudad funciona mejor. Parar y arrancar significa más eventos de frenado. Un amigo que realiza entregas para Amazon en una camioneta Rivian obtiene un 25% o más. Se detiene constantemente. Al circular por carretera a 70 mph, apenas tocas los frenos. Regen no hace casi nada por ti allí.

La cifra del 30% proviene de ciclos de prueba ideales. Paradas repetidas desde 60 mph con regeneración máxima. Nadie conduce así.

La conducción en montaña es la excepción. Al bajar de Asheville el otoño pasado, vi cómo la batería subía del 54 % al 71 % en aproximadamente 40 millas de descenso. Eso se sintió como energía libre. Por supuesto que lo quemé subiendo.

Regenerative Braking

Esta es la parte que nadie explica bien antes de comprar un vehículo eléctrico.

A las células de litio no les gusta aceptar carga cuando están frías. Los iones se mueven demasiado lento. Fuerce la corriente hacia una celda fría y obtendrá un revestimiento de litio en el ánodo. Daño permanente. Entonces el BMS corta la regeneración cuando la mochila está fría.

¿Qué tan frío? Varía según el fabricante. Mi auto básicamente mata la regeneración por debajo de 20 grados F. Entre 20 y 45 grados F se reduce, tal vez a la mitad. Se siente como si los frenos dejaran de funcionar la primera vez que lo experimentas. Pisas el pedal esperando una fuerte desaceleración y el auto simplemente rueda. Los frenos de fricción te atrapan pero hay un vacío mental.

Tesla agregó una función de preacondicionamiento que calienta la batería si configura la navegación en un Supercargador. Funciona muy bien para carga rápida de CC. No ayuda en nada a regenerar tu viaje matutino porque la mochila todavía está fría cuando te vas. Algunos propietarios encienden la calefacción de la cabina durante 20 minutos antes de la salida sólo para calentar la batería. Desperdicia energía para ahorrar energía. Las matemáticas no siempre funcionan.

Hyundai y Kia parecen haber resuelto mejor esto. El Ioniq 5 utiliza el calentamiento de la batería de forma más agresiva. Los propietarios de Minnesota informan que la regeneración utilizable se reduce a temperaturas más bajas que las de Tesla. Podría ser una diferencia química, podría ser un ajuste de software. Kia no lo dirá.

Cargue al 100% y conduzca cuesta abajo. ¿A dónde va la energía regenerativa?

En ningún lugar. El BMS lo bloquea. La batería está llena. Una celda de litio llena no puede aceptar más carga sin sufrir daños. Entonces el automóvil descarga la carga adicional sobre los frenos de fricción. O en algunos vehículos se disipa a través de una resistencia en forma de calor. De cualquier manera pierdes la energía.

Esto lo aprendí de la manera más difícil al salir de una estación de esquí. Cargado al 100 % la noche anterior para maximizar el alcance. Bajó una pendiente del 7% durante 12 millas. Regen básicamente estaba fuera de todo el descenso. Usé los frenos de fricción más fuerte de lo que quería. Las almohadillas se calentaron lo suficiente como para oler.

Comience sus viajes de montaña al 80% o menos si hay una bajada importante al principio. Los foros están llenos de personas que se dieron cuenta de esto después de frenar.

Algunos vehículos más nuevos son más inteligentes al respecto. El Lucid Air en realidad mantendrá la carga por debajo del 100% si sabe por navegación que se avecina un largo descenso. Debería ser estándar en todos los vehículos eléctricos. Que no es.

Regenerative Braking

Respuesta corta, probablemente no.

Los pulsos de carga de regeneración son breves. De medio segundo a quizás diez segundos. Luego una brecha. Luego otro pulso. Este patrón de encendido-se diferencia de enchufarlo a un cargador y aplicar corriente constante durante una hora.

Algunos investigadores del NREL publicaron datos en 2022 que sugieren que la carga pulsada puede en realidad ser más suave para las células que la corriente constante. Los períodos de descanso permiten que los iones de litio se redistribuyan dentro del electrodo. Menos estrés por gradiente de concentración. El artículo no trataba específicamente sobre la regeneración, pero los perfiles de carga son similares.

Los datos de flotas de compañías de taxis que utilizan Model 3 en Nueva York no muestran ninguna diferencia mensurable en la degradación entre los conductores de alta-regeneración y de baja-regeneración. La salud de la mochila a 150.000 millas varió más con la frecuencia de carga rápida de CC y el clima que con los hábitos de regeneración. Sin embargo, el tamaño de la muestra fue sólo de unos 40 coches. No concluyente.

He hablado con un par de ingenieros de baterías sobre esto. El consenso parece ser que los niveles de corriente de regeneración están dentro de la clasificación continua segura para las células de vehículos eléctricos modernos. Un paquete de 75 kWh que recibe un pulso de regeneración de 50 kW cuesta solo 0,67 °C. Eso no es nada. El cargador de tu teléfono probablemente alcance 1C.

Lo que mata a las baterías de litio es el calor y el tiempo en un estado de carga alto. Regen no contribuye mucho a ninguno de los dos. En todo caso, reduce-la exposición al SOC superior al recuperar energía que de otro modo tendrías que conectarte.

Conducir con un solo pedal significa una fuerte regeneración en el momento en que levantas el acelerador. Puedes conducir por la ciudad sin tocar el pedal del freno, excepto en las paradas completas. El BMW i3 fue pionero en esto. Tesla lo copió. La mayoría de los vehículos eléctricos lo ofrecen ahora como opción.

Los sistemas combinados se parecen más a los de un coche normal. Inercia cuando despegas, regenera solo cuando presionas el freno. El coche combina a la perfección el frenado regenerativo y el de fricción. No sientes la transición.

¿Cuál es mejor? Depende de lo que te importe.

Un pedal recupera más energía. Física sencilla. Estás desacelerando con regeneración en una distancia más larga. El modo combinado desperdicia la parte de marcha libre debido a la resistencia del aire y la fricción de rodadura.

El modo combinado es más fácil para los pasajeros. Mi esposa se marea al conducir con un solo pedal. La constante aceleración-desaceleración-aceleración-desaceleración la molesta. Cuando ella está en el auto, cambio al modo combinado. Paseo más suave, menos regeneración, todos están más felices.

La vida útil de las pastillas de freno es dramáticamente mejor con un solo pedal. Tengo 48.000 millas con pastillas originales y parecen apenas gastadas. Un mecánico me dijo que ha visto Teslas recorrer 100000+ millas con el primer juego de pastillas. Básicamente, las pastillas solo funcionan durante las últimas mph de una parada y en situaciones de pánico. La desventaja es que los rotores pueden desarrollar óxido en la superficie por falta de uso. Algunos distribuidores recomiendan frenar bruscamente de vez en cuando para limpiarlos.

El comportamiento de regeneración a velocidades muy bajas varía enormemente entre fabricantes.

La mayoría de los vehículos eléctricos pierden su regeneración por debajo de aproximadamente 5 mph. El motor no puede generar corriente útil al paso. La fricción se hace cargo. Pero el punto de transición y la suavidad que se siente difieren.

Porsche Taycan tiene la regeneración a baja velocidad más suave que he experimentado. Audi e-tron GT también, misma plataforma. Hay algo de ingeniería alemana allí. Tesla es decente pero no tan pulido. Algunos de los vehículos eléctricos más baratos se sienten entrecortados en esa zona de transición. El Chevy Bolt recibió quejas sobre esto desde el principio. Las actualizaciones de software posteriores ayudaron.

Las interacciones del control de tracción se vuelven interesantes en superficies resbaladizas. Regen aplica fuerza de frenado únicamente a las ruedas motrices. En un vehículo eléctrico-con tracción trasera, eso significa frenos traseros solo desde la regeneración. Golpea el hielo mientras desaceleras y la parte trasera puede salir. La mayoría de los sistemas de control de estabilidad cortarán la regeneración si detectan un deslizamiento. Algunos lo hacen mejor que otros.

Nunca he tenido un problema, pero he leído relatos de los primeros propietarios del Model S que dieron vueltas en la nieve cuando la regeneración agresiva abrumó la tracción trasera. Tesla supuestamente ajustó esto mejor en software posterior. Difícil de verificar.

Regenerative Braking

La regeneración es una de las ventajas reales que tienen los vehículos eléctricos sobre la combustión. Se recupera energía que de otro modo se convertiría en polvo de frenos y calor. Las ganancias en el mundo real son menores de lo que afirman los folletos, pero aún así son significativas, especialmente en el tráfico con paradas y arranques.

El clima frío y las limitaciones de la batería son reales y molestos. Planifique en torno a ellos o viva con una eficiencia reducida. La desventaja de no comprar gasolina es lidiar con las peculiaridades químicas de las baterías.

Se necesita aproximadamente un mes para ajustar su estilo de conducción. Después de eso se siente normal. Volver a un coche de gasolina parece primitivo. Ese es el gancho de regeneración.