Descubre el frenado regenerativo: cómo aprovechar la energía cinética en los vehículos eléctricos

Tabla de contenido:

1. Introducción
2. ¿Qué es la tecnología de frenado regenerativo? 2.1 Funcionamiento de los vehículos eléctricos 2.2 Breve explicación de un motor de inducción 2.3 El frenado regenerativo como acción automática
3. ¿Cómo se mantiene la velocidad del campo magnético rotativo (RMF) más baja que la velocidad del rotor? 3.1 El papel del inversor en el frenado regenerativo 3.2 Resultados de una simulación 3.3 Converter Electrónico de Potencia (PEC) y su función
4. Almacenamiento de energía generada durante el frenado regenerativo 4.1 Funciones del PEC en el proceso de almacenamiento 4.2 Conversión de corriente alterna a corriente continua 4.3 Ajuste del nivel de voltaje para la carga de la batería
5. Comparación con sistemas de frenado convencionales 5.1 Pérdida de energía cinética en sistemas de freno de disco convencionales 5.2 Ventajas del frenado regenerativo en términos de alcance en vehículos eléctricos
6. Conclusión
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Tecnología de frenado regenerativo: cómo aprovechar la energía cinética en vehículos eléctricos

El avance tecnológico de los vehículos eléctricos ha revolucionado la industria automotriz y ha introducido nuevas formas de frenado que aprovechan la energía cinética durante la desaceleración. Una de esas tecnologías es el frenado regenerativo, que permite al conductor sentir una experiencia similar a la del frenado convencional mientras recupera energía para cargar la batería del automóvil.

¿Qué es la tecnología de frenado regenerativo?

El frenado regenerativo es un sistema que convierte la energía cinética del vehículo en energía eléctrica cuando se reduce la velocidad o se libera el pedal del acelerador. En lugar de utilizar frenos de fricción convencionales para disipar la energía cinética en forma de calor, el sistema regenerativo utiliza el motor eléctrico del vehículo como generador, convirtiendo la energía cinética en energía eléctrica que se almacena en la batería.

Funcionamiento de los vehículos eléctricos

Antes de sumergirnos en el frenado regenerativo, es importante comprender cómo funcionan los vehículos eléctricos en general. A diferencia de los vehículos de combustión interna, los vehículos eléctricos utilizan un motor de inducción como fuente de propulsión principal.

Breve explicación de un motor de inducción

Un motor de inducción es un tipo de motor eléctrico en el que se suministra energía a las bobinas del estator para generar un campo magnético rotativo (RMF). Este campo magnético impulsa el rotor, lo que a su vez crea un par motor que impulsa la carga. En un motor de inducción, la velocidad del rotor siempre es menor que la velocidad del RMF.

Pero, ¿qué sucede si podemos invertir esta situación? Si la velocidad del RMF es menor que la velocidad del rotor, el sentido de la corriente inducida en las barras del rotor se invertirá, lo que resultará en un cambio brusco de la dirección de la fuerza que actúa sobre el rotor, desacelerando instantáneamente el motor. Es en este punto cuando se activa el frenado regenerativo.

¿Cómo se mantiene la velocidad del campo magnético rotativo (RMF) más baja que la velocidad del rotor?

Para mantener la velocidad del RMF siempre por debajo de la velocidad del rotor, el vehículo eléctrico utiliza un componente crucial llamado inversor. El inversor recibe constantemente la velocidad instantánea del rotor y ajusta la frecuencia de la corriente alterna que produce para mantener la velocidad del RMF por debajo de la velocidad del rotor. A medida que la velocidad del rotor disminuye, la velocidad del RMF también se reduce.

Los resultados de una simulación realizada con software de elementos finitos (FEA) muestran claramente cómo el RMF se retrasa con respecto al rotor cuando la frecuencia de entrada se reduce. Esta sincronización garantiza que la energía cinética del vehículo se convierta eficientemente en energía eléctrica.

El tren motriz del vehículo, cuando se encuentra en modo de frenado regenerativo, actúa como un generador, invirtiendo el flujo de energía para almacenar la energía generada durante el frenado en las baterías. Para lograr esto, se utiliza un Convertidor Electrónico de Potencia (PEC) adicional dentro del inversor.

Funciones del PEC en el proceso de almacenamiento

El Convertidor Electrónico de Potencia (PEC) es responsable de convertir la energía eléctrica generada durante el frenado regenerativo en una forma adecuada para almacenarla en las baterías. La energía generada es inicialmente una corriente alterna (AC), que debe convertirse en corriente continua (DC) a través de un proceso de rectificación. Posteriormente, un convertidor de DC a DC se utiliza para ajustar el nivel de voltaje y que coincida con la tensión de la batería. Esta tensión regulada se conecta al sistema de batería para su carga.

En resumen, durante el frenado regenerativo, la energía cinética del vehículo se convierte en energía eléctrica y se almacena en las baterías. A diferencia de los sistemas de freno convencionales, en los que la energía cinética se pierde como calor, el frenado regenerativo permite recuperar parte de esa energía y aumentar el alcance de los vehículos eléctricos hasta en un 10 por ciento.

Comparación con sistemas de frenado convencionales

Los sistemas de freno convencionales, como los frenos de disco, disipan toda la energía cinética del vehículo en forma de calor, lo que se traduce en una pérdida significativa de energía. Sin embargo, en vehículos eléctricos, el frenado regenerativo se vuelve menos efectivo a velocidades bajas, por lo que se debe recurrir a los frenos de fricción normales para detener completamente el vehículo.

En el caso del frenado regenerativo, al comienzo de la acción de frenado, se suministra el 100% del par de frenado a través del frenado regenerativo, pero al final, el frenado normal de fricción se encarga. Esta transición fluida de frenado se conoce como mezcla de par (torque blending).

El frenado regenerativo tiene una clara ventaja en términos de alcance en vehículos eléctricos, ya que permite recuperar energía que de otro modo se perdería como calor en sistemas de freno convencionales.

Conclusión

El frenado regenerativo está cambiando la forma en que aprovechamos la energía cinética en los vehículos eléctricos. Al convertir la energía cinética en energía eléctrica durante la desaceleración, los vehículos eléctricos pueden aumentar su alcance y ser más eficientes energéticamente. Esta técnica se basa en la sincronización entre la velocidad del campo magnético rotativo y la velocidad del rotor, controlada por un inversor y utilizando un Convertidor Electrónico de Potencia para almacenar la energía generada.

A medida que la tecnología de vehículos eléctricos sigue avanzando, es importante entender cómo funcionan sus diferentes sistemas para aprovechar al máximo su potencial de eficiencia y sostenibilidad.

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Recursos:

• Software de elementos finitos (FEA)
• Convertidor Electrónico de Potencia (PEC)