Sistema de Frenado Regenerativo Tesla Model 3
Luis Blázquez

Sistema de frenado regenerativo: ¿Cómo funciona esta tecnología?

Si estás pensando en comprar un coche eléctrico o un híbrido, es posible que hayas oído hablar del frenado regenerativo. Pero, ¿qué significa este término? ¿Por qué es de vital importancia en este tipo de vehículos? ¿Para qué sirve? ¿Cómo funciona? Si te han surgido estas preguntas (y quizá alguna más), continúa leyendo para obtener las respuestas que buscas.

Cada vez que pisas el pedal de freno de un coche, se desperdicia energía. Sin embargo, la física nos dice que la energía no se puede destruir. Entonces, cuando un coche desacelera, la energía cinética que lo impulsa hacia adelante va a alguna parte. La mayor parte de ella, simplemente, se disipa en forma de calor y se vuelve inservible. Dicha energía, que podría haberse utilizado para hacer un trabajo más laborioso, se desperdicia. Pero, ¿hay algo que tú, como conductor, puedas hacer para aprovecharla? Realmente no.

En la mayoría de los vehículos es el subproducto inevitable del frenado, y no hay forma de que puedas conducir sin pisar el freno de vez en cuando. Sin embargo, los ingenieros automotrices han pensado mucho en este problema y han ideado una especie de sistema de frenado con el que se puede recuperar gran parte de esa energía cinética y transformarla en electricidad, de modo que pueda usarse para recargar las baterías del automóvil. Este sistema se llama frenado regenerativo, y es cada vez más popular en el mercado.

En la actualidad, este tipo de frenos se encuentran principalmente en vehículos híbridos como el Toyota Prius y en aquellos que son totalmente eléctricos, como el Tesla Model S. En coches así, mantener la batería cargada es de considerable importancia. Sin embargo, la tecnología se utilizó por primera vez en los tranvías y, posteriormente, se ha abierto camino en lugares tan inverosímiles como en las bicicletas eléctricas e incluso monoplazas de Fórmula 1. Por tanto, es importante estar familiarizado con esta tecnología.

Historia del sistema de frenado regenerativo

La idea de un freno que pudiera coger la energía cinética que absorbe y convertirla en energía potencial para su uso posterior ha existido desde finales del siglo XIX. Algunos de los primeros intentos de esta tecnología llegaron a bicicletas con tracción delantera o en cabinas tiradas por caballos. El ferrocarril Bakú-Tbilisi-Batumi comenzó a aplicar dicho sistema a comienzos de los años 30. Este es un ejemplo del uso temprano de esta tecnología en el sistema ferroviario.

En la década de 1950, la empresa suiza Oerlikon desarrolló el autogiro, que utilizaba el volante como método de almacenamiento de energía. Los efectos del movimiento giroscópico pronto resultaron en su descontinuación. En 1967, la American Motor Car Company (AMC) diseñó un freno regenerativo de energía eléctrica para su prototipo de coche eléctrico, el AMC Amitron. Pero fue Toyota fue el primer fabricante de automóviles en comercializar esta tecnología en sus coches, con el Prius. Desde entonces, han evolucionado para adaptarse a otros tantos.

AMC Amitron Concept (1967)

¿Qué es un sistema de frenado regenerativo?

En un sistema de frenado tradicional, las pastillas de freno producen fricción contra los discos (o tambores) para reducir la velocidad o detenerse. Al hacerlo, se genera una fricción adicional entre los neumáticos y el firme. Esta fricción es lo que convierte la energía cinética del vehículo en calor. Con los frenos regenerativos, por otro lado, el sistema que impulsa la máquina hace la mayor parte del trabajo. Cuando el conductor presiona el pedal del freno en un eléctrico o un híbrido, ponen el motor eléctrico del vehículo en un “modo de marcha atrás”.

Esto ralentiza las ruedas. Mientras funciona al revés, el motor también actúa como generador eléctrico, produciendo electricidad que luego se alimenta a las baterías. Estos tipos de frenos funcionan mejor a determinadas velocidades que a otras. De hecho, donde más eficaces son es en situaciones de conducción intermitente. Pero los híbridos y los eléctricos también cuentan con frenos normales, como una especie de sistema de respaldo para situaciones en las que el frenado regenerativo simplemente no proporciona suficiente potencia de frenado.

En estos casos, es vital ser conscientes del hecho de que el pedal del freno puede responder de manera diferente a la presión de nuestro pie. De hecho, a veces se pisamos con más ímpetu en dirección a la moqueta de lo que normalmente lo haríamos, y esa sensación puede dar cierto pánico momentáneo en los conductores poco familiarizados con el sistema. Cabe matizar que, aunque solo hayamos mencionado a los vehículos eléctricos, el sistema también está presente en los de combustión interna tradicional (gasolina y diésel) más modernos.

En estos últimos, se usa para cargar la batería que apoya a sistemas auxiliares en el automóvil, lo que significa menos trabajo para el motor y menos combustible quemado. En estos coches, el sistema es prácticamente imperceptible para el conductor, pero en los híbridos y eléctricos puros, el frenado regenerativo tiene un papel más activo (y evidente). Como mencionábamos unas líneas más arriba, la energía aprovechada de los frenos puede ayudar a cargar las baterías que, directamente, se encargan de impulsar el coche y necesitan energía.

¿Cómo funciona el frenado regenerativo?

El motor eléctrico de un coche híbrido o eléctrico funciona en dos sentidos: una para impulsar las ruedas y mover el vehículo per se, y la otra para recargar la batería. Cuando levantas el pie del pedal del acelerador y lo colocas en el freno, el motor eléctrico cambia de dirección y se encarga de devolver energía a la batería. Cuando este proceso se activa, se puede sentir que el coche comienza a disminuir su velocidad. Decíamos que es una sensación diferente en cada coche con esta función, ya que cada fabricante programa su sistema de una forma distinta.

En caso de pisar el pedal de freno lo suficientemente fuerte, el circuito hidráulico tradicional se activará para detener el coche rápidamente. Nuevamente, diferentes coches tienen diferentes configuraciones de la fuerza que hay que ejercer en el pedal para que los frenos se activen. Son muchos los vehículos equipados con este sistema, y ellos todos se sienten un tanto diferentes de usar. De hecho, en la mayoría de los cero emisiones, incluso se puede adaptar la forma en la que se actúa en base a tus preferencias de conducción o las condiciones de uso.

Si buscas recolectar la mayor cantidad posible de energía, se puede programar para retener lo máximo al dejar de acelerar; si odias la sensación de que el coche frene solo, lo puedes apagar. En la mayoría de casos, las luces de freno del coche se encenderán si este reduce la velocidad rápidamente, incluso si ni siquiera estás tocando el pedal del freno. Algunos incluso tienen un sistema de control de crucero automático que utiliza la regeneración de frenos. El vehículo de adelante es monitoreado por sensores y usa el sistema para adaptar la velocidad con él.

La cantidad de electricidad que genera el sistema es proporcional al nivel de fuerza de frenado. Eso significa que cuanto más fuerte es la dicha fuerza, mayor será la corriente eléctrica. En última instancia, la cantidad de energía que recupera el sistema depende de la velocidad del vehículo y la duración de la aplicación de los frenos. Al frenar, el sistema asigna solo una parte de la fuerza de frenado a la regeneración de energía y otra al sistema de frenos convencional. Así, el sistema logra el doble propósito simultáneo de reducir la velocidad y recargar la batería.

En muchos vehículos eléctricos, cuando suelta el pedal por completo, se siente como si el pie estuviese firmemente asentado sobre el freno. Esto se conoce comúnmente como “conducción con un solo pedal”, ya que tan solo es necesario modular el pie derecho para acelerar y reducir la velocidad, en lugar de cambiarlo entre los pedales del freno y del acelerador. El Nissan Leaf, por ejemplo, tiene el sistema bautizado como e-Pedal, y se puede activar a través de un botón en el salpicadero, mientras que otros como el Kia e-Niro emplean levas tras el volante.

Entonces, ¿se desgastan menos los frenos hidráulicos?

Debido a que los frenos hidráulicos son esencialmente un sistema de respaldo, se usan menos y, en teoría, deberían durar más. Sin embargo, la realidad puede ser muy diferente: con menos uso, el óxido y los elementos contaminantes pueden acumularse rápidamente, lo que afecta tanto la superficie de fricción del disco (o tambor) como al montaje de la pastilla (o zapatas). Por tanto, los componentes clave de los frenos se desgastan, solo que de manera diferente.

Por supuesto, la edad, las condiciones de conducción y los factores ambientales como el agua, la niebla salina y los cambios bruscos de temperatura causarán desgaste en los componentes del sistema como lo harían en cualquier otro vehículo. Eso quiere decir que sigue siendo una buena práctica realizar controles de mantenimiento regulares en todo el sistema de frenos, ya sea un vehículo híbrido, eléctrico o con motor de combustión interna; solo recuerda seguir las precauciones de seguridad detalladas en el manual del fabricante del vehículo y listo.

Eficiencia y eficacia del frenado regenerativo

Ninguna máquina puede ser 100 % eficiente (sin violar las leyes de la física), ya que cualquier transferencia de energía, inevitablemente, incurrirá en pérdidas como calor, luz, ruido, etc. La eficiencia del proceso de frenado regenerativo varía entre muchos vehículos, motores, baterías y controladores, pero a menudo tiene una eficiencia de en torno al 60 y 70 %. La regeneración, normalmente, pierde alrededor del 10-20 % de la energía que se captura, y luego el automóvil pierde otro 10-20 % cuando vuelve a convertir esa energía en aceleración.

Esto es bastante estándar en la mayoría de los eléctricos, incluidos los turismos, los camiones, las bicicletas eléctricas y demás. Ten en cuenta que ese 70 % de eficiencia no significa que el frenado regenerativo otorgue un aumento de autonomía del 70 %. Esto, simplemente, significa que el 70 % de la energía cinética perdida durante el acto de frenado se puede convertir en aceleración más tarde. Esta es la razón por la que hablar solo de la eficiencia no es indicativo primordial. Alguien puede ser muy eficiente trabajando, pero si es una hora al día, es probable que no logre mucho.

Aquí entra en juego la eficacia. Esta medida sí afecta a la variación de autonomía. ¿Aumenta un 5 % más? ¿Un 50 % más? Como probablemente ya hayas adivinado, la efectividad varía significativamente en función de factores que incluyen las condiciones de conducción, el terreno y el tamaño del vehículo. Las condiciones de conducción tienen un gran impacto. Verás una efectividad mucho mejor para el frenado regenerativo en el tráfico urbano con frenadas y arranques que en los desplazamientos por carretera donde se conducen horas sin frenar.

El terreno también juega un papel importante aquí, ya que la conducción cuesta arriba no te da muchas posibilidades de frenar, pero la cuesta abajo regenerará una cantidad mucho mayor de energía motivado por los largos períodos de pisar el pedal. En descensos largos, el frenado regenerativo se puede utilizar casi constantemente para regular la velocidad mientras se carga la batería de forma continua. Y el tamaño también importa: cuanto más grande, más pesados, por lo que se genera más inercia que deriva en una mayor cantidad de energía cinética.

Fuente: JD Power, ScienceDirect, Electreck

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