Comment fonctionne le freinage régénératif ?
La technologie des freins n'a pas beaucoup changé au cours des cent dernières années, mais le freinage par récupération représente un changement radical dans la façon dont nous envisageons le freinage. Au lieu d'utiliser la force brute pour arrêter les véhicules en serrant physiquement ou en poussant comme un composant comme un disque de frein ou un tambour, cela la technologie exploite intelligemment le fonctionnement des voitures hybrides et entièrement électriques pour récupérer un peu d'énergie à chaque fois que le véhicule ralentit vers le bas.
Comment fonctionnent les freins dans les voitures et les camions?
Les progrès de la technologie des freins ont été largement itératifs plutôt qu'innovants au fil des ans, comme la transition des freins à tambour aux freins à disque. Il y a également eu des progrès significatifs dans les matériaux physiques qui composent les plaquettes de frein, qui a abouti à des matériaux de friction qui durent plus longtemps, créent moins de poussière et sont moins susceptibles de faire bruit. Des technologies comme
Les freins traditionnels fonctionnent très bien, mais ils sont extrêmement inutiles de par leur nature même. Chaque fois que vous appuyez sur votre pédale de frein, vous serrez efficacement vos roues avec la force de milliers de livres de pression hydraulique. Le mécanisme précis implique des rotors métalliques en forme de disque, qui sont pris en sandwich entre chaque pneu et moyeu de roue, étant pressés entre des plaquettes de frein organiques, métalliques ou en céramique.
Dans les véhicules plus anciens et les freins arrière de certains camions légers, des tambours et des mâchoires de frein moins efficaces sont utilisés à la place. Dans les deux cas, le véhicule ralentit en raison de l'énorme friction générée entre les plaquettes et les disques ou les patins et les tambours. Cette friction transforme essentiellement l'énergie cinétique en énergie thermique (et parfois en beaucoup de bruit), et votre voiture ralentit en conséquence.
Le problème avec les freins traditionnels est que votre moteur a dû dépenser beaucoup de carburant pour accumuler cette énergie cinétique, et elle est essentiellement gaspillée lorsque vos freins la convertissent en chaleur.
L'idée de base derrière le freinage régénératif est qu'une variété de technologies permettent de récupérer une partie de cette énergie cinétique, de la convertir en électricité, puis de la réutiliser.
Comment fonctionnent les freins régénératifs?
La forme la plus courante de technologie de freinage régénératif transforme un moteur électrique en générateur, c'est pourquoi les freins régénératifs sont souvent utilisés dans les véhicules hybrides et électriques.
En fonctionnement normal, le moteur électrique est alimenté par la batterie et l'utilise pour déplacer le véhicule. Lorsque la pédale de frein est enfoncée, le moteur électrique est capable d'inverser ce processus, de devenir un générateur alimenté par les roues en rotation et de réinjecter de l'électricité dans la batterie.
Étant donné que les freins régénératifs chargent efficacement la batterie sans se brancher sur un chargeur, dans le cas de un véhicule électrique, ou en utilisant l'alternateur dans un hybride, l'efficacité globale du véhicule est augmenté. Cela se traduit par plus de kilomètres entre les charges ou les ravitaillements.
Étant donné que les freins à récupération transforment efficacement l'énergie cinétique en électricité, ils sont capables de ralentir un véhicule en plus de charger la batterie. Cependant, il existe des limites à l'efficacité d'un système de freinage régénératif. L'un des principaux problèmes est que les freins à récupération ne fonctionnent pas aussi bien à basse vitesse qu'à haute vitesse. En raison de cette limitation inhérente au freinage par récupération, la plupart des véhicules sont également équipés d'un système de freinage traditionnel supplémentaire.
De la même manière que les commandes traditionnelles de direction, de freinage et d'accélération sont souvent incluses en tant que sauvegarde pour conduit par cable systèmes, les freins traditionnels peuvent servir de secours pour le freinage régénératif. Les systèmes traditionnels ne peuvent se déclencher qu'en cas de défaillance de l'équipement, ou ils peuvent être utilisés de concert avec le freinage par récupération en permanence.
Limites des freins à récupération
En plus de la baisse naturelle de l'efficacité du freinage régénératif à basse vitesse, la technologie souffre également d'un certain nombre d'autres limitations. Parmi les plus notables, citons:
- Le freinage par récupération ne fonctionne que sur les roues motrices: Si un véhicule électrique n'est pas à traction intégrale, avec un moteur pour chaque roue, alors les roues dépourvues de rotors ne pourront pas bénéficier du freinage régénératif.
- Problèmes avec les arrêts de panique: Les freins à récupération ne fournissent généralement pas une force de freinage suffisante dans des conditions d'arrêt d'urgence. C'est un domaine où les freins traditionnels fonctionnent encore beaucoup mieux.
- Limites de la batterie et du moteur: L'efficacité d'un système régénératif est limitée par des facteurs tels que la capacité du système de stockage d'énergie et la puissance du moteur électrique.
- Ne fonctionne qu'avec des véhicules électriques et hybrides: Les systèmes régénératifs traditionnels sont incompatibles avec les véhicules non électriques et non hybrides. Ces véhicules étant dépourvus de moteurs électriques, la mise en œuvre du freinage par récupération est coûteuse et compliquée.
- Contraintes de freinage dynamique: Certains systèmes régénératifs sont obligés d'utiliser un "freinage dynamique" supplémentaire qui ne stocke pas l'énergie cinétique récupérée.
Freins capacitifs et moteurs à combustion traditionnels
Étant donné que les systèmes de freinage à récupération d'énergie reposent généralement sur leurs moteurs électriques pour produire de l'électricité, ils sont intrinsèquement incompatibles avec les véhicules utilisant des moteurs à combustion interne. Cependant, il existe des technologies régénératives alternatives qui peuvent être appliquées aux moteurs à combustion interne traditionnels.
L'un de ces systèmes utilise de gros condensateurs pour stocker et libérer rapidement de l'électricité, qui passe ensuite à travers un transformateur abaisseur. Les 12 volts la sortie est ensuite injectée dans le système électrique du véhicule, ce qui soulage le moteur. Cette technologie est actuellement capable de augmenter l'efficacité énergétique jusqu'à 10 pour cent, même s'il en est encore à ses balbutiements.
Quelles voitures utilisent des freins à récupération?
La plupart des véhicules hybrides et électriques utilisent un certain type de système de freinage régénératif. Des équipementiers comme Chevrolet, Honda, Nissa, Toyota et Tesla ont tous intégré très tôt la technologie de freinage régénératif dans leurs véhicules hybrides et électriques. Les véhicules non hybrides qui utilisent un certain type de freinage régénératif sont nettement moins courants, mais BMW et Mazda ont tous deux été les premiers à adopter la technologie dans certains modèles.