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May 05, 2023

Cómo funciona el frenado regenerativo en camiones y remolques comerciales

A medida que las tasas de adopción de camiones híbridos y eléctricos continúan creciendo, los concesionarios y

A medida que las tasas de adopción de camiones híbridos y eléctricos continúan creciendo, los concesionarios y las operaciones de posventa pronto estarán expuestos a una gran cantidad de sistemas y tecnologías desconocidos que se espera que mantengan. Una de esas innovaciones es el frenado regenerativo.

El frenado regenerativo captura la energía cinética creada durante un evento de frenado y convierte esa energía en electricidad, que luego se dirige a través de un motor eléctrico a las baterías de un vehículo, extendiendo su alcance. El frenado regenerativo es estándar en los automóviles híbridos y eléctricos y, a medida que los OEM de servicio mediano y pesado de América del Norte continúan lanzando sus modelos eléctricos de primera generación, la tecnología está comenzando a extenderse a los camiones.

Saber cómo funcionan las aplicaciones de frenado regenerativo pronto será vital para los operadores de repuestos y servicios.

Ameya S. Jathar, directora sénior de ingeniería de Meritor, dice que la comprensión del frenado regenerativo comienza con los frenos básicos de un camión. En los camiones diésel con motor de combustión interna (ICE, por sus siglas en inglés) que dominan el panorama actual de la Clase 8, el frenado se logra mediante la aplicación de torsión en los extremos de las ruedas. Cuando un conductor pisa el pedal del freno en un camión diésel, activa las zapatas o pastillas de freno forradas con material de fricción que se encuentran con el freno de base, convirtiendo la energía cinética en el extremo de la rueda en calor que es absorbido por el material de fricción para detener el camión. .

Los camiones híbridos y eléctricos también tienen frenos básicos, pero no actúan como el único método para detener un vehículo. "Con los vehículos eléctricos, el par de frenado se suministra con motores que utilizan inversores de accionamiento", dice Jathar.

Las aplicaciones de frenado regenerativo se pueden configurar en diversos grados de agresividad y las configuraciones más agresivas proporcionan la mayor cantidad de energía de regreso a las baterías de un camión. Meritor

Jeremy Frenznick de Dana, director sénior de ingeniería, elabora.

A diferencia de los vehículos impulsados ​​por ICE, que se mueven usando energía generada dentro de un motor y transferida a través de una transmisión y ejes a los extremos de las ruedas, Frenznick dice que los vehículos eléctricos son impulsados ​​por motores eléctricos instalados dentro de una transmisión o eje y alimentados por la energía almacenada en las baterías del vehículo. . Cuando están equipados para frenado regenerativo, estos motores tienen la capacidad no solo de empujar la electricidad hacia afuera sino también de atraerla hacia adentro.

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"En un EV, la batería alimenta el motor, pero la batería también puede actuar como un absorbente de energía", dice Frenznick. "Entonces, en lugar de un ICE donde usa un freno de fricción para reducir la velocidad y convertir la energía cinética en calor, en un EV captura esa energía y la devuelve a las baterías".

"A veces lo llamamos 'combustible gratis' o 'combustible encontrado'", dice Andy Brown, gerente de marketing de productos, electromovilidad, Volvo Trucks North America. "Porque en una regeneración eso es esencialmente lo que está sucediendo; estás invirtiendo la polaridad dentro del motor eléctrico para que actúe como un generador y dirija esa energía [como electricidad] de regreso a la batería".

Cuando se implementa correctamente en ciclos de trabajo óptimos, Brown dice que Volvo estima que su VNR Electric puede recuperar hasta el 15 por ciento de la energía a través del frenado regenerativo. Y aunque el frenado regenerativo no es un sistema esencial dentro de un EV (un camión eléctrico puede funcionar únicamente con frenos de base convencionales), muchas aplicaciones donde las tasas de adopción de EV son más altas también ofrecen las oportunidades de frenado más regenerativo. Esto incluye basura, recogida y entrega, autobuses urbanos y más.

"Si hace muchas paradas y arranques, tendrá más oportunidades de realizar una regeneración", dice Richard Beyer, vicepresidente de ingeniería e investigación y desarrollo de Bendix.

En un escenario de frenado regenerativo, la energía cinética del vehículo se traslada a través de los neumáticos al eje motriz, a través del eje de transmisión y al motor, generando electricidad que se enruta a través de un cableado de alto voltaje a la caja de conexiones, al inversor, a través del controlador de batería y, en última instancia, en las baterías del vehículo. Dana

"Supongo que a medida que crezca la adopción de EV, cada camión tendrá frenado regenerativo", dice Frenznick. "No todos lo usarán de la misma manera, el valor no es el mismo para todas las aplicaciones, pero la tecnología estará ahí".

Y con la mejora de la infraestructura de carga de vehículos eléctricos, pero lamentablemente aún no disponible en todo el país, la capacidad de encontrar energía y cumplir o superar las capacidades de autonomía del vehículo es invaluable.

Haciéndose eco de Brown, Jathar dice que Meritor ha recorrido 1,7 millones de millas en su flota de prueba de 200 EV e informa ganancias de energía del 12 al 15 por ciento a través del frenado regenerativo. "Cuanta más energía podamos recuperar, mejor para un conductor", dice.

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Beyer dice que las aplicaciones regionales y de larga distancia, particularmente en terrenos accidentados, probablemente serán el último segmento del sector de camiones en hacer la transición a los vehículos eléctricos y verán los beneficios más pequeños de la optimización del rango de frenado regenerativo.

Él atribuye las rutas como una de las razones. Un camión que rara vez se detiene tiene oportunidades de regeneración limitadas. Pero Beyer también señala que la mayoría de los motores eléctricos distribuyen la energía a un ritmo más alto de lo que la reciben, lo que significa que en áreas montañosas de alto grado, el frenado regenerativo por sí solo puede no ser suficiente para reducir la velocidad de un vehículo a un ritmo seguro. En estos casos, los frenos de base seguirán siendo llamados a trabajar con el frenado regenerativo para desacelerar un vehículo de manera segura.

Beyer agrega que Bendix ha desarrollado una tecnología de combinación de frenos para estas aplicaciones, que combina soluciones de frenado a la perfección para que los conductores reciban un evento de frenado constante sin importar cuándo y dónde necesiten reducir la velocidad.

Bendix dice que su tecnología de combinación de frenos permitirá que los vehículos con capacidades de frenado regenerativo combinen a la perfección las acciones de frenado regenerativo y básico para detener un vehículo. Sistemas de vehículos comerciales Bendix

"Si eres un conductor, no debería preocuparte de dónde viene la desaceleración", dice.

Frenznick también señala que el frenado regenerativo no tiene que realizarse por igual en todas las aplicaciones. Los motores eléctricos se pueden configurar para ofrecer varios niveles de capacidad de frenado regenerativo según la optimización del ciclo de trabajo o la solicitud del cliente.

"Hay una gran diferencia entre el 30 por ciento de frenado regenerativo y el 100 por ciento", dice, y agrega que Dana recomienda a los clientes nuevos en la tecnología que prueben sus vehículos de entrenamiento para comprender las diferencias en el rendimiento del frenado y la experiencia del conductor en las configuraciones de regeneración.

Jathar señala que las pruebas de Meritor indican que muchos conductores prefieren su configuración de regeneración más agresiva porque reduce la fatiga del conductor con el tiempo, pero también admite que lleva un tiempo acostumbrarse.

"Es una experiencia de frenado diferente a la de un ICE", dice.

El frenado regenerativo también ofrece beneficios de mantenimiento, principalmente al extender los intervalos de servicio. Jathar dice que la tecnología no reduce la cantidad de componentes en un extremo de rueda, pero sí reduce las instancias en las que se activan y la gravedad de su aplicación. El frenado regenerativo hace realidad la 'conducción con un solo pedal'.

"Podemos permitir que un vehículo pase de la velocidad de la autopista a casi detenerse solo con un frenado regenerativo", dice Jathar. "Los frenos básicos solo se requieren durante las últimas millas por hora para detenerse por completo".

"Lo que diferenciará a los buenos de los grandes conductores es cómo tratan el frenado regenerativo", dice Brown. "Los conductores que realmente lo entienden rara vez, si alguna vez, tienen que usar sus frenos de servicio".

El frenado regenerativo también puede ayudar a impulsar aplicaciones de remolque. Carrier y ConMet anunciaron una asociación estratégica en enero para utilizar el frenado regenerativo con el extremo de rueda eléctrico eHub de ConMet para apoyar las unidades de refrigeración de remolques.

ConMet y Carrier se han asociado para desarrollar una solución de frenado regenerativo para ayudar a alimentar unidades refrigeradas de remolques.ConMet

Marc Trahand, vicepresidente y gerente general de la unidad de negocios eMobility de ConMet, dice que el sistema eHub de ConMet funciona como las aplicaciones de frenado regenerativo de un tractor, con un motor eléctrico integrado en el extremo de la rueda para convertir la energía capturada de los eventos de inercia y frenado en electricidad que se puede enrutar directamente en una unidad refrigerada. Para los contenedores refrigerados que también están equipados con capacidades de carga de energía desde tierra (que se conectan a una instalación durante un evento de carga), Trahand dice que la electrificación del extremo de la rueda es otro paso para reducir la dependencia de un remolque de la energía del tractor para funcionar.

"Estamos tratando de producir un tráiler de cero emisiones a través de la electrificación", dice.

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El potencial de generación de energía de los extremos de las ruedas de los remolques electrificados también depende del ciclo de trabajo, aunque los remolques requieren muchos menos eventos de frenado para adquirir suficiente energía para alimentar una unidad refrigerada. Para los casos en los que la electricidad creada en un extremo de la rueda supera las necesidades de un frigorífico, se puede aprovechar la electricidad adicional para ayudar a impulsar el remolque hacia adelante. Trahand dice que dicha innovación podría volverse esencial a medida que los municipios a nivel mundial propongan requisitos de cero emisiones para los vehículos.

"Las aplicaciones futuras podrían volverse más inteligentes y capaces de cambiar sus modos en función de las ubicaciones telemáticas y GPS... de modo que cuando ingrese a una ciudad, la unidad cambiará a un modo que es puramente cero emisiones", dice.

Brown agrega que no se debe pasar por alto la capacidad del frenado regenerativo para reducir las emisiones. Con más OEM y sus clientes comprometiéndose con los objetivos corporativos de carbono cero en las próximas décadas, el frenado regenerativo y tecnologías similares se convertirán en soluciones esenciales para todos los vehículos comerciales.

"Para que podamos lograr nuestros objetivos, tenemos que comprometernos con una evolución de nuestra línea de productos", dice.