O que é frenagem regenerativa em baterias de lítio?

Nos primeiros dois meses dirigindo um EV, continuei avançando toda vez que pisava no acelerador. Tive vontade de atrasar um manual. Demorei um pouco para treinar meu pé direito. Agora, quando dirijo um carro alugado a gasolina, a costa parece errada, como se os freios estivessem quebrados.

Regen é o motor funcionando para trás. Quando você acelera, o motor puxa a corrente do pacote e gira as rodas. Quando você desacelera, as rodas giram o motor. O motor se torna um gerador. A corrente volta para a bateria. Não é complicado.

Os departamentos de marketing adoram obter cerca de 30% de ganho de eficiência. O mundo real é mais confuso. Registrei-dados do meu Modelo 3 durante seis meses viajando diariamente em Atlanta. Rodovias e ruas de superfície mistas, tráfego moderado. Regen recuperou cerca de 18% da energia que coloquei. Não 30.

Dirigir na cidade é melhor. Parar e avançar significa mais eventos de frenagem. Um amigo que entrega para a Amazon em uma van Rivian vê 25% ou mais. Ele está parando constantemente. Na estrada a 70 mph você mal pisa no freio. Regen não faz quase nada por você lá.

O número de 30% vem de ciclos de teste ideais. Paradas repetidas a partir de 60 mph com regeneração máxima. Ninguém dirige assim.

A condução na montanha é a exceção. Descendo de Asheville no outono passado, observei a bateria subir de 54% para 71% ao longo de cerca de 40 milhas de descida. Parecia energia livre. Claro que queimei subindo.

Regenerative Braking

Esta é a parte que ninguém explica bem antes de você comprar um VE.

As células de lítio não gostam de receber carga quando estão frias. Os íons se movem muito devagar. Force a corrente em uma célula fria e você obterá revestimento de lítio no ânodo. Danos permanentes. Portanto, o BMS corta a regeneração quando a embalagem está fria.

Quão frio? Varia de acordo com o fabricante. Meu carro basicamente mata a regeneração abaixo de 20 graus F. Entre 20 e 45 graus F a força é reduzida, talvez pela metade. Parece que os freios pararam de funcionar na primeira vez que você experimentou isso. Você pressiona o pedal esperando uma forte desaceleração e o carro simplesmente rola. Os freios de fricção pegam você, mas há uma lacuna mental.

A Tesla adicionou um recurso de pré-condicionamento que aquece a bateria se você definir a navegação para um Supercharger. Funciona muito bem para carregamento rápido DC. Não faz nada para a regeneração do seu trajeto matinal porque a mochila ainda está fria quando você sai. Alguns proprietários ligam o aquecedor da cabine por 20 minutos antes da partida apenas para aquecer a bateria. Desperdiça energia para economizar energia. A matemática nem sempre funciona.

Hyundai e Kia parecem ter entendido isso melhor. O Ioniq 5 usa o aquecimento da bateria de forma mais agressiva. Proprietários em Minnesota relatam regeneração utilizável em temperaturas mais baixas do que Tesla. Pode ser diferença química, pode ser ajuste de software. Kia não vai dizer.

Carregue até 100% e dirija em declives. Para onde vai a energia de regeneração?

Em lugar nenhum. O BMS bloqueia isso. A bateria está cheia. Uma célula de lítio cheia não pode aceitar mais carga sem sofrer danos. Assim, o carro despeja a carga extra nos freios de fricção. Ou em alguns veículos ele se dissipa através de um resistor na forma de calor. De qualquer forma você perde a energia.

Aprendi isso da maneira mais difícil, saindo de uma estação de esqui. Carregado a 100% na noite anterior para maximizar o alcance. Desceu uma nota de 7% por 19 quilômetros. Regen estava basicamente fora de controle durante toda a descida. Usei os freios de fricção com mais força do que eu queria. As almofadas ficaram quentes o suficiente para cheirar mal.

Comece suas viagens nas montanhas com 80% ou menos se houver uma descida significativa no início. Os fóruns estão cheios de pessoas que descobriram isso depois de preparar os freios.

Alguns veículos mais novos são mais espertos quanto a isso. O Lucid Air manterá a carga abaixo de 100% se souber pela navegação que uma longa descida está chegando. Deve ser padrão em todos os EV. Não é.

Regenerative Braking

Resposta curta, provavelmente não.

Os pulsos de carga da regeneração são breves. Meio segundo a talvez dez segundos. Depois, uma lacuna. Depois outro pulso. Esse padrão liga-desliga é diferente de conectar um carregador e manter a corrente constante por uma hora.

Alguns pesquisadores do NREL publicaram dados em 2022 sugerindo que o carregamento pulsado pode, na verdade, ser mais suave para as células do que a corrente constante. Os períodos de descanso permitem que os íons de lítio sejam redistribuídos dentro do eletrodo. Menos estresse de gradiente de concentração. O artigo não tratava especificamente de regeneração, mas os perfis de carga são semelhantes.

Os dados de frota de empresas de táxi que operam Modelo 3 em Nova York não mostram nenhuma diferença mensurável na degradação entre motoristas com alta-regen e baixa{2}}regen. A saúde do pacote a 150.000 milhas variou mais com a frequência de carregamento rápido DC e o clima do que com os hábitos de regeneração. O tamanho da amostra foi de apenas cerca de 40 carros. Não conclusivo.

Conversei com alguns engenheiros de bateria sobre isso. O consenso parece ser que os níveis de corrente de regeneração estão dentro da classificação contínua segura para células EV modernas. Um pacote de 75 kWh recebendo um pulso de regeneração de 50 kW tem apenas 0,67C. Isso não é nada. O carregador do seu telefone provavelmente atinge 1C.

O que mata as baterias de lítio é o calor e o tempo em alto estado de carga. Regen também não contribui muito. Na verdade, ele reduz-a exposição ao SOC de ponta, recuperando a energia que você teria que usar.

A condução com um pedal significa uma forte regeneração no momento em que você tira o pé do acelerador. Você pode dirigir pela cidade sem pisar no pedal do freio, exceto nos pontos finais. O BMW i3 foi pioneiro nisso. Tesla copiou. A maioria dos EVs agora oferece isso como uma opção.

Os sistemas combinados parecem mais um carro normal. Coste ao decolar, recarregue somente quando você pisar no freio. O carro combina frenagem regenerativa e de fricção perfeitamente. Você não sente a transição.

Qual é melhor? Depende do que você gosta.

Um pedal recupera mais energia. Física simples. Você está desacelerando com regeneração por uma distância maior. O modo misto desperdiça a parte de desaceleração devido à resistência do ar e ao atrito de rolamento.

Blended é mais fácil para os passageiros. Minha esposa fica enjoada ao dirigir um pedal. A constante aceleração-desaceleração-aceleração-a desaceleração a incomoda. Quando ela está no carro, mudo para o modo combinado. Passeio mais suave, menos regeneração, todos ficam mais felizes.

A vida útil das pastilhas de freio é dramaticamente melhor com um pedal. Estou a 48.000 milhas com pastilhas originais e elas parecem pouco gastas. Um mecânico me disse que viu Teslas percorrer 160.000 quilômetros no primeiro conjunto de pastilhas. As almofadas basicamente funcionam apenas durante os últimos quilômetros por hora de uma parada e em situações de pânico. A desvantagem é que os rotores podem desenvolver ferrugem na superfície devido ao desuso. Alguns revendedores recomendam frenagens bruscas ocasionais para limpá-los.

O comportamento da regeneração em velocidades muito baixas varia muito entre os fabricantes.

A maioria dos EVs desaparecem na regeneração abaixo de cerca de 5 mph. O motor não consegue gerar corrente útil em ritmo de caminhada. O atrito assume o controle. Mas o ponto de transição e a sensação de suavidade são diferentes.

O Porsche Taycan tem a regeneração em baixa velocidade mais suave que já experimentei. Audi e-tron GT também, mesma plataforma. Há uma coisa de engenharia alemã acontecendo lá. Tesla é decente, mas não tão polido. Alguns dos EVs mais baratos parecem irregulares nessa zona de transição. O Chevy Bolt recebeu reclamações sobre isso desde o início. Atualizações de software posteriores ajudaram.

As interações do controle de tração ficam interessantes em superfícies escorregadias. O Regen aplica força de frenagem apenas às rodas motrizes. Em um EV-com tração traseira, isso significa freios traseiros apenas na regeneração. Bata no gelo enquanto desacelera e a traseira pode sair. A maioria dos sistemas de controle de estabilidade cortará a regeneração se detectarem escorregamento. Alguns fazem isso melhor do que outros.

Nunca tive problemas, mas li relatos de primeiros proprietários do Modelo S girando na neve quando a regeneração agressiva sobrecarregou a tração traseira. Tesla supostamente ajustou isso melhor em software posterior. Difícil de verificar.

Regenerative Braking

A regeneração é uma das vantagens reais que os EVs têm sobre a combustão. Você recupera energia que, de outra forma, se transformaria em poeira de freio e calor. Os ganhos no mundo real são menores do que afirmam os folhetos, mas ainda são significativos, especialmente no trânsito pára e arranca.

O tempo frio e as limitações de bateria completa são reais e irritantes. Planeje em torno deles ou viva com eficiência reduzida. A desvantagem de não comprar gasolina é lidar com peculiaridades químicas da bateria.

Demora cerca de um mês para ajustar seu estilo de direção. Depois disso, parece normal. Voltar para um carro a gasolina parece primitivo. Esse é o gancho de regeneração.