Cómo funciona el freno regenerativo de un vehículo eléctrico

Seguro que has escuchado cientos de veces que los motores de combustión no son especialmente eficientes. Una buena parte de la energía del combustible se nos va en forma de calor. Los coches de gasolina apenas aprovechan entre el 20 y el 35% de la energía del combustible, mientras que los diésel pueden llegar a aprovechar hasta el 45%. De ahí que digamos tantas bondades de los coches eléctricos.

Aunque es cierto que podríamos sacar más energía de cada gota de combustible que metemos a los cilindros, hacer esto es más complicado de lo que parece. Contrario a lo que dicta la lógica, una mezcla excesivamente pobre tiene como resultado una mayor emisión de gases contaminantes como los óxidos de nitrógeno y las partículas.

Esos motivos llevaron a los ingenieros del automóvil a explorar otros terrenos para mejorar la eficiencia de los coches de combustión, utilizando, como bien sabrás, la electricidad. Una de esas soluciones es el famoso freno regenerativo, un sistema bastante ingenioso que ahora está bastante de moda, pues es la clave tanto de vehículos híbridos como de los eléctricos. Si no sabes cómo funciona, quédate con nosotros y te explicaremos con todo lujo de detalles lo que tienes que conocer de esta tecnología.

Orígenes del freno regenerativoFuncionamiento del freno regenerativoComponentes del sistema de freno regenerativoTipos de freno regenerativoSistema de un pedalSistema de dos pedalesSistema adaptativoSistema seleccionable por el usuarioMitos y falsas verdades sobre el freno regenerativoEl freno regenerativo funciona peor que el freno convencionalEn los coches eléctricos, los frenos no tienen mantenimientoCuanto más pese el coche, mejorEl freno regenerativo desgasta más rápidamente la batería

Orígenes del freno regenerativo

Como ocurre en otros campos, esta tecnología se inventó para otras aplicaciones. Concretamente, el concepto de freno regenerativo se remonta a la última década del siglo XIX, cuando se comenzaron a realizar experimentos con trenes, aunque con una tecnología muy rudimentaria. Durante los primeros años del siglo XX, la tecnología acabaría implementándose en algunos ferrocarriles suizos.

Décadas más tarde, aunque antes de que Toyota triunfara con esta tecnología, fue la American Motors Corporation la que estuvo a punto de dar con la clave del éxito en 1967. Uno de sus prototipos más interesantes, el AMC Amitron, era un pequeño coche eléctrico de ciudad que quería demostrar a otros competidores que hacer un coche eléctrico era posible. Este city car tenía baterías de plomo-ácido y una autonomía de 241 kilómetros. Y, por si fuera poco, es el primer coche que se conoce que implementó un sistema de freno regenerativo. Por desgracia, el Amitron no pasó de la fase de prototipo.

El siguiente gran salto lo dieron desde tierras niponas con el Toyota Prius en el año 1997. Este automóvil fue pionero en poner en funcionamiento el sistema de motor-generador conectado a las ruedas delanteras. La energía recuperada se almacenaba en una batería de níquel-metalhidruro de 1,2 kWh, en lo que se patentó como THS (Toyota Hybrid System).

Funcionamiento del freno regenerativo

Los dueños de coches eléctricos suelen decir que conducir sus vehículos es bastante fácil, pues no es ni siquiera necesario pisar el freno para manejarlos. Sin embargo, la tecnología del freno regenerativo lleva ya bastantes años entre nosotros, y se comenzó a utilizar ya en los primeros coches híbridos. De hecho, como acabamos de mencionar arriba, fue el Toyota Prius de 1997 fue el primer automóvil producido en masa que incorporó este peculiar sistema.

El freno regenerativo se basa en un principio fundamental de la física: la conservación de la energía. En un vehículo convencional con motor de combustión interna, la energía cinética del movimiento se convierte en calor durante el frenado, disipándose en el ambiente, un desperdicio. El freno regenerativo no es más que un sistema que captura esta energía cinética y la convierte en energía eléctrica. Dicha energía luego se almacena en una batería y se utiliza para volver a mover el vehículo posteriormente.

Este proceso se logra utilizando un motor eléctrico que tiene dos funciones dentro del vehículo:

Durante la aceleración y el movimiento normal, el motor eléctrico convierte la energía eléctrica de la batería en energía mecánica para mover el vehículo.Sin embargo, cuando el vehículo detecta que el conductor levanta el pie del acelerador o frena suavemente, el motor eléctrico invierte su funcionamiento habitual, pasando a actuar como un generador. En lugar de girar y consumir energía eléctrica, hará justo lo contrario. Así, la energía mecánica del movimiento del coche se transforma en energía eléctrica que queda almacenada para usar en otro momento.

Obviamente, el freno regenerativo no sustituye al tradicional sistema de frenos con discos y pinzas o tambores. Cuando el vehículo se tiene que detener por completo, como cuando efectuamos una frenada de emergencia o notamos que nos vamos a saltar un semáforo, será el sistema de toda la vida el que haga el trabajo.

Componentes del sistema de freno regenerativo

El motor eléctrico es el protagonista de este sistema, aunque no funciona solo. Esta son las partes que conforman el conjunto:

Motor eléctrico o generador: es el componente central del sistema. Funciona como motor durante la aceleración y como generador durante el frenadoControladores: es una parte bastante compleja que realiza varias tareas. Por un lado, gestiona el flujo de energía entre el motor-generador y la batería, controlando la cantidad de frenado regenerativo aplicado. No solo sirve para activar una función y otra del motor eléctrico, sino que también tiene que activar el freno hidráulico en caso de que se requiera frenar completamente el vehículo.Batería: es independiente a la que se usa para el arranque del coche en los vehículos de combustión. Las más modernas (las que se usan en eléctricos y muchos de los híbridos) son de litio, aunque también hay otros compuestos más baratos que siguen utilizándose y consiguiendo buenas prestaciones. La batería almacena la energía eléctrica recuperada durante el frenado para que el vehículo pueda usarla más adelante.Sistema de frenado hidráulico convencional: trabaja en conjunto con el freno regenerativo para garantizar un frenado seguro y eficaz en todas las condiciones.Sensores: como en cualquier conjunto en el que se añade complejidad, los sensores juegan un papel importante en la frenada regenerativa. Monitorean diversos parámetros como la velocidad del vehículo, el estado de carga de la batería y la posición del pedal de freno.Unidad de control electrónico (ECU): que es, básicamente, lo que administra y coordina el funcionamiento de todo el sistema, determinando cuándo y cómo aplicar el freno regenerativo.

Para que comprendas todo el conjunto, te animamos a que eches un ojo a esta entrada en la que hablamos de qué son y cómo funcionan los frenos de disco. A propósito de esto, hay fabricantes que, por ahorrar costes, están haciendo funcionar los coches con frenos de tambor, por lo que sigue ese otro enlace si quieres saber más sobre ese tema.

Tipos de freno regenerativo

El principio de funcionamiento del freno regenerativo es igual en un coche híbrido y un eléctrico. Sin embargo, la forma en la que actúa este sistema puede variar en función de varios factores, aunque es algo que depende más del tipo de coche y el fabricante:

Sistema de un pedal

En este sistema, el pedal del acelerador controla tanto la aceleración como el frenado. Al levantar el pie del acelerador, se activa automáticamente el freno regenerativo.

Este enfoque es conocido como «conducción con un pedal». Permite una mayor recuperación de energía, pero requiere un período de adaptación para el conductor.

Sistema de dos pedales

Es similar al sistema de frenado convencional, con pedales separados para el acelerador y el freno. El freno regenerativo se activa al presionar ligeramente el pedal de freno, y el frenado hidráulico se suma si se requiere más fuerza de frenado.

Si nunca has usado un coche con frenado regenerativo y te sientas al volante de un coche que cuenta con este sistema, no vas a notar mucha diferencia respecto a lo que has conducido hasta el momento.

Sistema adaptativo

Utilizando más y mejores sensores, así como centralitas y unidades de cómputo para analizar más y más datos en tiempo real, hay coches que pueden adaptar la frenada regenerativa en función de varios parámetros gracias a algoritmos avanzados.

El sistema adaptativo se puede configurar según las condiciones de conducción, el estilo del conductor o incluso el estado de carga de la batería.

Sistema seleccionable por el usuario

No todos los coches híbridos y eléctricos lo tienen, pero resulta muy interesante que permitan al usuario configurar la frenada regenerativa al gusto. En ocasiones, estos programas se encuentran dentro de la configuración de los vehículos, o escondidos con nombres un tanto peculiares como «Modo ECO».

Tengan el nombre que tengan y se activen de la forma que se activen, la idea aquí es que el conductor pueda seleccionar si quiere más o menos freno regenerativo durante la conducción. Y esto va a ser más útil que lo que uno cree a simple vista.

Conducir un coche con freno regenerativo tiene su curva de aprendizaje, y hay conductores que no llegan a dominar perfectamente bien la técnica. Si no se juega bien con el acelerador para mantener una velocidad constante (o usar el control de crucero), el coche puede llegar a cabecear y dar tirones, lo que va a tener consecuencias en tiempo récord: tus ocupantes se van a marear y no va a haber Biodramina que lo impida.

Para evitar esto, es útil poder reducir la intensidad de la frenada regenerativa cuando no la vamos a utilizar, como es, por ejemplo, cuando vamos a hacer un viaje largo por una autovía.

Mitos y falsas verdades sobre el freno regenerativo

Para finalizar el artículo, en lugar de poner una ristra de preguntas habituales, vamos a centrarnos en resolver algunas de las ideas más extendidas, falsas e incomprendidas que circulan sobre este tema en bares y redes sociales.

El freno regenerativo funciona peor que el freno convencional

Hay quienes piensan que el freno regenerativo no es tan eficaz como los frenos convencionales por el hecho de primero retener y luego frenar con un disco y una pinza de toda la vida. No es cierto. Si algo hacen bien los coches modernos es frenar. Y un coche eléctrico o híbrido frena igual o mejor que uno de combustión a la hora de parar desde velocidades altas.

En los coches eléctricos, los frenos no tienen mantenimiento

En el lado opuesto, nos encontramos los que dicen que, gracias al freno regenerativo, un coche como un Tesla no tiene mantenimiento de frenos. Obviamente, esto no solo es falso, sino que es peligroso tener esta idea en la cabeza.

Que uses menos discos y pastillas por no tener que abusar del freno no implica que estos elementos sean para toda la vida. De igual manera, el líquido de frenos se puede llenar de humedad, por lo que conviene echarle un ojo cada cierto número de kilómetros.

Cuanto más pese el coche, mejor

También hay quienes no terminan de comprender este sistema y acaban creyendo una idea que va en contra de la física. Los coches eléctricos e híbridos son, en términos generales, más pesados que los de combustión. Esto es un problema en sí, puesto que, a mayor peso, más fuerte es la deceleración en caso de accidente. Por más carrocería que tengas, la leche que te vas a pegar va a ser peor y puede causar más daños a terceros.

Algunos despistados afirman ingenuamente que, al disponer de un coche que pesa más, también se va a regenerar más en las frenadas. Y sí, es cierto, pero solo si nos quedamos con el final de la historia. La regeneración se rige, como ya hemos dicho, por el principio de la conservación de la energía. Un coche de 2.700 kg va a regenerar más energía en las frenadas, pero también va a costar mucho más ponerlo a 120 km/h. ¿De qué sirve regenerar más si también vas a gastar mucho más?

El freno regenerativo desgasta más rápidamente la batería

Esta afirmación la hemos escuchado para patinetes eléctricos, coches y cualquier tipo de vehículo que usa freno regenerativo. La batería de un vehículo se va a degradar con el uso. Sin embargo, suprimir el freno regenerativo no va a alargar su vida útil.

De hecho, incluso puede llegar a pasar lo contrario. No recuperando energía de las frenadas —que recordemos, es energía gratis que se nos va a ir en forma de calor—, gastaremos la batería antes. Tendremos que cargarla más a menudo y, por ende, podemos acelerar su desgaste.

El artículo Cómo funciona el freno regenerativo de un vehículo eléctrico fue publicado originalmente en Urban Tecno.