La technologie de freinage n'a pas beaucoup changé au cours des cent dernières années, mais le freinage régénératif représente un changement radical dans la façon dont nous pensons au freinage. Au lieu d'utiliser la force brute pour arrêter les véhicules en serrant physiquement ou en poussant comme un composant comme un disque ou un tambour de frein, cette technologie exploite intelligemment le fonctionnement des voitures hybrides et entièrement électriques pour récupérer un peu d'énergie à chaque fois que le véhicule ralentit..
Comment fonctionnent les freins dans les voitures et les camions ?
Les progrès de la technologie des freins ont été en grande partie 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 dont sont faites les plaquettes de frein, ce qui a abouti à des matériaux de friction qui durent plus longtemps, créent moins de poussière et sont moins susceptibles de faire du bruit. Des technologies telles que les freins antiblocage ont également rendu la technologie de freinage plus sûre, mais le principe sous-jacent de conversion de l'énergie cinétique en chaleur est resté inchangé.
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, 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 frottement généré entre les plaquettes et les disques ou les patins et les tambours. Ce frottement 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 présents dans les véhicules hybrides et électriques.
En fonctionnement normal, le moteur électrique tire son énergie de 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 brancher un chargeur, dans le cas d'un véhicule électrique, ou en utilisant l' alternateur dans un hybride, l'efficacité globale du véhicule est augmentée. Cela se traduit par plus de kilomètres entre les charges ou les pleins de carburant.
Étant donné que les freins régénératifs 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 régénératifs ne fonctionnent pas aussi bien à basse vitesse qu'à grande vitesse. En raison de cette limitation inhérente au freinage régénératif, 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 comme système de secours pour les systèmes à commande électrique, les freins traditionnels peuvent servir de secours pour le freinage régénératif. Les systèmes traditionnels ne peuvent se déclencher qu'en cas de panne de l'équipement, ou ils peuvent être utilisés de concert avec le freinage régénératif tout le temps.
Limites des freins régénératifs
En plus de la chute 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 régénératif 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 le sont pas en mesure de bénéficier du freinage régénératif.
- Problèmes avec les arrêts d'urgence: Les freins régénératifs 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.
- Fonctionne uniquement avec les véhicules électriques et hybrides: Les systèmes régénératifs traditionnels sont incompatibles avec les véhicules non électriques et non hybrides. Comme ces véhicules n'ont pas de moteur électrique, la mise en œuvre du freinage régénératif 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 régénératif reposent généralement sur leurs moteurs électriques pour générer de l'électricité, ils sont intrinsèquement incompatibles avec les véhicules qui utilisent des moteurs à combustion interne. Cependant, il existe des technologies régénératives alternatives qui peuvent être appliquées aux moteurs à combustion interne traditionnels.
Un de ces systèmes utilise de gros condensateurs pour stocker et libérer rapidement l'électricité, qui est ensuite transmise à travers un transformateur abaisseur. La sortie de 12 volts est ensuite introduite dans le système électrique du véhicule, ce qui soulage le moteur d'une certaine charge. Cette technologie est actuellement capable d'augmenter l'efficacité énergétique jusqu'à 10 %, bien qu'elle en soit encore à ses balbutiements.
Quelles voitures utilisent des freins régénératifs ?
La plupart des véhicules hybrides et électriques utilisent un certain type de système de freinage régénératif. Des équipementiers tels que Chevrolet, Honda, Nissa, Toyota et Tesla ont tous adopté 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 beaucoup moins courants, mais BMW et Mazda ont été les premiers à adopter la technologie dans certains modèles.
