Sistema de Frenagem Regenerativa em Veículos Elétricos (Nissan LEAF)

"O circuito também vai exigir muita tração e estabilidade na frenagem, enquanto a recuperação de energia nas zonas de frenagem vai ajudar a estabilizar o carro." 

Declaração do piloto brasileiro Lucas di Grassi, da Audi Sport Abt Formula E Team, sobre as suas expectativas a respeito do Grande Prêmio de Fórmula E de Pequim, a ser realizado no Sábado, 13 de Setembro de 2014.

Sistema de Frenagem Regenerativa no Nissan LEAF:

O Nissan LEAF adota o sistema de freio de acionamento eletricamente inteligente, com o reforço do freio motor aplicado. Este sistema de freio possui uma função de freio regenerativo. Este sistema de freio se comunica com o VCM (Vehicle Control Module) e controla a força de frenagem, cooperativamente, com a força de regeneração do motor. Em testes de avaliação realizados no modo LA4 EUA, verificou-se que o alcance da autonomia pode ser ampliado em até cerca de 25% em função do sistema de freio regenerativo.

Para uma plena segurança, este sistema de freio adotou o uso capacitores embarcados, dedicados a realizar a armazenagem da quantidade de energia que é devolvida pela máquina elétrica por ocasião da frenagem, evitando possíveis casos de falha de alimentação, no instante que precisar frear. Depois de armazenada  no Capacitor, a energia pode ser transferida para recarregar a bateria, porém, caso não houvesse o Capacitor, a frenagem poderia falhar se a bateria já estivesse, previamente, muito carregada, no momento de uma frenagem.

Na Holanda, um grupo de aficionados denominados LeafPlan, demonstrou, por meio de um vídeo curioso postado na Internet que, apesar do manual do usuário do veículo do Nissan LEAF recomendar que “um EV nunca deve ser rebocado com as rodas dianteiras rodando no chão”, ele pode ter a sua bateria recarregada, caso seja isso seja feito. Na verdade, isso equivale a fazer o veículo descer uma ladeira, “engrenado”, ou seja, com a energia cinética do carro forçando o motor a virar.

Por simplesmente não haver uma aceleração comandada por parte do motorista, o sistema entende que a velocidade solicitada é muito menor do que a velocidade efetivamente realizada. Deste modo, então, entra em ação a frenagem regenerativa (freio motor), com o motor atuando com um gerador e a bateria fazendo o papel de carga, resultando no surgimento de um torque de desaceleração, que além de dar maior segurança para a dirigibilidade em declives, ainda transfere, de graça, uma boa quantidade de energia de volta para a bateria.

Eles constataram ainda que, nesta experiência, se acionando levemente o pedal de freio, que um modo que atue apenas a regeneração e não o freio a disco das rodas, o carregamento é ainda mais rápido. Sobre isso, há na Internet, ainda, mais um estudo teórico bastante interessante, que se encontra postado em: http://www.roperld.com/science/hillydrivingelectric.pdf

Este estudo aborda que, dada duas possibilidades de trajetória, uma que vá por sobre uma colina, subindo por ela para depois descer, voltando ao final para a mesma altitude da origem, e uma segunda trajetória que vá diretamente pelo plano, até o mesmo ponto final, pode-se calcular e comparar o consumo de energia, concluindo que um EV pode usar menos energia da bateria, caso opte por mover-se pelo trajeto que vai por sobre da colina, do aquele que seria se utilizasse deslocar diretamente pelo plano, para um mesmo ponto final de trajetória.

Obviamente que a velocidade média com que se viaja afeta o consumo enormemente pois, a resistência ao vento aumenta com o quadrado da velocidade e, os valores dos ângulos de subida e de descida da descida da colina também afeta o consumo / regeneração, mas isso só é possível, efetivamente, graças a existência da frenagem regenerativa.

Abre Aspas: 

Quando se fala em carros elétricos, a primeira coisa que preocupa as pessoas é a autonomia e como carregar as baterias quando você fica sem energia. Assim, a Leafplan partiu para encontrar uma nova maneira de carregar um Nissan Leaf: rebocando-o atrás de outro carro e freando para carregar o carro. O Nissan Leaf possui regeneração de freio, o que significa que ele se carrega durante a frenagem. Portanto, em teoria, você pode carregar o carro freando enquanto está sendo rebocado. No entanto, o manual do Nissan Leaf afirma que você 'não deve rebocar um carro elétrico com quatro rodas no chão'. O revendedor Nissan não sabia muito bem por que isso acontecia, então decidimos provar a teoria e fizemos este vídeo.

Como você pode ver no vídeo, realmente funciona! No entanto, existem algumas pequenas diferenças. Porque o carro está sendo rebocado, o computador de alcance "pensa" que "Está dirigindo ultra econômico" e calcula o alcance de acordo com isso. Portanto, o alcance que o computador calcula não é o alcance real que você terá ao dirigir o carro, é cerca de 33% menor. No entanto, o carro se carrega durante a frenagem e, na verdade, faz um trabalho muito bom. É tão rápido quanto um carregador rápido carregando o carro. Você tem que ter cuidado, porém, para não exagerar na frenagem; a carga só acontece na primeira fase da frenagem, se você exagerar, o Leaf começará a usar os freios normais, resultando em pastilhas de freio muito malcheirosas.

Fecha Aspas:

O alerta dado pela Nissan no manual do usuário do carro faz sentido: se o veículo for rebocado com as rodas dianteiras girando no chão, a uma dada velocidade por uma dada distância de percurso, haverá regeneração o tempo todo e a bateria poderá vir a se sobrecarregar e sobreaquecer, e as consequências disso podem ser muito danosas.

No entanto, uma das funções de bloqueio mais comuns de um inversor de frequência típico é justamente essa: atuar o “bloqueio” quando existe uma sobretensão no barramento CC. Um inversor entrar em bloqueio, significa que ele simplesmente corta os pulsos que causam a comutação dos IGBTs da saída, deixando de enviar corrente para o motor todavia, ainda assim haverá um caminho através dos diodos para circular a corrente que regenera energia do gerador (motor) para a bateria.

Provocar uma completa desconexão elétrica do motor no caso do monitoramento acusar que a bateria tende a sobrecarga, pode não ser uma boa ideia pois, o efeito disso na segurança da dirigibilidade seria semelhante ao de uma quebra repentinamente, num veículo convencional, do disco de embreagem no meio de uma descida de serra.

Freio ABS Convencional de Atrito Hidráulico e Travão de Estacionamento

Naturalmente que a LEAF também tem, além da frenagem regenerativa fornecida pelo motor elétrico, um freio ABS convencional de atrito hidráulico que é, de fato, uma unidade de freio inteligente eletricamente pilotado. Ela contém um motor dedicado (1) que gera a força de impulso de acordo com a quantia que o pedal de freio é pressionado (detectado por um sensor de curso), bem como da quantidade de da frenagem regenerativa cooperativa. A força de impulso é usada para gerar pressão do fluido no pistão (2) do cilindro mestre. Nas 4 rodas temos disco ventilado de 283 mm no dianteiro e de 292 mm no traseiro, ambos pistões de ação simples, todavia, mesmo não sendo um carro tão grande, o dianteiro é de duplo pistão). A manutenção desse sistema (troca de pastilhas) tende a ser relativamente reduzida devido as cooperação prestada pelo controle dinâmico do carro com a frenagem regenerativa (freio motor) atuando sempre.

Obviamente, que o LEAF tem, também, um freio (travagem) de estacionamento, todavia, este é totalmente independente do freio convencional das 4 rodas pois, ele atua travando diretamente o acoplamento do motor, ou seja, trava o mecanismo do redutor. O mecanismo de estacionamento, que se engata quando se empurra o botão 'P' na "alavanca de mudança", faz com que uma lingueta se engate na roda dentada na caixa de engrenagens de redução, travando a movimentação de todo o sistema.

Veja também:

Sistema de Transmissão de um Veículo Elétrico (Nissan LEAF Powertrain)

Os Inversores de Frequência dos Veículos Elétricos

Freio Regenerativo (Sistema de Recuperação de Energia Cinética)

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