Geleneksel Frenler ve Sözde Kayıp Enerjiler
Fren teknolojisi son yüz yılda pek bir şey değiştirmedi, fakat rejeneratif frenleme, frenlemeyi düşündüğümüz şekilde bir deniz değişimini temsil ediyor. Geliştirmeler, davul frenlerinden disk frenlere geçiş gibi, yenilikçi olmaktan çok büyük ölçüde iteratif olmuştur. Ayrıca, fren balatalarının yapıldığı fiziki malzemelerde de önemli gelişmeler olmuştur, bu da sürtünme malzemelerinin daha uzun sürmesi, daha az toz oluşturması ve daha az gürültü çıkarmasıyla sonuçlanmıştır. Kilitlenmeyi önleyici frenler gibi teknolojiler de fren teknolojisini daha güvenli hale getirdi, ancak kinetik enerjinin ısıya dönüştürülmesinin temel ilkesi değişmedi.
Geleneksel frenler gayet iyi çalışıyor, ama muazzam bir şekilde savurgan. Fren pedalına her basışınızda, binlerce kiloluk hidrolik basınç ile tekerleklerinizi etkili bir şekilde aşağı doğru sabitliyorsunuz. Hassas mekanizma, her lastik ve tekerlek göbeği arasına sıkıştırılmış, organik, metalik veya seramik fren balataları arasında sıkıştırılmış disk şeklindeki metal rotorları içerir. Eski araçlarda, yerine daha az verimli davul ve fren pabuçları kullanılır. Her iki durumda da, pedler ve diskler veya ayakkabılar ve davullar arasında meydana gelen muazzam sürtünme nedeniyle araç yavaşlar. Bu sürtünme aslında kinetik enerjiyi ısı enerjisine (ve bazen de büyük miktarda gürültü) dönüştürür ve sonuç olarak aracınız yavaşlar.
Geleneksel frenlerle ilgili sorun, motorunuzun bu kinetik enerjiyi inşa etmek için çok fazla yakıt harcaması gerektiğidir ve frenleriniz ısınmaya dönüştüğünde esas olarak boşa harcanır. Rejeneratif frenlemenin ardındaki temel fikir, çeşitli teknolojilerin, bu kinetik enerjinin bir kısmını yeniden ele geçirmesini, elektriğe dönüştürmesini ve sonra yeniden kullanmasını mümkün kılmasıdır.
Rejeneratif Frenler Nasıl Çalışır?
Rejeneratif fren teknolojisinin en yaygın biçimi bir jeneratör olarak bir elektrik motorunu yeniden üretmektedir, bu yüzden hibrit ve elektrikli araçlarda genellikle rejeneratif frenler bulunur. Normal çalışma sırasında, elektrik motoru aküden güç çeker ve aracı hareket ettirmek için kullanır. Fren pedalına basıldığında, elektrik motoru bu işlemi tersine çevirebilir ve elektriği bataryaya geri gönderebilir. Bu, bir elektrikli araca takmadan veya bir hibritte alternatör kullanılarak bir pilin şarj edilmesine yardımcı olabilir, bu da verimliliğin artmasına yol açar.
Rejeneratif frenler kinetik enerjiyi etkili bir şekilde elektriğe çevirdiğinden, bir aracı yavaşlatırlar. Bununla birlikte, rejeneratif bir fren sisteminin verimliliğinde sınırlamalar vardır. Temel sorunlardan biri, rejeneratif frenlerin yüksek hızlarda olduğu gibi düşük hızlarda da çalışmadığıdır. Rejeneratif frenlemede bu doğal sınırlama nedeniyle, çoğu araçta ek bir geleneksel fren sistemi bulunmaktadır.
Rejeneratif Frenlerin Sınırlamaları
Düşük hızlarda rejeneratif frenleme verimliliğinin doğal düşüşüne ek olarak, teknoloji aynı zamanda bir dizi başka sınırlamadan da zarar görmektedir. En dikkat çekenlerden bazıları şunlardır:
- Rejeneratif frenleme sadece “tahrik tekerlekleri” üzerinde çalışır.
- Rejeneratif frenler tipik olarak panik durma koşullarında yeterli frenleme gücü sağlamamaktadır.
- Bir rejeneratif sistemin verimliliği, enerji depolama sisteminin kapasitesi ve elektrik motorunun çıkışı gibi faktörlerle sınırlıdır.
- Geleneksel rejeneratif sistemler, elektriksiz, hibrid olmayan araçlarla uyumsuzdur.
- Bazı rejeneratif sistemler, geri kazanılan kinetik enerjiyi saklamayan ek “dinamik frenleme” kullanmaya zorlanır.
Kapasitif Frenler ve Geleneksel Yanmalı Motorlar
Rejeneratif fren sistemleri genellikle elektrik üretmek için elektrik motorlarına güvendiğinden, içten yanmalı motorlar kullanan araçlarla doğal olarak uyumsuzdurlar. Bununla birlikte, geleneksel içten yanmalı motorlara uygulanabilecek bazı alternatif rejeneratif teknolojiler vardır. Böyle bir sistem, daha sonra bir aşağıya inen transformatörden geçirilen elektriği hızla depolamak ve serbest bırakmak için büyük kapasitörler kullanır. 12 voltluk çıkış daha sonra aracın elektrik sistemine beslenir, bu da motordan biraz yük alır. Bu teknoloji şu anda hala emekleme aşamasında olmasına rağmen yakıt verimliliğini yüzde 10'a kadar artırabiliyor.
Hangi arabalar rejeneratif frenler kullanıyor?
Çoğu hibrit ve elektrikli araçlar, bir tür rejeneratif frenleme sistemi kullanır. Chevrolet, Honda, Nissa, Toyota ve Tesla gibi OEM'ler, hibrid ve elektrikli araçlarında rejeneratif frenleme teknolojisi ile tümüyle erkenden kuruldu. Bir tür rejeneratif frenleme kullanan hibrid olmayan araçlar, daha az yaygındır, ancak BMW ve Mazda, bazı modellerde teknolojinin ilk uygulayıcılarıdır.