Vad är regenerativ bromsning i litiumbatterier?

Första två månaderna när jag körde en EV fortsatte jag att lunka fram varje gång jag lyfte av gaspedalen. Kändes som att stoppa en manual. Det tog ett tag att träna om min högra fot. Nu när jag kör en hyrgasbil känns kusten fel, som om bromsarna är trasiga.

Regen är motorn som går bakåt. När du accelererar drar motorn ström från packet och snurrar hjulen. När du saktar ner snurrar hjulen motorn istället. Motorn blir en generator. Strömmen går tillbaka till batteriet. Inte komplicerat.

Marknadsavdelningar älskar att ge runt 30 % effektivitetsvinst. Den verkliga världen är stökigare. Jag data-loggade min Model 3 under sex månaders pendling i Atlanta. Blandade motorvägs- och ytgator, måttlig trafik. Regen återställde ungefär 18 % av energin jag lade in. Inte 30.

Stadskörning fungerar bättre. Stop and go betyder fler inbromsningar. En kompis som levererar till Amazon i en Rivian skåpbil ser 25 % eller mer. Han stannar konstant. På motorväg i 120 km/h rör du knappt vid bromsarna. Regen gör nästan ingenting för dig där.

Antalet 30 % kommer från idealiska testcykler. Upprepade stopp från 60 mph med maximal regen. Ingen kör så.

Bergskörning är undantaget. När jag kom ner från Asheville i höstas såg jag batteriet klättra från 54% till 71% över cirka 40 miles av nedstigning. Det kändes som fri energi. Naturligtvis brände jag upp den.

Regenerative Braking

Det här är den del som ingen förklarar väl innan du köper en elbil.

Litiumceller gillar inte att ta emot laddning när det är kallt. Jonerna rör sig för långsamt. Tvinga in ström i en kall cell och du får litiumplätering på anoden. Permanent skada. Så BMS skär regen när packningen är kall.

Hur kallt? Varierar beroende på tillverkare. Min bil dödar i princip regen under 20 grader F. Mellan 20 och 45 grader F är den reducerad, kanske hälften av styrkan. Känns som att bromsarna slutade fungera första gången man upplever det. Du trycker på pedalen och förväntar dig kraftig inbromsning och bilen bara rullar. Friktionsbromsarna fångar dig men det finns en mental lucka.

Tesla lade till en förkonditioneringsfunktion som värmer batteriet om du ställer in navigering till en Supercharger. Fungerar utmärkt för DC-snabbladdning. Gör ingenting för din morgonpendling eftersom packningen fortfarande är kall när du går. Vissa ägare kör kupévärmaren i 20 minuter före avgång bara för att värma batteriet. Slöser energi för att spara energi. Matematiken fungerar inte alltid.

Hyundai och Kia verkar ha kommit på detta bättre. Ioniq 5 använder batterivärme mer aggressivt. Ägare i Minnesota rapporterar användbar regen ner till lägre temperaturer än Tesla. Kan vara skillnad i kemi, kan vara mjukvarujustering. Kia säger inte.

Ladda till 100% och kör nedför. Vart tar regenenergin vägen?

Ingenstans. BMS blockerar det. Batteriet är fullt. En full litiumcell kan inte ta emot mer laddning utan skada. Så bilen dumpar den extra lasten till friktionsbromsarna. Eller i vissa fordon försvinner den genom ett motstånd som värme. Hur som helst tappar du energin.

Jag lärde mig detta på den hårda vägen när jag lämnade en skidort. Laddade till 100 % kvällen innan för att maximera räckvidden. Gick ner med 7% i 12 miles. Regen var i princip borta från hela nedstigningen. Körde friktionsbromsarna hårdare än jag ville. Kuddarna blev tillräckligt varma för att lukta.

Börja dina bergsturer med 80 % eller mindre om det är betydande nedförsbackar i början. Forumen är fulla av människor som kom på detta efter att ha kokat sina bromsar.

Vissa nyare fordon är smartare på detta. Lucid Air kommer faktiskt att hålla laddningen under 100 % om den vet från navigeringen att en lång nedstigning kommer. Bör vara standard på varje EV. Det är det inte.

Regenerative Braking

Kort svar, förmodligen inte.

Laddningspulserna från regen är korta. En halv sekund till kanske tio sekunder. Sedan en lucka. Sedan ytterligare en puls. Detta på-av-mönster skiljer sig från att ansluta till en laddare och trycka på konstant ström i en timme.

Vissa forskare vid NREL publicerade data 2022 som tyder på att pulsad laddning faktiskt kan vara skonsammare för celler än konstant ström. Viloperioderna låter litiumjoner omfördelas inuti elektroden. Mindre koncentrationsgradientstress. Tidningen handlade inte specifikt om regen men laddningsprofilerna är liknande.

Data från taxiföretag som kör Model 3s i New York visar ingen mätbar skillnad i försämring mellan förare med hög-regen och låg-regen. Packhälsa på 150 000 miles varierade mer med DC-snabbladdningsfrekvens och klimat än med regenavanor. Provstorleken var dock bara cirka 40 bilar. Inte avgörande.

Jag har pratat med ett par batteriingenjörer om detta. Konsensus verkar vara att regenströmnivåerna ligger inom den säkra kontinuerliga klassificeringen för moderna EV-celler. Ett 75 kWh-paket som får en 50 kW regenpuls är bara 0,67C. Det är ingenting. Din telefonladdare når förmodligen 1C.

Det som dödar litiumbatterier är värme och tid vid hög laddning. Regen bidrar inte mycket till heller. Om något minskar den högsta-SOC-exponeringen genom att återvinna energi som du annars skulle behöva koppla in för.

En pedalkörning betyder stark återhämtning i det ögonblick du lyfter av gaspedalen. Du kan köra runt i stan utan att röra bromspedalen förutom vid punkter. BMW i3 banade väg för detta. Tesla kopierade det. De flesta elbilar erbjuder det nu som ett alternativ.

Blandade system känns mer som en vanlig bil. Rulla ut när du lyfter, regenera bara när du trycker på bromsen. Bilen blandar regenerativ bromsning och friktionsbromsning sömlöst. Du känner inte övergången.

Vilket är bättre? Beror på vad du bryr dig om.

En pedal återvinner mer energi. Enkel fysik. Du bromsar in med regen över en längre sträcka. Blandat läge slösar ut friktionsdelen till luftmotstånd och rullfriktion.

Blended är lättare för passagerarna. Min fru blir bilsjuk av en pedalkörning. Den konstanta accelerationen-decel-accel-decel stör henne. När hon sitter i bilen byter jag till blandat läge. Mjukare åktur, mindre regen, alla är gladare.

Bromsbeläggens livslängd är dramatiskt bättre med en pedal. Jag är 48 000 mil på originalkuddar och de ser knappt slitna ut. En mekaniker berättade för mig att han sett Teslas gå 100,000+ mil på den första uppsättningen av kuddar. Kuddarna fungerar i princip bara under de sista mph av ett stopp och i paniksituationer. Nackdelen är att rotorerna kan utveckla ytrost från ur bruk. Vissa återförsäljare rekommenderar enstaka hårda bromsningar för att rengöra dem.

Regens beteende vid mycket låga hastigheter varierar kraftigt mellan tillverkare.

De flesta elbilar tonar ut regen under cirka 5 mph. Motorn kan inte generera användbar ström i gångtakt. Friktionen tar över. Men övergångspunkten och hur smidig den känns skiljer sig åt.

Porsche Taycan har den smidigaste låghastighetsregen jag har upplevt. Audi e-tron GT också, samma plattform. Det pågår en tysk ingenjörsgrej där. Tesla är hyfsad men inte lika polerad. Några av de billigare elbilarna känns ryckiga i den övergångszonen. Chevy Bolt fick tidigt klagomål om detta. Senare programuppdateringar hjälpte.

Traction control interaktioner blir intressanta på hala underlag. Regen tillämpar bromskraft endast på drivhjulen. På en bakre-driven elbil betyder det att bakbromsar endast kommer från regen. Slå isen medan du bromsar in och bakdelen kan kliva ut. De flesta stabilitetskontrollsystem kommer att skära regen om de upptäcker glidning. Vissa gör det bättre än andra.

Jag har aldrig haft några problem men jag har läst berättelser om tidiga Model S-ägare som snurrade ute på snö när den aggressiva regen överväldigade dragkraften bak. Tesla lär ha ställt in detta bättre i senare programvara. Svårt att verifiera.

Regenerative Braking

Regen är en av de faktiska fördelarna elbilar har jämfört med förbränning. Du får tillbaka energi som annars skulle bli bromsdamm och värme. Verkliga vinsterna är mindre än vad broschyrerna hävdar men ändå meningsfulla, särskilt i stop and go-trafik.

Det kalla vädret och fulla batteribegränsningar är verkliga och irriterande. Planera runt dem eller lev med minskad effektivitet. Avvägningen för att inte köpa gas är att hantera batterikemi egenheter.

Det tar ungefär en månad att anpassa din körstil. Efter det känns det normalt. Att gå tillbaka till en bensinbil känns primitivt. Det är regenkroken.