Frenata rigenerativa: quanto recupera davvero un’auto elettrica e perché ha ancora bisogno dei freni

La frenata rigenerativa non ti ricarica l’auto. Ti restituisce una parte di quello che hai già speso, e trattiene una commissione lungo la strada.

È la funzione più venduta di qualsiasi elettrica, insieme alla coppia immediata. “Recupera energia in frenata”. “Ricarica la batteria in discesa”. A sentire la pubblicità, la macchina si alimenta da sola ogni volta che alzi il piede. In Italia se ne parla quasi sempre così, a metà: tanto entusiasmo e pochissimi numeri. La realtà è più interessante e molto meno magica. La rigenerazione esiste, funziona e fa risparmiare, ma ha limiti fisici precisi, ci sono giorni in cui praticamente si spegne e porta con sé effetti collaterali di cui quasi nessuno parla: freni che arrugginiscono prima di consumarsi, luci di stop che non sempre avvisano chi sta dietro e una normativa europea che dal 29 novembre comincia a guardare anche la polvere dei freni delle elettriche.

Un motore che lavora al contrario

Il principio è semplice. Motore elettrico e generatore sono, in sostanza, la stessa macchina. Se gli dai corrente, gira. Se lo fai girare dall’esterno, produce corrente. Quando acceleri con un’elettrica, la batteria spinge corrente verso il motore attraverso l’inverter e le ruote si muovono. Quando alzi il piede o tocchi il pedale del freno, il sistema ribalta la situazione: sono le ruote a far girare il motore, il motore genera corrente e l’inverter la riconverte per rimandarla in batteria.

Generare corrente non è gratis per l’auto, ed è proprio questo il punto. Producendo elettricità, la macchina oppone una coppia contraria alla rotazione. È quella coppia che frena. In altre parole, l’auto rallenta proprio perché sta producendo energia. In un’auto a combustione tutta l’energia di una frenata finisce in calore su dischi e pastiglie e si disperde nell’aria. In un’elettrica, una parte torna in batteria.

Attenzione alla parola: una parte. Il viaggio di ritorno passa dal motore, dall’inverter, dalla chimica della batteria e poi, quando riacceleri, di nuovo dall’inverter e di nuovo dal motore. Ogni passaggio ha le sue perdite. Se hai letto il nostro pezzo sull’inverter, sai già che l’elettronica di potenza lavora nei due sensi e in entrambi riscuote il suo pedaggio.

Niente di nuovo: un’auto del 1904 aveva già la posizione “rigenerazione”

Ce la vendono come tecnologia d’avanguardia, ma la frenata rigenerativa ha più di un secolo. Nella Parigi di fine Ottocento, Louis Antoine Kriéger cominciò a costruire auto elettriche con un motore per ogni ruota anteriore. Lo Science Museum di Londra conserva una Kriéger Electric Brougham costruita nel 1904, con due motori Postel-Vinay, uno per ruota anteriore, alimentati da venti celle che le davano un’autonomia di circa 50 miglia. Il suo comando a tamburo offriva sette velocità in avanti e, in più, le posizioni di folle, retromarcia, frenata d’emergenza e frenata rigenerativa.

Postel-Vinay, tra l’altro, è lo stesso costruttore che fornì i motori della Jamais Contente, l’elettrica con cui Camille Jenatzy nel 1899 diventò il primo uomo a superare i 100 km/h in automobile. L’era dimenticata dell’elettrico aveva già risolto quello che oggi ci presentano come novità.

Il problema di quei sistemi non era l’idea, era il controllo. In molte elettriche delle origini la stessa leva serviva per accelerare e per rigenerare, e la funzione si cambiava con un interruttore manuale separato. Sbagliare posizione aveva conseguenze. È servita l’elettronica moderna perché fosse l’auto a decidere da sola quanto frenare con il motore e quanto con i dischi. La GM EV1, l’elettrica che General Motors costruì e poi fece schiacciare, combinava già in automatico frenata rigenerativa e frenata ad attrito alla fine degli anni Novanta.

Il conto che nessuno ti fa

Ecco il dato che smonta mezza pubblicità. L’energia che un’auto si porta dietro quando è in movimento è molto meno di quanto si pensi. Un’elettrica da 2.200 chili lanciata a 100 km/h ha circa 849 kilojoule di energia cinetica. Convertili nell’unità della bolletta: 0,236 kWh. Meno di un quarto di kilowattora.

E non la recuperi tutta. Il consenso del settore colloca il rendimento di andata e ritorno della rigenerazione tra il 60 e il 70%: è quello che sopravvive dopo aver trasformato il movimento in elettricità, averla immagazzinata, averla tirata fuori di nuovo e riconvertita in movimento. Fai il conto: da una frenata completa da 100 km/h a zero, se va bene, recuperi circa 0,15 kWh. Spiccioli.

Allora da dove viene la fama? Da due cose. Il primo è la ripetizione: in città freni centinaia di volte, e centinaia di piccoli recuperi alla fine fanno numero. Il secondo sono le discese. L’energia che un’auto accumula salendo non dipende dalla velocità, dipende dal peso e dall’altezza. La stessa auto da 2.200 chili che scende di 1.000 metri di dislivello ha a disposizione circa 6 kWh lordi di energia potenziale, venticinque volte la frenata da 100. Per questo su un passo alpino la rigenerazione brilla e in autostrada in pianura si sente appena. E occhio al cruscotto: se l’autonomia stimata sale durante una discesa non significa che tu abbia recuperato esattamente quell’energia, il computer sta solo ricalcolando sul consumo recente.

Un pedale solo contro il veleggio

Qui l’industria è spaccata in due, ed è bene saperlo prima di comprare.

Da una parte c’è la guida con un solo pedale. L’ha resa popolare Nissan con l’e-Pedal della Leaf di seconda generazione, annunciato nel 2017. Rilasciando l’acceleratore l’auto rallenta con una decelerazione massima di 0,2 g, paragonabile a una frenata, e quando si ferma del tutto l’impianto idraulico la tiene ferma, anche in salita. Nissan sosteneva allora che con quel pedale si coprisse il 90% delle esigenze di guida. In città è comodo, si impara in un giorno e poi è difficile tornare indietro.

Dall’altra parte c’è Porsche, che si è rifiutata di metterlo sulla Taycan e sulla Macan elettrica. La sua è una ragione di pura fisica. Martin Reichenecker, responsabile dei test telaio di Porsche Engineering, sostiene che la cosa più efficiente sia lasciar scorrere l’auto senza trazione né freno motore, perché così l’energia cinetica resta nella vettura. La guida a pedale unico prima recupera e poi riconverte quell’energia in propulsione, e secondo Porsche questo significa pagare le perdite due volte.

Il ragionamento regge. Se alzi il piede a 130 all’ora e l’auto si mette a rigenerare forte, trasformi movimento in elettricità con delle perdite per poi, dieci secondi dopo, spendere elettricità con altre perdite per riprendere velocità. Se la lasci veleggiare non converti niente. L’energia migliore è quella che non esce mai dall’auto.

Chi ha ragione? In coda, Nissan. Appena la strada si apre, Porsche, e senza storia. Il pedale unico vince in coda, dove frenerai comunque. Il veleggio vince su strada libera, dove la maggior parte delle trattenute del pedale unico sono inutili. Un’elettrica fatta bene ti lascia scegliere, o sceglie bene al posto tuo: la Taycan stessa ha una modalità automatica che usa telecamere e sensori per decidere se lasciar scorrere o recuperare.

Davanti si frena di più, anche se il motore grosso sta dietro

Porsche ha pubblicato un dettaglio tecnico che dice tutto sulla complessità della faccenda. Quando freni il peso si sposta in avanti, ed è per questo che qualsiasi auto frena soprattutto con l’asse anteriore. Sulla Taycan a due motori, quello anteriore fornisce due terzi della potenza di frenata rigenerativa e quello posteriore un terzo, anche se il posteriore è più grande e in teoria potrebbe recuperare di più. Il recupero di energia non può andare contro la fisica della frenata né contro la stabilità.

I numeri della Taycan sono tra i più alti del mercato. Il modello originale poteva rigenerare fino a 290 kW, e Porsche calcolava che due secondi di decelerazione a quella potenza valessero circa 0,7 chilometri di autonomia. Con l’aggiornamento presentato nel 2024, la potenza massima di recupero è salita a 400 kW, oltre il 30% in più.

Ora guarda il rovescio della medaglia. L’ingegnere Porsche Ingo Albers ha spiegato che una frenata a fondo dalla velocità massima, con l’auto a pieno carico, richiede una capacità frenante di oltre due megawatt. Duemila kilowatt contro i 290 che i motori potevano recuperare. Ecco perché un’elettrica da più di due tonnellate monta ancora freni enormi: la rigenerazione fa quasi tutto il lavoro quotidiano, ma nella frenata che ti salva la vita comandano i dischi.

I giorni in cui la rigenerazione si spegne

È la cosa che sorprende di più chi guida un’elettrica per la prima volta. Ci sono situazioni in cui la frenata rigenerativa funziona meno, o non funziona affatto.

La prima: batteria piena. Se carichi al 100% e parti in discesa, la batteria non ha dove mettere l’energia. È lo stesso discorso che abbiamo fatto nel pezzo sulla curva di ricarica: più una batteria è piena, meno potenza accetta. Rigenerare è ricaricare, quindi con la batteria al massimo l’auto trattiene meno e il lavoro torna a dischi e pastiglie. Se abiti in cima a una collina, caricare al 100% per cominciare la giornata in discesa significa buttare energia.

La seconda: il freddo. Le celle al litio accettano male la carica quando sono fredde, e forzarle può danneggiarle. Ne abbiamo parlato nel pezzo sulla gestione termica e sul BMS. Il sistema protegge la batteria limitando la rigenerazione finché il pacco non va in temperatura. Nelle mattine d’inverno il pedale unico diventa pigro, e non è un guasto.

La rigenerazione dipende dalla batteria, e la batteria ha le sue lune. Un’auto che frena in modo diverso a seconda della carica e della temperatura ha bisogno di un sistema che sappia miscelare.

La miscelazione deve essere invisibile

Quando premi il pedale del freno di un’elettrica o di un’ibrida, non stai azionando direttamente le pastiglie. Stai chiedendo una decelerazione, e un cervello elettronico decide quanta parte mette il motore e quanta i freni idraulici. Quella miscela, il “brake blending” degli ingegneri, deve essere impercettibile. Il pedale deve dare la stessa sensazione che freni con il motore, con i dischi o con entrambi. Sulla Taycan sono il controllo di stabilità e un servofreno elettromeccanico a garantire che il punto di pressione del pedale resti sempre lo stesso.

Quando il blending non funziona, te ne accorgi. Nel febbraio del 2010 Toyota richiamò circa 437.000 ibride in tutto il mondo, di cui circa 53.000 in Europa, per aggiornare il software dell’ABS: la Prius di terza generazione, la Prius Plug-in, la Sai e la Lexus HS 250h. I guidatori segnalavano una sensazione di frenata irregolare frenando dolcemente su buche o fondi scivolosi, proprio nel momento in cui l’auto passava dalla frenata rigenerativa a quella idraulica e interveniva l’ABS. Molti l’hanno vissuta come un cedimento momentaneo dei freni. La soluzione fu riprogrammare il sistema, circa 40 minuti per auto. Fu un avvertimento per tutto il settore: la rigenerazione non è solo un motore che genera, è un software che deve coordinare due freni diversi in pochi millesimi di secondo.

Si accendono le luci di stop?

Domanda seria, perché con il pedale unico puoi rallentare con decisione senza toccare il freno. Se le luci posteriori restano spente, chi ti segue non se ne accorge.

Il regolamento delle Nazioni Unite applicato in Europa, il Regolamento 13-H, fissa tre gradini per la frenata rigenerativa che entra in funzione al rilascio dell’acceleratore. Sotto 0,7 metri al secondo quadrato le luci di stop non devono accendersi. Tra 0,7 e 1,3 il costruttore può accenderle. Sopra 1,3 sono obbligatorie. La soglia di 0,7 non è casuale: la proposta presentata dai costruttori nel 2008 la considerava rappresentativa della decelerazione “naturale”, quella del freno motore di un’auto a combustione. L’e-Pedal di Nissan, per esempio, accende le luci di stop quando comincia a rallentare e le tiene accese ad auto ferma.

Freni che arrugginiscono prima di consumarsi

Ecco il grande paradosso della rigenerazione. Usi così poco i freni ad attrito che il problema smette di essere l’usura e diventa la ruggine.

Dischi che si scaldano raramente non si puliscono da soli. Umidità, sale sulle strade d’inverno e inattività li fanno corrodere, soprattutto quelli posteriori, che su un’elettrica lavorano pochissimo se non nelle frenate forti o a velocità molto basse. Le riviste di settore per le officine americane documentano già pinze posteriori bloccate e dischi mangiati dalla corrosione su veicoli con frenata rigenerativa.

Volkswagen ha preso una decisione che all’inizio ha fatto sorridere molti: freni a tamburo posteriori su ID.3 e ID.4. Sì, tamburi, come sulle utilitarie di qualche decennio fa. La spiegazione della casa ha senso. Le pastiglie dei freni a disco tendono a strisciare leggermente anche quando non freni, e quell’attrito toglie autonomia; i tamburi no. In più, secondo Volkswagen, rispondono meglio dopo lunghi periodi di inattività. Continental, che ha sviluppato il sistema, aggiunge che essendo chiuso protegge le superfici frenanti da acqua e sale, e che nei suoi test di durata sulla ID.3 le ganasce hanno superato i 300.000 chilometri. Sempre secondo il fornitore tedesco, su un’elettrica con freno by-wire la rigenerazione può coprire fino all’80% delle decelerazioni quotidiane, e fino al 95% se ogni frenata comincia con il motore.

La lettura di NEB: i freni di un’elettrica devono lavorare ogni tanto per restare sani, e il controllo in officina non riguarda più quanta pastiglia è rimasta, ma se pinze e dischi sono ancora vivi. Che il freno lavori poco è un vantaggio. Che non lavori mai è un rischio di manutenzione di cui il venditore non ti parlerà.

L’Euro 7 arriva ai freni, anche a quelli delle elettriche

Questa è la parte che in Italia si racconta meno, e manca poco. Dal 29 novembre 2026 l’Euro 7 si applica ai nuovi tipi di autovetture e furgoni omologati nell’Unione Europea, e dal 29 novembre 2027 a tutte le auto nuove. La grande novità è che, per la prima volta, una norma sulle emissioni guarda oltre il tubo di scarico e regola le particelle rilasciate da freni e pneumatici.

Il limite per le particelle dei freni è di 3 milligrammi per chilometro per le elettriche pure e di 7 per la maggior parte delle auto a combustione, ibride e a idrogeno. L’elettrica ha un limite più severo proprio perché si dà per scontato che la rigenerazione faccia la maggior parte del lavoro. La legge conta già sulla tua frenata rigenerativa. E la stessa Euro 7 impone requisiti minimi di durata alle batterie di elettriche e ibride.

Dove la rigenerazione è una bestia

Per vedere la frenata rigenerativa al massimo bisogna guardare due estremi.

Il primo è la Formula E. La monoposto Gen3, che ha debuttato nella stagione 2023, ha aggiunto un motore anteriore da 250 kW dedicato solo alla rigenerazione, che sommato ai 350 kW del posteriore arriva a 600 kW di capacità di recupero. Talmente tanta che la vettura ha eliminato i freni idraulici posteriori: è stata la prima monoposto a ruote scoperte a farlo, con freni ad attrito solo davanti. Gli organizzatori stimavano che circa il 40% dell’energia usata in gara sarebbe arrivato dalla rigenerazione.

Il secondo è una cava in Svizzera. Vicino a Bienne lavora l’eDumper, un dumper Komatsu HD 605-7 da 45 tonnellate convertito all’elettrico da Kuhn Schweiz, con una batteria da 700 kWh, la più grande mai montata su un veicolo quando fu presentato. Sale a vuoto una rampa del 13%, viene caricato con 65 tonnellate di roccia e scende pesando 110 tonnellate. Scendendo con più del doppio del peso con cui è salito, rigenera più energia di quanta ne abbia consumata in salita. Il costruttore dichiara un’eccedenza di circa 200 kWh al giorno. Lucas di Grassi, campione di Formula E, l’ha provato: è arrivato in cima con l’80% di batteria e in fondo segnava l’88%.

Quel camion è la miglior lezione di fisica possibile. Funziona perché scende più pesante di come sale. Se la cava fosse in basso e il cementificio in alto, dovrebbe attaccarsi alla presa come tutti gli altri. La rigenerazione non crea energia, salva solo una parte di quella che la gravità o il tuo piede destro hanno già messo in gioco.

Madrid caricava le auto con la frenata della metropolitana

C’è un capitolo spagnolo di questa storia che in Italia non ha raccontato nessuno. Nel marzo del 2014 la Metro de Madrid inaugurò la prima “metrolinera” di Spagna, una colonnina in superficie accanto alla concessionaria Citroën di Sáinz de Baranda. L’idea era quella dell’eDumper, ma sottoterra: un treno della metropolitana frena decine di volte all’ora, e l’energia che in quel momento non serve a un altro treno in accelerazione di solito finisce bruciata nelle resistenze. Il progetto Train2Car la prelevava dalla linea aerea, la immagazzinava in un accumulatore Siemens e la restituiva attraverso una colonnina rapida CHAdeMO per auto elettriche.

Lo guidava la Metro de Madrid insieme all’Universidad Pontificia Comillas (ICAI), al CIEMAT e a SICA, costò circa 2,1 milioni di euro di fondi pubblici e durante la sperimentazione, fino a giugno 2014, la ricarica era gratis. La Metro sosteneva che le sue 115 sottostazioni di trazione potevano ospitarne molte altre. Non abbiamo trovato nessuna fonte che confermi che la rete sia andata oltre il progetto pilota. La fisica però era dalla sua: tanto peso e tante fermate sono lo scenario ideale della rigenerazione, e una metropolitana li porta entrambi all’estremo.

Come la pensiamo a NEB

La frenata rigenerativa è una delle idee migliori dell’auto elettrica, ed è proprio per questo che l’hanno trasformata in uno slogan. Non trasforma la tua auto in una centrale elettrica. Da una frenata decisa tira fuori spiccioli. Rende in città e nelle lunghe discese, diventa pigra con la batteria piena o fredda e, in cambio, ti lascia freni che rischiano più di morire di ruggine che di usura.

Poche case lo diranno ad alta voce: la frenata più efficiente è quella che non fai. Nemmeno il miglior sistema rigenerativo del mondo restituisce quello che perde per strada. Anticipare, alzare il piede per tempo e lasciar scorrere fa risparmiare più di qualsiasi modalità di recupero massimo. Porsche lo sa e lo mette per iscritto. Chi vende il pedale unico come se rigenerare volesse dire guadagnare energia lo sa altrettanto bene, ma nello spot fa meno effetto.

Tu guidi con un pedale solo o lasci scorrere?

Stacca la spina e goditela.

Immagini: schema NEB · Science Museum Group (CC BY 3.0) · Alexander-93 (CC BY-SA 4.0) · OSX (pubblico dominio) · ShriniwasGajare (CC BY-SA 4.0) · Steffen Prößdorf (CC BY-SA 4.0) · Michael KR (CC BY-SA 4.0)