Veículos eléctricos e a bateria de 12V
Diferentes tipos de carros eléctricos e a sua dependência da bateria de 12V
O sucesso do automóvel como meio de transporte individual começou em 1913, com a introdução da então revolucionária linha de produção por Henry Ford. Mesmo um século depois, a maioria dos carros que circulam nas nossas estradas ainda se baseiam no princípio do motor de combustão interna, que tem sido continuamente melhorado pelos engenheiros e que hoje em dia combina alto desempenho, baixo consumo e longa durabilidade.
A tecnologia cada vez mais complexa dos motores e, ao mesmo tempo, regulamentos de emissões mais rigorosos desencadearam um salto tecnológico que levou à eletrificação do sistema de tração nos dias de hoje. Mas nem todos os veículos eléctricos no mercado são iguais. Dependendo dos requisitos e do segmento do veículo, existem diferentes abordagens para a mobilidade electrificada.
O que é um xEV?
- HEV – Veículo Elétrico Híbrido
- PHEV – Veículo Elétrico Híbrido de Plug-in
- BEV – Veículo Elétrico a Bateria
- FCEV – Veículo Elétrico a Célula de Combustível
Veículos Eléctricos Híbridos. O melhor dos dois mundos?
O termo híbrido significa apenas que existe mais do que uma fonte de energia para o funcionamento do veículo. De facto, os veículos com a tecnologia Start-Stop já são considerados veículos "micro-híbridos", porque aqui a bateria de 12V actua como uma segunda fonte de energia quando o motor é desligado.
A evolução do "micro-híbrido" foi o chamado "mild-hybrid", no qual é instalada uma bateria de iões de lítio de 48V para abastecer consumidores particularmente ávidos de energia. Embora estes dois sistemas já sejam designados por híbridos, falta-lhes uma caraterística crucial que há muito é associada aos "automóveis híbridos eléctricos": Condução puramente eléctrica, sem o auxílio do motor de combustão.
Diferença entre Veículos Híbridos Completos e Veículos Híbridos Plug-in
A expressão "Veículo Elétrico Híbrido" descreve, na realidade, dois conceitos diferentes. O "Veículo Elétrico Híbrido Completo" (FHEV, geralmente abreviado como HEV) e o "Veículo Híbrido de Plug-in" (PHEV). Ambas as abordagens têm em comum o facto de os veículos possuírem uma bateria de iões de lítio de alta tensão e poderem, assim, ser conduzidos de forma puramente eléctrica. Num VHE, a bateria pode ser carregada exclusivamente pelo motor de combustão ou pela recuperação de energia dos travões (recuperação). Num PHEV, a bateria também pode ser carregada numa estação de carregamento, como num veículo puramente elétrico, daí o termo "Plug-in". Devido às possibilidades limitadas de carregamento, a capacidade da bateria de acionamento de um VHE é geralmente menor do que a de um VEPI. Devido à menor capacidade da bateria, as distâncias que podem ser percorridas de forma puramente eléctrica são também mais curtas para um VHE do que para um VHEP.
- Bateria de 12 volts
- Conversor DC/DC
- Bateria de alta tensão
- Conversor AC/DC
- Motor de tração de altatensão
- Tanque de gasolina ou gasóleo
- Motor de combustão interna
Corpo PHEV, com um depósito de combustível mais pequeno mas uma bateria maior com porta de carregamento externa para uma maior autonomia eléctrica.
- Bateria de 12 volts
- Conversor CC/CC
- Bateria de alta tensão
- Conversor CA/CC
- Motor de tração de altatensão
- Tanque de gasolina ou de gasóleo
- Motor de combustão interna
- Fonte de energia eléctrica (estação de carga/caixa de parede)
Ambos os sistemas permitem uma condução puramente eléctrica e, portanto, sem emissões locais. Graças ao motor de combustão adicional, o veículo pode também ser utilizado em longas distâncias sem restrições. Se o motor de combustão não for utilizado, um veículo híbrido elétrico comporta-se como um automóvel totalmente elétrico.
Prós e contras dos VHE e VHEP
- Redução do consumo de combustível e, consequentemente, menores custos operacionais
- Condução local sem emissões
- Binário elevado através do motor elétrico no arranque e na aceleração
- Menos emissões de ruído durante a condução puramente eléctrica
- Mais caro do que um veículo comparável apenas com motor de combustão
- Sistema de propulsão mais complexo, mais complexo e, por conseguinte, com custos de manutenção potencialmente mais elevados
- Maior peso do veículo devido à bateria de tração e aos componentes adicionais
- Menor espaço no porta-bagagens para alguns veículos, uma vez que é necessário espaço para a bateria de alta tensão
O futuro totalmente elétrico: Veículos eléctricos a bateria e carros movidos a hidrogénio
Hoje em dia, todos os sinais apontam para os sistemas de propulsão eléctrica como o sistema de propulsão do futuro. No entanto, ainda não é claro qual o sistema de armazenamento de energia que prevalecerá. O desenvolvimento da tecnologia das baterias de iões de lítio e das pilhas de combustível é atualmente muito dinâmico, pelo que estão a ser feitos enormes progressos em ambas as áreas. Para além das inovações técnicas, ambas as áreas estão preocupadas com a escalabilidade e a redução dos custos de produção.
O foco dos desenvolvimentos técnicos nas baterias de tração continua a ser o aumento da densidade energética. O objetivo é tornar as baterias mais pequenas e mais leves, mantendo a mesma capacidade, ou seja, a mesma distância de condução do veículo. Simultaneamente, estão a ser envidados esforços para otimizar a composição química das células das baterias, a fim de reduzir ao mínimo a percentagem de metais críticos, como o cobalto.
Embora já existam no mercado alguns automóveis movidos a hidrogénio, a produção em massa de motores a células de combustível está ainda mais distante do que a das baterias de iões de lítio. O desenvolvimento atual está centrado na redução da necessidade de platina na célula de combustível para reduzir significativamente os custos. Estão a ser feitos mais progressos no sentido de tornar a membrana da célula de combustível mais robusta e durável.
Para além do sistema de armazenamento de energia, a arquitetura do grupo motopropulsor dos Veículos Eléctricos a Bateria (BEV) e dos Veículos Eléctricos a Célula de Combustível (FCEV) é largamente comparável.
- Bateria de 12 volts
- Conversor DC/DC
- Bateria de iões de lítio de grande capacidade
- Conversor AC/DC
- Motor de tração de altatensão do motor de tração
- Fonte de energia eléctrica (estação de carregamento/ caixa de parede)
O FCEV utiliza um depósito de hidrogénio, uma célula de combustível e uma pequena bateria de iões de lítio como armazenamento intermédio para alimentar o motor elétrico.
- Bateria de 12 volts
- Conversor DC/DC
- Grande bateria de iões de lítio de alta tensão
- Conversor AC/DC
- Motor de tração de altatensão do motor de tração
- Célula de combustível
- Tanque de hidrogénio
Prós e contras dos VEBs e VCEFs
- Trem de força menos complexo do que os HEVs, portanto, custos de manutenção potencialmente mais baixos
- Binário elevado e boa dinâmica de condução através do acionamento elétrico puro
- Condução local sem emissões
- Com o BEV: Baixos custos de exploração em ligação com um sistema fotovoltaico privado
- Rede menos extensa de postos de abastecimento de hidrogénio e estações de carregamento em comparação com os postos de gasolina convencionais
- Longo "reabastecimento" para BEVs
- Muitos modelos apenas parcialmente adequados para utilização em longas distâncias
- Sem subsídios, mais caros do que os veículos convencionais comparáveis com motores de combustão
O sistema de baixa tensão em todos os veículos eléctricos
A rede de 12V do veículo alimenta funções de conforto, unidades de controlo, sensores e actuadores.
Continuar a chamar-lhe bateria de arranque nos veículos modernos, independentemente de terem um motor de combustão interna ou serem "totalmente eléctricos", não faz justiça às funções da bateria de 12V. Neste artigo, detalhámos as tarefas que a bateria desempenha para além do arranque do veículo.
Conclusão
O futuro do automóvel é elétrico. Atualmente, estão disponíveis diferentes conceitos em simultâneo, cada um com as suas próprias vantagens e desvantagens. Assim, o cliente tem muito por onde escolher o conceito mais adequado às suas necessidades individuais. Os conceitos híbridos combinam o melhor dos dois mundos. Por um lado, oferecem uma grande autonomia graças a motores de combustão muito eficientes, a possibilidade de condução local sem emissões e um binário elevado desde o início devido ao acionamento elétrico adicional. Por outro lado, o já complexo sistema de acionamento e de tratamento dos gases de escape torna-se ainda mais complexo devido aos componentes eléctricos.
A maioria dos automóveis eléctricos de hoje depende de uma grande bateria de alta tensão de iões de lítio para o armazenamento de energia. As longas distâncias ainda estão limitadas aos veículos premium com grandes baterias de tração. No entanto, a investigação atual visa melhorar ainda mais a gama e dispensar os metais críticos. Os progressos técnicos e uma produção em grande escala mais eficiente permitirão também reduzir ainda mais o custo da bateria, de modo a que os "carros eléctricos" se tornem competitivos noutros segmentos de veículos. A utilização do hidrogénio como meio de armazenamento de energia é outra abordagem promissora para o futuro do automóvel e poderá ajudar a ultrapassar os dois principais inconvenientes dos actuais automóveis eléctricos a bateria: a pesada bateria de tração e os longos tempos de carregamento. No entanto, é evidente que, para além do conceito de condução, não existem outras diferenças entre os veículos. O que todos eles têm em comum é a eletrónica instalada no veículo para os sistemas de conforto e segurança, que continuam a basear-se no sistema elétrico estabelecido de 12V e são suportados por uma bateria de 12V.
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