Como funciona um carro elétrico?

O que acontece quando você acelera num carro normal: uma borboleta se abre permitindo que combustível seja injetado numa câmara de combustão, junto com o ar puxado de fora para dentro, para que a mistura seja comprimida por um pistão até que uma vela produza uma faísca que provoca uma explosão, fazendo com que o pistão mova uma árvore de manivelas que, por sua vez, transforma movimento vertical em rotacional, para, com a ajuda de uma transmissão, girar o eixo das rodas. Enquanto isso, os gases poluentes provocados pela explosão são expelidos por canos até serem despejados no ar. 

Agora, o que ocorre quando você acelera um carro elétrico: uma corrente elétrica cria um campo magnético que faz girar um rotor que, em consequência, gira o eixo das rodas. Fim. 

O carro elétrico já é uma realidade. Você viu aqui na KBB Brasil que a Nissan lançou a segunda geração do LEAF, o elétrico mais vendido do mundo. Portanto, a tendência é a de que, daqui para frente, falar sobre carros elétricos se torne cada vez mais comum. É por isso que a KBB criou este guia básico sobre o funcionamento de um carro elétrico, a fim de prepará-lo para entrar no mundo da eletrificação dos automóveis.

E, como você já pode perceber pelo início desta matéria, este universo, provavelmente, é bem mais simples do que você imagina. Além da estrutura, cabine, rodas e pneus que todo e qualquer carro deve ter, diferentemente de um automóvel a combustão, o carro elétrico precisa, basicamente, de quatro componentes para se locomover: um pack de bateria, um inversor, um motor de indução e um sistema de recuperação de energia. 

A bateria de íon-lítio

Apesar de compor boa parte do peso de um carro elétrico, a bateria que o alimenta não difere muito das pilhas comuns que nós temos em controle remotos e outros aparelhos domésticos. Na verdade, o pack de bateria pode ser composto por milhares dessas “pilhas”, unidas paralelamente e em série, ou, como no Novo Nissan LEAF, elas podem ter um formato de lâminas chamadas de células (também compactadas paralelamente e em série) que servem para gerar a eletricidade que servirá ao rotor do carro. 

Uma pilha comum é basicamente um conjunto químico que contém três elementos: ânodo (polo negativo), cátodo (polo positivo) e um eletrólito. Como não é possível estocar eletricidade, a função da pilha é transformar esta solução química em eletricidade, por meio de um processo de transição de elétrons entre os dois polos (do negativo ao positivo, para ser mais exato) e a condução de íons gerados por essa troca através do eletrólito (que é o que resulta na eletricidade). No caso de uma pilha recarregável, o processo de regeneração é simplesmente o inverso (os elétrons retornam do polo positivo ao negativo). 

A diferença entre as células de energia dos carros elétricos e as pilhas comuns está na composição do polo positivo, que é feito por lítio (daí o nome bateria de “íon-lítio”). Além de outras vantagens no processo de geração de energia, o material permite que as baterias sejam recarregadas inúmeras vezes, o que praticamente viabilizou a popularização dos carros elétricos (uma vez que a limitação do uso das baterias era um dos desafios dos primeiros carros elétricos surgidos ainda no começo do século passado). 

No caso do Novo Nissan LEAF, o pack de bateria conta com 24 módulos contendo 8 células de energia cada. Logo, são 192 células de energia responsáveis por gerar a eletricidade que moverá o carro. Isto representa um incremento de 67% na densidade estocada de energia, uma vez que a geração anterior tinha o dobro de módulos, provando que o Novo Nissan LEAF conseguiu otimizar o peso e o espaço ocupado pelo pack de bateria sem comprometer o desempenho e a autonomia do hatch. 

Ainda sobre o Novo Nissan LEAF, cada célula de energia possui 3,65V (Volts) com capacidade de 56,3Ah (Amperes por hora), o que resulta num total de 700V e cerca de 10.800Ah. Mas o que importa saber mesmo é qual a potência que a bateria de um carro elétrico é capaz de abastecer o rotor e ser recarregada. No Novo Nissan LEAF, o pack de bateria produz 40kWh (quanto maior for esta medida de potência, mais eficiente é a bateria).

Volts é a unidade que mede a tensão elétrica de um circuito, enquanto Amperes corresponde a uma corrente elétrica constante. Usando água como analogia, Volts funcionariam como o reservatório de água (responsável por fornecer a pressão com a qual a água será levada ao seu destino) e Amperes seriam os encanamentos, que regulam o fluxo da água (quanto maior o diâmetro, ou mais ampares, maior o fluxo de água, ou de energia). Já kilowatts-hora (kWh) é a medida que calcula a quantidade de energia elétrica consumida por uma bateria (ou qualquer aparelho) durante um período de tempo (no caso, uma hora). Lembrando que 1 kW é o equivalente a 1.000 Watts, sendo que Watts é uma unidade de potência (que corresponde a um joule por segundo). 

Com toda esta energia sendo gerada a partir do sistema de alimentação do carro elétrico, tão importante quanto a sua potência, é o sistema de arrefecimento instalado entre os módulos (ou, em alguns casos, entre as próprias células de energia) para evitar o superaquecimento do conjunto. 

O motor elétrico

Agora que já sabemos da onde vem a energia do carro elétrico, precisamos saber como ela consegue fazê-lo se mover. Primeiramente, todo carro elétrico precisa de um inversor. Este dispositivo é responsável por converter a corrente contínua gerada pela bateria em corrente alternada. Esta corrente alternada é quem cria o campo magnético que fará o motor elétrico, ou, para ser mais técnico, o motor de indução, se mover. 

O motor de indução é composto por um estator e um rotor. A partir do momento em que o campo magnético é criado, a sua aplicação física (semelhante ao efeito que sentimos ao tentar aproximar dois ímãs) faz com que o rotor gire em círculos, pois, neste caso, há quatro polos atuando em conjunto, resultando em um campo magnético rotacional. 

Além de converter a corrente elétrica, o inversor também determina a frequência e amplitude dessa corrente, de acordo com a pressão que o motorista aplica sobre o pedal do acelerador. Quanto mais potência o motorista exigir do carro, maiores serão a frequência e a amplitude da corrente, o que aumentará o movimento rotacional do campo magnético, logo, fazendo o rotor girar mais rápido. 

Como este processo, praticamente, não envolve atritos (tais quais ocorrem num motor a combustão), a capacidade de rotação do rotor pode superar as 15.000 rpm. Isto implica num aproveitamento instantâneo e constante da faixa ideal de torque, dispensando a necessidade de instalar um câmbio para gerenciar a potência em marchas (há apenas uma única marcha num carro elétrico, capaz de fazê-lo atingir sua velocidade máxima, se necessário). Ademais, o movimento rotacional do rotor já está no sentido correto para ser transmitido ao eixo das rodas, ou seja, não existe conversão de movimento vertical em rotacional (como num carro convencional), por isso não há necessidade de haver um sistema de transmissão complexo num carro elétrico.

Este sistema de propulsão no Novo Nissan LEAF foi amplamente aprimorado para produzir 37% a mais de potência e 26% a mais de torque em relação ao modelo anterior. Isso significa que, agora, o Novo Nissan LEAF entrega 149 cv e 32,6 kgfm de torque (estes, instantaneamente). 

A regeneração da bateria

Todo carro elétrico pode ser abastecido com energia por meio de uma tomada. O Novo Nissan LEAF vendido no Brasil, por exemplo, já possui, de série, três tipos de recarregamento estático. O carro está preparado para o carregamento de emergência da bateria com correntes baixas, de até 12A a 16A, o que significa que é possível recarregá-la usando uma tomada residencial comum, de 120V a 220V. Por esta via, o carregamento é concluído em até 20h. O proprietário do Novo Nissan LEAF, atualmente, também recebe o Wall Box, o carregador de parede, que realiza a recarga entre 6h e 8h. Por fim, o Novo Nissan LEAF ainda possui o adaptador para plug tipo 2 para carregamentos rápidos nos eletropostos espalhados pela cidade, capazes de recarregar 80% da bateria em 40 minutos. 

Contudo, os carros elétricos não dependem somente da recarregamento estático para abastecer o pack de bateria. Assim como há no Novo Nissan LEAF, os carros elétricos dispõem da tecnologia de regeneração da bateria por meio do reaproveitamento da energia cinética do veículo. Ao aplicar o pedal do freio, a energia que seria dispensada em forma de calor, se transforma novamente em eletricidade para a bateria. Isso ocorre porque a desaceleração do carro faz com que as rodas girem o rotor do motor de indução numa velocidade maior do que a do campo magnético rotacional, transformando-o num verdadeiro gerador de energia. 

Para isto, basta ativar o modo e-Pedal, que concentra no pedal da aceleração a função de frenagem que auxilia na regeneração da bateria. Na prática, isso significa que em 90% das situações de uso cotidiano, basta o motorista tirar o pé do acelerador para que o veículo pare de maneira gradual e suave, sem a necessidade de pressionar o freio (a não ser em situações de emergência). 

O efeito do e-Pedal é ainda mais sensível quando o Novo Nissan LEAF está em modo Eco de condução e o câmbio na posição B, que prioriza o recarregamento da bateria. Nestes modos, o veículo reforça a regeneração da bateria por meio do aproveitamento da energia que seria desperdiçada nos freios, provocando uma frenagem mais acentuada sem precisar do pedal esquerdo. Como resultado, nestas condições, o Novo Nissan LEAF é capaz de aumentar a autonomia em até 6%. Com uma carga total de bateria, o Novo Nissan LEAF consegue rodar por 240 km.  

Novo Nissan LEAF

Agora que você já sabe quais são as tecnologias exclusivas dos carros elétricos e como eles funcionam, saiba como foi o lançamento do Novo Nissan LEAF no Brasil e o que o modelo tem a oferecer na versão única em que é vendido por aqui, neste link. 

Você também pode visitar a página de preços do Novo Nissan LEAF aqui no site da KBB Brasil, por meio deste link.