Como funciona um carro elétrico?

Sustentável e zero emissão de poluentes, o carro elétrico é uma tendência mundial. Esses veículos estão se tornando cada vez mais presentes nas linhas de produção das principais montadoras e muito em breve se tornarão maioria nos quatro cantos do mundo. Mas você já parou para pensar como funciona um carro elétrico?

Apesar de a bateria ser o componente mais importante nesse tipo de automóvel, há muitos outros componentes e tecnologias fundamentais para o funcionamento de um carro elétrico.

Para tentar dar uma visão macro a respeito do assunto, o Canaltech conversou com representantes de algumas montadoras que já têm em suas linhas modelos híbridos ou 100% elétricos. JAC Motors e Volkswagen atenderam à reportagem e explicaram, didaticamente, o porquê de os carros elétricos serem a bola da vez no mercado automotivo.

O básico do carro elétrico

Antes de mergulharmos a fundo no assunto, pedimos aos engenheiros da JAC Motors e da Volkswagen uma explicação básica sobre como funciona um carro elétrico.

“O motor elétrico de um carro funciona por meio de um processo físico. Consiste em utilizar uma corrente para criar um campo magnético na carcaça (o ‘estator’), cujo deslocamento coloca em movimento uma parte giratória (o ‘rotor’)”, explicou o departamento de engenharia da JAC Motors à reportagem do Canaltech.

“Diferentemente dos carros à combustão, que são abastecidos em postos de combustíveis, os elétricos podem ser carregados em estações de serviço fast-charge (Corrente Contínua – DC) e em residências nas tomadas convencionais AC (Corrente Alternada). Para isso, esses veículos têm conversores de corrente alternada e contínua”, emendou o setor responsável da Volkswagen.

Bateria, o coração do carro elétrico

Outro ponto importante sobre o carro elétrico é entender a importância da bateria. E não é exagero dizer que ela custa praticamente o preço total do veículo. O porquê de ela ser tão valiosa, no entanto, talvez fique mais bem esclarecido nas palavras do departamento de engenharia da JAC, que tem uma família completa de veículos elétricos à venda no Brasil.

“O pack de bateria de alta tensão é composto por vários módulos, e esses módulos são compostos por milhares de células de íons de lítio. Os tipos mais conhecidos de células são as cilíndricas, prismáticas e as pouch. E, para refrigeração e aquecimento das células, o pack possui uma rede de tubos e flats pela qual o líquido percorre fazendo o controle da temperatura”.

No caso dos carros da Volkswagen, como o ID.3 e o ID.4, o departamento de engenharia pontuou que “a bateria está posicionada sob o assoalho em todos os modelos construídos sobre a plataforma MEB, exclusiva para elétricos, permitindo um melhor aproveitamento do habitáculo e distribuição de peso”.

O “cérebro” da bateria

O coração do carro elétrico tem um cérebro. Chamado de BMS (Battery Management System), ele é basicamente o mesmo em todas as marcas que trabalham com veículos elétricos em suas linhas. E como isso funciona? Novamente contamos com a gentileza do departamento de engenharia da fabricante chinesa para levar a explicação correta a você:

“O BMS gerencia a temperatura, tensão e corrente de cada célula do pack. Em um BEV, é fundamental ter uma perfeita equalização das células e o BMS controla essa equalização durante o carregamento e o descarregamento, além de gerenciar todo o sistema de segurança e proteção do pack”.

Esse cérebro é importante, principalmente, se o carro elétrico sofrer infiltração de água ou, por exemplo, ficar preso em um alagamento, situação que não é tão rara em algumas regiões do Brasil. “Se houver uma infiltração de umidade dentro do pack, o BMS identificará e tomará as providências necessárias. Se houver um acidente e, consequentemente, uma fuga de energia, ela irá cortar todo o sistema de alta tensão”.

A conversão da energia

Uma das muitas dúvidas que surgem quando a discussão em pauta é como funciona um carro elétrico diz respeito à utilização da energia. Afinal, como é feito o processo de conversão do que é acumulado em energia cinética para fazer o carro “rodar”?

De acordo com a fabricante alemã, isso ocorre graças a um componente chamado conversor de corrente elétrica de alta voltagem.

“Ele é o encarregado de transformar energia armazenada, que é capaz de acionar o motor, em energia cinética. Também é ele que faz o compressor de ar-condicionado de alta tecnologia é responsável em converter energia elétrica em energia cinética de movimentação do compressor, responsável pelo circuito dinâmico de ar-condicionado e refrigeração”.

A Volks ainda citou um ponto que é bastante interessante em toda a tecnologia que envolve esse tipo de veículo:

“Um item interessante é que, no carro elétrico, há possibilidade de regeneração de energia. Quando você aciona o freio, o motor elétrico faz o trabalho de alternador e, por meio dos conversores de corrente, é possível carregar a bateria. Além disso, quando o motorista tira o pé do acelerador, ele automaticamente entra no modo freio motor”.

A explicação é similar ao que pontuou o departamento da JAC Motors. Segundo os engenheiros da chinesa, que, aliás, é parceira da Volkswagen no desenvolvimento de carros elétricos, “toda energia armazenada nas baterias percorre componentes de alta tecnologia e eficiência, como a HVB, PCU, motor e, em alguns casos, a transmissão”.

“Atualmente, alguns veículos já utilizam supercapacitores, que atuam como uma espécie de reservatório elétrico que pode aceitar uma carga muito rapidamente e descarregá-la com a mesma rapidez. Assim, é possível utilizá-los em um situação na qual o alto torque é exigido, mas em um período curto. Por isso os supercapacitores existentes não substituem uma bateria, mas complementam a performance do veículo”.

Tipos de motor

Engana-se quem pensa que motor de carro elétrico “é tudo igual”. Apesar de todos serem silenciosos, produzirem energia limpa, ou seja, sem emissão de gases poluentes, e terem basicamente composições iguais, há tipos distintos de motores elétricos.

Atualmente, a indústria automotiva utiliza três tipos de motores elétricos:

1. Motor Síncrono de Imã Permanente (PMSM), que é o mais comum;
2. Motores de indução trifásicos (AC);
3. Motores de relutância comutados (SRM).

“Os veículos JAC utilizam o motor do tipo PMSM. Ele possui ímãs permanentes no rotor, têm características de tração, como alta densidade de potência e alta eficiência. É a melhor escolha para aplicações de alto desempenho”, assegurou o departamento de engenharia da marca.

No caso da Volkswagen, a montadora explicou ao Canaltech que utiliza motores trifásicos, de alta performance e alto rendimento, todos localizados no eixo traseiro dos carros da marca.

Outras tecnologias

Os altos preços cobrados pelos carros elétricos na comparação com os tradicionais a combustão também estão ligados à tecnologia de ponta embarcada nesse tipo de veículo, não apenas centrados na bateria e no motor em si.

Entre os diferenciais que fazem o valor do carro elétrico ir às alturas estão componentes que certamente farão os mais antigos se lembrarem das citações como “rebimboca da parafuseta”. Para quem ficou boiando, esse era o termo que as pessoas usavam para explicar, de forma irônica, qual o problema que havia acontecido no carro, pois não entendiam o diagnóstico passado pelas oficinas.

A lista de componentes importantes para um carro elétrico suprir tudo o que o motorista precisa, e para justificar o preço ainda inalcançável para boa parte da população, inclui:

1. HVB (High Voltage Box)

Uma caixa central que distribui toda a alta voltagem do veículo para todos os componentes movidos pela energia;

2. PCU (Power Control Unit)

Responsável por controlar o motor elétrico e converter corrente contínua CC em corrente alternada CA e vice-versa, em uma situação de regeneração.

Alguns PCUs possuem internamente um inversor, também chamado de DCDC, que reduz a HV (alta voltagem) do veículo para LV (baixa voltagem).

“Esse componente recarrega a bateria LV de 12v, 24v, 48v. As PCUs normalmente ficam próximas ao motor elétrico e algumas são integradas ao motor”, explicou o departamento de engenharia da JAC Motors.

3. OBC (On Bord Charger)

O carregamento de um carro elétrico na rede elétrica AC depende de três componentes, e sua velocidade será sempre determinada pelo elo mais fraco da corrente. Esses três componentes são: a estação de carregamento, o cabo de carregamento e o carregador de bordo OBC.

O menos conhecido desses três é o carregador de bordo OBC. Ele recebe corrente alternada da rede (AC) e a converte em corrente contínua (DC). Depois, a envia para as baterias, que sempre trabalham em corrente contínua.

“A potência de saída dos carregadores de bordo está geralmente na faixa de 3,7 kW a 22 kW. Essas duas características determinam o preço do carregador e, portanto, o preço de todo o carro elétrico”, explica a JAC Motors.

“O parâmetro-chave na escolha da velocidade de carregamento AC do seu veículo depende do OBC . Por exemplo, se seu veículo possui um OBC de 6,0 kw, e a estação possui uma potência de 22 kw, seu veículo será carregado na potência de 6,0 kw. Como dito anteriormente, a velocidade é determinada pelo elo mais fraco, menos potente”, completou.

4. VCU (Vehicle Control Unit)

A Unidade de Controle do Veículo, também chamada de ECU, gerencia todas as Unidades de Controle Eletrônico dentro do BEV.

5. Compressor de Ar-condicionado

No caso da Volkswagen, seus carros elétricos possuem equipamentos totalmente elétricos, que servem para refrigerar o interior do veículo e também para dissipar o calor das baterias.

6. Caixa de câmbio

Mais um item que existe tanto no carro a combustão quanto no elétrico, mas, de acordo com o departamento de engenharia da Volkswagen, nesse último caso precisa ser “apropriado, desenvolvido para interface entre o motor elétrico e as rodas”.

O que o carro elétrico não tem?

Como citamos no início da matéria, o motor do carro elétrico é composto basicamente por dois elementos: o rotor e o estator. Por conta disso, o funcionamento é menos complexo do que o de um carro a combustão. Afinal, não há virabrequim, velas, correias ou comandos de válvula distribuídos por baixo do capô.

E o que mais os carros elétricos não têm quando comparados aos tradicionais, a combustão? Para abrir a lista, por mais óbvio que seja, vamos deixar bem claro: carro elétrico não tem tanque de combustível, ok? Afinal, ele não faz uso de gasolina nem etanol.

Além do tanque, também não vemos em carros 100% elétricos itens como escapamento, bomba d’água, radiador e outros itens de arrefecimento líquido. Pinças, discos e reservatório para fluído de freio, no entanto, permanecem (por enquanto).

Com informações Jornal do Carro, Motor Show