O Nissan LEAF em Testes no Brasil:

A Nissan introduziu seu primeiro veículo puramente movido a bateria elétrica (EV – Electric Vehicle), o Altra Nissan, no Salão do Automóvel Internacional de Los Angeles, em 29 de Dezembro de 1997. O Altra EV foi produzido entre 1998 e 2002 e apenas cerca de 200 veículos foram produzidos, e foi usado principalmente como veículo de frota para empresas como concessionárias de energia elétrica. A Nissan também desenvolveu o Hypermini Nissan, realizando um programa de demonstração e vendeu um número limitado para frotas governamentais e empresariais no Japão, entre 1999 e 2001. Uma pequena frota de Hyperminis, também foi testado no terreno em várias cidades da Califórnia entre 2001 e 2005.

Lançado em 2009, o protótipo do carro elétrico EV-11 foi baseado no Tiida Nissan (Versão da América do Norte), mas com o motor a gasolina convencional substituído por um sistema de transmissão totalmente elétrico, e incluiu um motor elétrico de 80 kW (110 CV) / 280 N·m e uma bateria de Lítio-ion de 24 kW·h, especificada para prover uma autonomia de 175 km (109 milhas), sobre o regime do United States Environmental Protection Agency LA-4, para condução na cidade. Dispõem de sistema de navegação, com controle e monitoramento remoto, através de uma conexão via celular através do centro de dados e segurança da Nissan.

A tecnologia do EV-11 tinha sido previamente desenvolvida e testada nos carros de teste EV-01 e EV-02, construídos com uma motorização totalmente elétrica, usando o sistema de transmissão do Nissan Cube (Z11) como base de desenvolvimento. O protótipo do EV-11 esteve em exposição em 26 de julho de 2009. Uma semana depois, em 02 de agosto de 2009, a Nissan apresentou sua versão de produção em sua sede em Yokohama, comprometendo-se em iniciar as vendas no varejo, tanto no mercado norte-americano quanto no do Japão no final de 2010.

O fruto desse desenvolvimento resultou no Nissan LEAF, denominação sugestiva que tanto pode significar “Folha”, como também um acrônimo para “Leading, Environmentally friendly, Affordable, Family car”. O LEAF é um carro totalmente elétrico, Hatch de cinco portas, com porta malas traseiro e foi introduzido no Japão e nos Estados Unidos em dezembro de 2010.

A autonomia oficial, apurada pelos funcionários da Agência de Proteção Ambiental dos EUA é de 117 km (73 milhas), com um consumo de energia de 765 kJ por quilômetro (21,25 kW·h/100 km) e a economia de combustível poupado é avaliada em 1 galão de gasolina a cada 99 milhas (o equivalente a 2,38 litros a cada 100 km). Já, o New European Driving Cycle apurou a autonomia do LEAF em 175 km (109 mi).

As entregas aos clientes começou nos Estados Unidos e Japão no final de 2010, na Irlanda e no Reino Unido no início de 2011. Em novembro de 2011, as entregas do LEAF também se iniciaram no Canadá, França, Portugal, Holanda, Noruega, Espanha e Suíça.

As vendas na Bélgica estão agendados para o final de 2011, na Dinamarca no início de 2012, e disponibilidade no mercado mundial está prevista para 2012. A disponibilidade inicial é limitada em quantidade e para mercados selecionados. Produção dos EUA começará em 2012, e a produção do Reino Unido está prevista para 2013.

Em Outubro/2011, a Nissan vendeu 849 unidades do LEAF nos EUA, e no acumulado do ano 8.048 exemplares já estavam rodando sem emissão de CO2. Desde que foi lançado no mercado norte americano, o LEAF vendeu mais do que o Chevrolet VOLT, provando que o consumidor norte americano não ficou intimidado pela limitação de alcance do carro elétrico japonês.

Como um carro totalmente elétrico, o Nissan LEAF não produz poluição tubo de escape ou emissões de gases de efeito estufa no ponto de operação, e reduz a dependência do petróleo.

Desde dezembro de 2010, mais de 27.000 LEAFs foram vendidos no mundo até abril de 2012. Os mercados mais vendidos são o Japão, com 13.000 unidades, nos Estados Unidos, com mais de 11.000 unidades, e na Europa com 3.000 unidades, liderado pela Noruega com mais de 1.000 LEAFs vendidos.

Entre outros prêmios e reconhecimentos, o Nissan LEAF ganhou o Prêmio Visão 2010 Green Car, o carro de 2011 do Ano Europeu, o World Car of the Year 2011, e o Car of the Year 2011-2012 Japan.

No Brasil, os testes comerciais começaram efetivamente em 11/06/2012, a partir da entrada em operação de duas unidades do LEAF na frota de táxis de São Paulo.

As duas unidades do Nissan LEAF são as pioneiras de um programa piloto da Prefeitura de São Paulo para analisar a viabilidade do uso de carros elétricos no transporte público da cidade.

Os veículos fazem parte do acordo fechado entre a Prefeitura de São Paulo, a AES Eletropaulo e a aliança Renaut-Nissan no Brasil, que prevê a entrega de mais oito veículos elétricos até o final do ano de 2012.

O circuito de tráfego inicial é pré-definido e restrito: disponíveis no ponto entre a Avenida Paulista e a Rua da Consolação, os elétricos andarão dentro do mini Anel Viário de São Paulo. O projeto tende a crescer no segundo semestre, quando os demais oito carros serão incluídos no projeto.

O custo do veículo elétrico promovido pela Nissan ainda é bastante alto, com preços entre R$ 80 mil e R$ 110 mil. Por esse motivo, o presidente da companhia no Brasil, Christian Meunier, desconsidera as vendas do modelo tão cedo por aqui e a Nissan oferecerá os veículos elétricos em regime de Comodato, às empresas de Táxi que desejem utilizar os modelos elétricos.

Além dos custos elevados (custo de aquisição aqui no Brasil. Nos EUA o Nissan LEAF custa menos de US$ 35.000) os veículos elétricos sofrem de um problema ainda maior. A alíquota de impostos para este tipo de veículo é a maior do Brasil, e o projeto da Nissan tem também a intenção de buscar apoio para a redução desta carga tributária abusiva.

Nessa fase de testes, motoristas profissionais em transporte de passageiros acompanham o carro elétrico. Cabe a eles monitorar o número de pontos de recarga que seriam necessários, o desempenho dos automóveis e a manutenção exigida. Por isso, a equipe foi treinada pela parceria entre a Secretaria Municipal de Transportes (SMT), a Associação das Empresas de Táxi de Frota do Município de São Paulo (Adetax) e a Nissan do Brasil.

Ao que parece, quem se submeter a esse projeto-piloto não correrá o risco de ficar parado no meio do trajeto. Haverá quinze pontos de abastecimento, sendo cinco de recarga rápida (recarga de 30 min), instalados pela AES Eletropaulo e 10 de recarga normal (recarga de 6 a 8 horas).

Uma estação de recarga elétrica para o veículo Nissan LEAF já podia ser vista em uma garagem de táxi em São Paulo 05 de junho de 2012. O programa de veículos eléctricos Táxi, apresentado hoje como parte da celebração do Dia Mundial do Meio Ambiente.

Já, numa garagem da concessionária Eletropaulo, na capital de SP, ao menos 5 estações de recarga já eram previamente instaladas desde meados de 2011.

Bateria de Veículos Elétricos (VEs) - Nissan LEAF

A bateria de Íons de Lítio (Li-ion), de 24kW·h do Nissan LEAF, possui refrigeração a ar (o que representa um de seus principais diferenciais sobre outras baterias de VEs, até então), e consiste de 48 módulos e cada módulo contém quatro células, totalizando de 192 células, e é montada pela Automotive Energy Supply Corp  (AESC) - uma joint venture entre a Nissan, a NEC e a NEC Dispositivos de Energia, em Zama, Japão.

O LEAF tem um motor elétrico CA síncrono (de imãs permanentes) de 80 kW e a bateria do LEAF precisou ser dimensionada para fornecer uma energia, algo quase quatro vezes maior, do que aquela que se dá em um carro híbrido típico. Para isso, a bateria do LEAF se tornou bastante grande e pesada, em comparação com as baterias típicas dos carros híbridos.

Os EVs (Electric Vehicles), em português VEs (Veículos Elétricos), com suas relativamente enormes baterias têm uma vantagem sobre os híbridos, que é justamente a questão da estabilidade da tensão da bateria, mesmo em alta demanda, enquanto que, num híbrido a bateria é utilizada para mover o carro, apenas em condições de torque e velocidade menores, ou seja, de potência mais baixa, onde as demandas de energia são modestas.

No hibrido a bateria é considerada, apenas, como uma fonte extra de energia e assim, é dimensionada de modo que podem ocorrer afundamentos do valor da tensão fornecida de até cerca de 25% sob carga e para resolver este problema alguns híbridos precisaram introduzir um regulador de tensão bidirecional entre a bateria e o inversor, encarecendo o projeto, uma vez que isso corresponde, essencialmente, a adicionar um segundo inversor de alta potência em série com o inversor principal que aciona o motor.

Os novos EVs e híbridos passam a abrigar células prismáticas de Lítio-íon em suas baterias, a medida que estas provam as suas melhores qualidades. Uma das razões da opção por bateria de íons de Lítio é justamente pela característica que esta apresenta de maior estabilidade da tensão fornecida sob variação de caraga, onde os afundamentos da tensão não passam de 10%. Isso simplifica o projeto elétrico e a bateria pode ser conectada diretamente ao inversor, sem a necessidade de pre reguladores de tensão, nem de capacitores extra no barramento CC, e a autoestabilização da tensão propiciada pela enorme bateria, ainda protege os transistores de sobretensão.

Cada uma das 192 célula (4 células por módulo, portanto 48 módulos) do pacote de bateria
do Nissan LEAF é especificada para uma capacidade de 32,5 A.h (ampere-hora)
e tensão nominal de 3,75 V (4,2 V no máximo)

A tecnologia Lítio-íon permite fornecer até 11 vezes a densidade de potência de uma bateria NiMH em aplicações híbridas ou duas vezes a densidade de energia em carros elétricos. Ao contrário de Níquel-Cádmio, baterias de íons de células não têm efeito de memória que, após uso repetido, diminui a sua capacidade de armazenamento. E não se esgotam quando o carro fica estacionado por períodos prolongados. As células mais comuns atualmente em uso automotivo possuem dimensões aproximadas de 160 mm por 226 mm por 7,2 mm.

As células individuais são interligadas para formar os módulos e os módulos são embalados, juntamente com monitores de estado de carga, reguladores de tensão e termopares para fazer um pacote. Um sistema de bateria completo também tem o seu próprio arrefecimento e aquecimento, arrefecido a água, ou simplesmente ventilado, para manter as temperaturas ideais de funcionamento.

Cada um dos 48 módulos (tais como o que é mostrado a esquerda) do pacote de baterias do Nissan LEAF contém, em seu interior, 4 células (tal como a que é mostrada à direita)

Como em outra bateria qualquer, os três principais componentes funcionais de uma bateria de íons de Lítio são o eletrodo negativo (ânodo), eletrodo positivo (catodo), e o eletrólito. Em cada célula, existem múltiplos cátodos (placas positivas) e ânodos (placas negativas) ensanduichados com material dielétrico de separação e um gel eletrólito condutor que consiste em sal de Lítio num solvente orgânico.

Os cátodos podem ser constituídos por finas folhas de colectores de corrente de alumínio eletrolítico, revestidos com um material de fosfato de Lítio e os ânodos são feitos de uma fina folha de cobre revestida com carbono. Em uma célula completamente carregada, os íons de Lítio são armazenados no ânodo, mas quando a bateria fornece energia ao motor, os íons de passam através do eletrólito através do separador para o cátodo. Este processo é invertido durante o carregamento.

A bateria atual do Nissan LEAF (desde o seu lançamento até agora, 2012) é fruto de uma parceia da Nissan com a também japonesa AESC - Automotive Energy Supply Corp, cujo capital é representado por Nissan Motor Co., Ltd.: 51 % e NEC Corp. + NEC Energy Devices, Ltd.: 49 %.

A tecnologia é baseada em  Espinela de Lítio Manganês (LMO) - LiMn₂O₄  que, das cinco tecnologias atuais de baterias de Íons de Lítio, é aquela é aquela que mais se destaca no quesito "Segurança" e "Performance", todavia, em detrimento aos quesitos "Custos" e "Energia Específica" (mais detalhes técnicos, por favor, veja em:

Baterias de Íons de Lítio – Tecnologias e Bases de Custos (Parte 1/3)

O fato é que a Nissan foi bastante esperta e, apostou na formação de uma boa reputação para a bateria do seu carro nestes primeiros anos de lançamento, dotando-o de uma bateria de elevada segurança, que trabalha relativamente fria e não requer um sistema de refrigeração, como ocorre com outros EVs e cuja performance, em geral, dispensa a necessidade de climatização específica, seja para atender diferentes estações do ano, ou mesmo de regiões dos países em que o Nissan LEAF está sendo vendido e utilizado, mesmo com isso implicando em alto custo de entrada para o usuário, ou a necessidade de descontos para atingir as vendas, ou mesmo que a bateria seja, relativamente, pesada e volumosa.

Enquanto a boa reputação se forma junto a opinião pública, a Nissan vem trabalhando na segunda geração de sua bateria para o LEAF (ou para outro modelo de VE que venha a ser, eventualmente, projetado e lançado). Isto tem implicado em migração da tecnologia base, da atual LMO para a futura tecnologia NMC (LiNiMnCoO₂).

Muito provavelmente, a bateria de íons de Lítio de tecnologia NMC, que deverá estar pronta, produzida e embalada para o LEAF 2015 e poderá dotá-lo de uma autonomia algo superior a 180 milhas (290 km), bem mais que as 109 milhas (175 km) atuais. Tal relação sugere que a capacidade da nova bateria do LEAF seja de cerca de 40 kW.h (comparados com os atuais 24 kW.h).

Uma outra coisa interessante, é que essa nova bateria (NMC) poderá, até mesmo, ser mais barata que a atual (LMO). Eu digo "poderá" pois, podemos ter surpresas: assim como todos os demais concorrentes, a Nissan (e a AESC) está correndo atrás de quebra de paradigmas, tentando mesmo inventar coisas novas. A tecnologia NMC atual, mesmo provendo uma maior energia, é, de fato, ainda, mais barata que a LMO mas, no estágio comercial em que ela se encontra, produz baterias que resultam em menor segurança e performance.

Seja o que for que eles estejam aprontando, não creio que a Nissan irá por em risco a sua reputação, recém adquirida, de estar produzindo a bateria mais segura do mercado e isso me faz crer que poderá surgir dai, alguma coisa realmente nova, derivada da tecnologia NMC. Como consumidor, é sentar e esperar, para ver o que será.

Quanto a bateria atual, visando uma tendência de padronização em "tensão total", tanto o Nissan LEAF quanto o Chevy VOLT, que utilizam diferentes arranjos de associação de células em cada módulo, utilizam o mesmo arranjo de módulos: são 48 módulos prismáticos em série e, embora a química da ambas baterias seja um pouco diferente, as células de íons de Lítio em ambos são de 3,6V a 3,8V, de modo que ambos os carros têm uma tensão de bateria de 345 V_CC a 365 V_CC (em circuito aberto).

Especificação dos Módulos de Bateria do Nissan LEAF:

Numero de células	4
Construção	2 pares em série, em paralelo (desenho abaixo)
Comprimento	11.9291" (303 mm)
Largura	8.7795" (223 mm)
Espessura	1.3779" (35 mm)
Peso	8.3775 lbs (3.8 kgs)
Terminal de Saída	M6 nut
Terminal do Sensor de Tensão	M4 nut
Diâmetro do Furo de Fixação do Módulo	0.3582" (9.1 mm)

Todavia, o VOLT utiliza seis células em cada módulo (dois grupos associados em série com três células em paralelo em cada grupo), totalizando 288 células, e o LEAF utiliza quatro células em cada módulo (dois grupos associados em série com duas células em paralelo em cada grupo), totalizando 192 células, todavia, no LEAF, o tamanho de cada célula é aproximadamente duas vezes maior.

Para manter a temperatura da bateria dentro de uma gama estreita, de 70ºF ± 2ºF (de 20ºC a 22,2ºC), o Chevy VOLT utiliza um subsistema de aquecimento/arrefecimento dos módulos de bateria a água, usado para proteger a bateria caso ela fique muito quente ou muito fria. Em contrapartida, o LEAF resfria a bateria a ar, com emprego de um ventilador de modo que a temperatura da bateria fica mais suscetível a variar com ambiente e não existe indicação com respeito a temperatura da bateria no painel do LEAF, todavia, a estrutura em camadas planas além de ser uma composição simples, fornece uma melhor dissipação térmica.

Apenas o tempo de uso poderá dizer se, com isso, haverá ou não alguma significativa diferença de perda de capacidade ao longo da vida útil, a se constituir um problema que venha surpreender para os usuários, comparativamente a essas duas tecnologias, uma vez que a perda de metade da capacidade da bateria, já passar a tornar a condução do carro algo quase impossível.

O AESC indica a bateria do LEAF como sendo de 360V_CC nominais, todavia, uma bateria nova, plenamente carregada, pode chegar, de fato, até algo bem próximo de 400V_CC.

O desenho do LEAF posiciona a bateria, que é a parte mais pesada de qualquer EV, abaixo dos assentos e sob o espaço para os pés do assento traseiro, mantendo o centro de gravidade tão baixo quanto possível e aumentando a rigidez estrutural em comparação com um cinco portas convencional.

Na suas novas instalações industriais em Smyrna, no estado norte-americano do Tennessee, desde 2010, a Nissan anunciou ser capaz de uma produção de 150.000 unidades do veículo Nissan LEAF, bem como de 200.000 unidades do pacote de bateria (a partir de 2012).

Segundo a Nissan, a bateria deverá reter ainda um mínimo de 70% de sua capacidade depois de 10 anos, mas alerta que sua vida útil real dependerá de quantas vezes o carregamento CC rápido (480 V_CC) for usado e também do padrão de condução e de fatores ambientais.

A Nissan informa que a bateria perderá a capacidade gradualmente ao longo do tempo, mas que espera uma vida útil de mais de 10 anos em uso normal.

Bateria do LEAF é garantida pela Nissan, para o mercado norte americano, por oito anos ou 100.000 milhas (161.000 km).

Pacote da Baterias Principal do Nissan LEAF Fechado em seu invólucro

Vista do interior do Pacote de Bateria do Nissan Leaf

A Nissan recomenda aos proprietários as seguintes ações preventivas para ajudar a maximizar a vida útil da bateria Lítio-íon e sua capacidade de reter a carga:

• Evite expor um veículo a temperaturas superiores a 120°F (49°C) durante mais de 24 horas;
• Evite o armazenamento de um veículo em temperaturas inferiores a -13°F (-25°C) durante mais de 7 dias;
• Evite exceder mais que 80% da carga quando feita frequentemente (mais de uma vez por semana) por carga rápida ou ultra rápida;

• Permita que a carga da bateria caia abaixo de 70% antes de carregar;

• Evite deixar o veículo por mais de 14 dias em que o indicador de estado da carga Lítio-íon disponível atinja um valor zero ou próximo de zero.

Além da bateria principal, o LEAF também tem uma bateria auxiliar de 12 volts de chumbo ácido que fornece energia para os sistemas do carro de computadores e acessórios, tais como o sistema de áudio, sistemas de retenção suplementar, os faróis e limpa para-brisas.

O pequeno painel solar no junto ao spoiler traseiro do LEAF (nos Estados Unidos, só vem na versão com acabamento SL) ajuda a recarregar essa bateria extra em 12V_CC.

Ligações:

Baterias de Íons de Lítio – Tecnologias e Bases de Custos (Parte 1/3)

A Eletroquímica do Lítio e sua Aplicação em Baterias de VEs (Parte 1/5)

As Baterias dos Veículos Elétricos Podem Ser Recicladas? 

Sistema de Transmissão de um Veículo Elétrico (Nissan LEAF Powertrain)

Carregadores de Baterias Públicos e Domésticos de Veículos Elétricos:

Os compradores de um carro elétrico precisarão considerar não apenas o fator preço de compra (ou custo de locação) e o consumo de energia, mas também, o possível custo de se ter um carregador, formalmente conhecido como um EVSE (Electric Vehicle Supply Equipment ou Equipamento de Abastecimento de Veículo Elétrico) em casa, bem como os custos de sua instalação, a partir de cerca de US $ 700 a US $ 1.200.

Os equipamentos carregadores tomam a CA - Corrente Alternada a partir de uma ramificação da instalação elétrica da casa e converte-a em CC – Corrente Contínua para carregar as baterias. Eles também protegem as baterias contra sobrecarga, superaquecimento, ou carregamento muito rápido.

O EVSE, ou estação de abastecimento proporciona uma forma segura para se conectar a tensão relativamente alta (até o limite de 480 V_CC). Alguns podem também permitem monitorar ou controlar o carregamento, sem fios ou através da Internet, que pode ser interrompida e reiniciada com segurança. Tudo para evitar que o motorista usuário não encontre sua bateria de seu carro ainda morta pela manhã.

Algumas estações de abastecimento, designadas como carregadores nível 2, como, por exemplo, os carregadores projetados para o Chevrolet VOLT, incorporam os conversores necessários para carregar as baterias.

A outra parte do custo de colocar um carregador nas casa é a instalação de uma tomada de energia da rede CA adequada. Os carregadores Nível 2, que podem recarregar um EV puro durante a noite, requerem uma derivação de 220 volts dedicado com uma capacidade de pelo menos 30 Amperes. A instalação de tal ramal de circuito requer um eletricista licenciado. Mas o custo do circuito varia muito. Algumas casas já podem ter um ramal de 220V e 30A para alimentar, por exemplo, uma secadora de roupas ou um forno elétrico. E algumas, podem ter ainda, um painel de capacidade total de 200 A com espaço e disponibilidade suficiente para instalar um circuito de 30A extra.

Mesmo assim, a instalação demandará que um eletricista venha ao imóvel passar a nova fiação para a garagem ou a garagem para um novo circuito. Quanto mais potente for um carregador, mais custará a instalação do ramal de circuito, a partir do painel, mais ele vai custar. (Lembre-se que não se pode usar, por exemplo, um circuito já existente para outro fim, de modo compartilhado; o carregador precisa de seu próprio.) Muitas casas antigas, com instalações dimensionadas apenas para as demandas de algumas décadas atras precisarão de uma atualização do painel para instalar um circuito de 220 volts - 200A que pode custar até alguns milhares de dólares.

Nos EUA, foi criado um programa com o apoio federal, a fim de fornecer carregadores livres para os primeiro 5700 compradores do LEAF em 13 cidades. (Ele também irá lançar um adicional de 6.350 estações de carregamento públicas e 2.600 carregadores livres para os compradores Chevrolet Volt.) O programa, chamado Projeto VE, também vai pagar até US $ 1.200 do custo de instalação do circuito para alimentar o carregador.

Alguns compradores norte americanos dos primeiros LEAFs, estão descobrindo que, sem o subsídio do Projeto VE, até mesmo as instalações mais simples de um carregador estão custando mais de US $ 2.000 (aparelho mais instalação), além de ocorrências da atuação de aproveitadores, como é o caso de um comprador de VE que recentemente havia construído a sua própria casa, já considerando um veículo elétrico em mente. Ele tinha pré instalado um ramal dedicado de 240 V, 50 A na garagem, mas descobriu que a companhia queria cobrar-lhe, além do carregador (1.200 $) mais uma taxa extra (700 $), para instalar o carregador, embora o circuito já existisse pronto.

A indústria de carregamento EV ainda está em seus estágios iniciais. Ela abre reais perspectivas para ações de empreendedorismo honesto, mas até ela se firmar, os consumidores pioneiros poderão enfrentar contas significativas para atualizar corretamente suas casas, e vai custar algum esforço e tempo para minimizar esses custos.

Opções de Carregamento (Custos e Políticas Pública de Incentivo):

Estações de carregamento nível 2 da Nissan também estão disponíveis nos EUA. Os clientes do LEAF tem a opção de comprar uma estação carregamento doméstica através da Nissan a um custo de cerca de EUA $ 2,200 incluindo instalação, que os tornam elegível para um desconto no imposto federal de 50%, até 2000 dólares, até 31 de dezembro de 2010, e depois o desconto foi reduzido para 30% até US$ 1.000 para clientes pessoal física e US$ 30.000 para os clientes pessoas jurídicas.

Lá, as estações de carregamento funcionam com uma fonte de 240V_AC e são construídas e instaladas por AeroVironment. Este processo one-stop-shop inclui uma avaliação do imóvel por um técnico certificado para garantir que a garagem do comprador esteja pronta para receber a instalação. A estação de carregamento da AeroVironment também está disponível para compra cash and carry, com a instalação podendo ser feita por qualquer eletricista. Tornou-se inicialmente disponível para os EUA ao preço de US$ 751, mas o preço foi majorado em abril de 2011 para US$ 995, evidenciando o forte subsidio inicial, uma vez que, no mercado de eletroeletrônicos, a tendencia característica é sempre do preço cair, naturalmente, com o aumento da demanda e a medida que um produto novo deixe de ser novidade.

Outras opções de fornecedores de equipamento para o nível 2 de carregamento do LEAF inclui a estação de carregamento da Blink ECOtality (também disponível através do Projeto VE), além das unidades da Schneider Electric Square-D, e da Evr-Green da Leviton. Uma lista completa de estações de carregamento está disponível no site Plug In America (uma organização educacional sem fins lucrativos que promove e defende o uso de plug-in de carros, caminhões e veículos utilitários movidos a eletricidade doméstica e renovável, que alega que irá ajudar a reduzir a dependência dos combustíveis fósseis, melhorar o meio ambiente global e reduzir a emissão de gases do efeito estufa gases e das mudanças climáticas).

Também é possível ter a estação de carregamento de nível 1 que vem com o LEAF modificada para suportar tanto 120V quanto 240V (valores nominais típicos da rede CA nos EUA), sendo este último, tanto para 12A (US$ 239) quanto para 16A (US$ 287).

A modificação para 16 ampères permite fornecimento da corrente máxima de carregamento para qual o LEAF foi projetado para usar e, assim, provê um carregamento à mesma taxa que a estação de carregamento da Aeorvironment (carregamento normal, de 6 a 8 hs). Vários adaptadores permitem utilizar a unidade modificada com uma vasta gama de tomadas de 240V. A unidade modificada fornece a solução mais barata de carga para aqueles que dispõem de uma tomada de 240V adequada e é portátil para uso em outros locais. Todavia, algumas desvantagens são a falta de certificação UL e do potencial de roubo já que a unidade não é fixa.

Nos EUA, precisa recarregar as baterias do Nissan LEAF e está na rua, agora poderá fazê-lo de forma mais rápida em alguns locais. A Nissan lançou no final de 2011 no mercado americano um carregador rápido feito pela Sumitomo para ser adquirido por empresas, comércio ou postos de combustível. O equipamento custa US$9.900 e pode recarregar 80% das baterias de Lítio em até 30 minutos fornecendo diretamente CC.

Os Conectores de Carregamento do Nissan LEAF:

A Portinhola de carregamento do LEAF, contendo em seu interior dois conectores para entrada distintas de carregamento, está localizado na parte frontal do carro. Usando o carregador embarcado de 3,3 kW o LEAF pode ser totalmente recarregado, a partir do zero de carga em 8 horas, a partir de uma fonte de 220V/240V, de 30A (5,2 kW de carga admissível) que pode fornecer o carregador embarcado integralmente os 3,3 kW de potência utilizável. Isso equivale a demanda aproximada de um típico chuveiro popular brasileiro, ligado na posição verão. Precisando estar ligado por um tempo relativamente longo, alguns poucos milhares de Nissan LEAF rodando na cidade de São Paulo, já serão motivo de séria preocupação com respeito ao sistema elétrico da cidade e sobre a sua capacidade de fornecer o serviço de abastecimento necessário para eles, sem o risco de causar um possível apagão.

Na América do Norte e no Japão, usando uma tomada doméstica padrão (120V, com disjuntor de 15A, 12A carga admissível, 1,44 kW) e de um cabo de 7,5 metros (25 pés), que vem incluído como acessório pela Nissan, o LEAF pode ser recarregado, em carga lenta, de modo a recuperar cerca de 6,2 mi (10 km) de autonomia por hora. Este tipo de carregamento é destinado ao uso em garagem ou ao fazer paradas de emergência ou para carregar parcialmente apenas, se você estiver a uma curta distância do destino de pousada ou uma estação de carregamento rápido.

EVSE - Electric Vehicle Supply Equipment (Equipto de Abastecimento de Veículos Elétricos) - Nível 1 e 2:

O Nissan LEAF, na versão SL, vem com dois diferentes receptáculos de conexão elétrica para recarga: um conector no padrão SAE J1772-2009, para conexão de carregadores nível 1 e 2 (120/220 volts AC) e um outro conector, JARI DC de alta tensão, projetado pela TEPCO para carregamento rápido em CC (480 V_CC, 125 A), usando o protocolo CHAdeMO (carregador nível 3).

O SAE J1772 é uma norma norte-americana (na verdade uma coleção de recomendações) para conectores elétricos para veículos elétricos mantidos pela Society of Automotive Engineers e tem o título formal "SAE - Prática Recomendada para Veículos de Superfície J1772 e SAE - Acoplador de Carga Condutiva para Veículos Elétricos" (1).

Ela cobre as características físicas gerais, os requisitos elétricos, o protocolo de comunicação, e o desempenho para o acoplamento condutor e o sistema de carga elétrica do veículo. A intenção é definir uma arquitetura comum para o sistema de carregamento dos veículos eléctricos, incluindo os requisitos operacionais e os requisitos funcionais e dimensionais para os correspondentes conectores de entrada dos veículos.

A SAE vem desenvolvendo também, uma variante de conector acoplador combinado, a partir do J1772, com pinos adicionais para acomodar carga CC rápida em 200-450V_CC, até 90 kW. Isso também irá usar a tecnologia Power Line Carrier para a comunicação entre o veículo, e o meio exterior, como o carregador e a rede inteligente. Eles estimam que o padrão seja aprovado e lançado ainda em 2012. Sete fabricantes de automóveis (Audi, BMW, Daimler, Ford, General Motors, Porsche e Volkswagen) concordaram em introduzir o "Sistema Combinado de Carregamento" em meados de 2012. Já, na Europa, o acoplador combinado é baseado em um conector de carga tipo 2 (VDE) AC, mantendo total compatibilidade com a especificação SAE para carga em CC e com o protocolo GreenPHY PLC (Power Line Communication).

O protocolo de sinalização J1772 foi concebido para:

• A estação de abastecimento, ou EVSE (Electric Veihicle Supply Equipment), fornece um sinal de detecção de sua presença conectado a entrada do veículo (EV);

• O Veículo detecta que ele está conectado de entrando assim em bloqueio (evitando que o veículo se movimente enquanto estiver conectado);

• As funções de monitoramento e controle são realizadas na sequência:

• O equipamento de abastecimento detecta a conexão com um veículo elétrico;

• O Equipamentos de abastecimento indica ao VE plug-in (Veículos Elétricos dotados de conector para recarga da bateria) que está pronto para fornecer energia;

• Os requisitos de ventilação do VE Plug-in são determinadas;

• A capacidade de fornecimento de corrente do equipamento, de acordo com o PEV.

• Comandos do fluxo de energia para o VE Plug-in:

• O PEV e o equipamentos de abastecimento monitoram, permanentemente, a continuidade do aterramento de segurança;

• A operação de carga continua, tal como determinado pelo VE Plug-in;

• A operação de carga pode ser interrompida por simplesmente desconectar o cabo do veículo.

A especificação técnica foi descrita, inicialmente, na versão de 2001 da SAE J1772 e, posteriormente, na IEC 61851.

Sequencia Operacional:

A sequência de detecção de conexão entre o PEV e a EVSE é feita com o estabelecimento da conexão física do conector do cabo de energia/controle entre o EVSE e o PEV: O conector SAE J1772 possui um sensor micro chave (S3) embutido em seu corpo, que é capaz de detectar a posição da trava do conector. O contato desta chave atuará sobre o pino 5 (Proximity Detector) do próprio conector, de modo que o EV pode, então, tomar ciência de que ele está conectado a alguma EVSE e poderá passar então a considerar a informação do sinal “Piloto”, presente no pino 4.

Pinagem do Conector SAE-J1772

A EVSE colocará, inicialmente, uma tensão de 12 Volt via o resistor R1 no Contato Piloto (CP – Contact Pilot ou Control Pilot, pino 4 do diagrama da página a seguir), o qual chega ao lado do veículo como Piloto Presente (PP também denominado Presente Plug).

A tensão original de 12v, colocada pelo EVSE no “Piloto”, provocará uma corrente, via o diodo D1, causando uma redução da tensão para algo em torno de 8,3V no catodo de D1 (ou seja, 9V do lado do EVSE), devido ao divisor de tensão formado por R1 + R3) e, considerando que o cabo está efetivamente conectado, a tensão de 8,3V do catodo de D1 é então detectada pelo detector (buffer) do veículo, que informa o controlador.

Este protocolo permite descartar a eletrônica de circuitos integrados que são necessários para outros protocolos de carga, como o CAN Bus, usado com o CHAdeMO ou EnergyBus - a SAE J1772 é considerado robusto o suficiente para uma gama de temperatura de operação de -40 °C até +85 °C.

EVSE = Electric Vehicle Supply Equipment (Equipamento de Abastecimento de Veículo Elétrico)

Confirmando a detecção da conexão, o controlador do veículo comutará o relê K1, que insere o resistor R2, provocando a redução da tensão de 8.3V para 5.3V (do lado do EVSE a tensão cai de 9V para 6V) de modo que EVSE detectando isso, entenda como uma confirmação da parte do PEV de uma conexão plenamente estabelecida.

Resumindo tudo, se no pino 4 tivermos 12V, significa o estado “Não Conectado”, se tivermos 9V, significa o estado “Conectado e Não Pronto” e, por fim, se tivermos 6V, significa o estado “Conectado e Pronto”.

Os fios condutores das estações de carregamento públicas estarão sempre inativos se o circuito de detecção de conexão presente CP-PE estiver em aberto. Se o circuito é fechado, a estação de carga também pode testar a funcionalidade do terra de proteção. Já a micro chave embutida no conector (S3) tem ainda um segundo papel: se o motorista remove o conector no meio de uma carga, deslizando o interruptor de volta, o sinal “Proximity” avisa imediatamente ao PEV que ele está sendo desconectado.

Estando pronto, o controlador da estação de carga, então, comuta o relé K2 e passa a enviar um sinal de onda quadrada de 1KHz de frequência, 12 Vpp ± 0,4 V, por meio do mesmo Contato Piloto (CP), ao veículo.

A estação de carregamento usa esse sinal de onda quadrada para informar ao VE sobre a corrente máxima que está disponível a partir da dela (estação de carregamento). Isso é realizado pela modulação desse sinal em largura de pulso (PWM): um ciclo de trabalho de 10% nos pulsos PWM, significa uma corrente máxima de 6 A, por sua vez, um ciclo de trabalho de 16%  nos mesmos pulsos, significa um máximo de 10 A de corrente, enquanto que 25% de ciclo de trabalho (o minimo que se encontra na prática do padrão SAE J-1772), significa uma corrente de 16 A. Já, um ciclo de trabalho de 50% no PWM significa uma corrente máxima de de 32A, enquanto que, por fim, um ciclo de trabalho de 90% sinaliza uma opção de carga rápida (>50A). 

Será sugerida, aqui, uma EVSE de 45 A máximo nominal (com ciclo de trabalho de PWM de 70,3%).

A norma americana limita a corrente de carregamento CA doméstica em 16 A (para nível 1) e 80 A (para nível 2), todavia, o desejo preferencial dos consumidores é por investir em uma EVSE nível 2, que os permitam estar previamente prontos para uma necessidade de upgrade em termos de corrente de carregamento.

Hoje, quando você põe, por exemplo, um Nissan Leaf para carregar, independente se ligá-lo a uma rede elétrica CA de tensão de 127V ou de 220V, a corrente ficará limitada a um mesmo valor 15A. Isso ocorre pois é o próprio VE que limita a corrente, em conformidade com o porte do seu carregador embarcado, cuja potencia atual é de 3,3 kW. Acontece que no curto prazo isto está para ser revisto, e o porte do carregador embarcado dobrará,  passando para a potência de 6,6 kW, no que o limite de corrente será de 30A.

Todavia, é importante saber, também, quanto as concessionarias de energia brasileiras, como é que elas lidarão com isso e a quantas, exatamente, elas irão limitar a capacidade de corrente abastecimento a partir da rede CA. Até onde eu sei, isso ainda está para ser decidido. Poderá haver uma padronização a nível nacional, o que será bastante conveniente, ou poderá haver diferenças por região, mas eu aposto numa cópia muito aproximada da norma americana.

Riscos de Áreas Classificadas (Atmosferas Explosivas):

Quando uma estação de carregamento de VE situa-se dentro de casa, em certos casos, alguns tipos de baterias liberam gás de hidrogênio durante o carregamento e o acúmulo de gás hidrogênio em aplicações internas é um possível risco de explosão. Existindo o risco de um aumento no acúmulo de hidrogênio, um subsistema de ventilação suplementar é exigida, para a operação segura de recarga dos veículos que contêm estes tipos de baterias. O artigo NEC 625, por exemplo, contém requisitos específicos para a sistema de ventilação , incluindo a vazão mínima do ar que devem ser fornecidas.

Nos EVs comercializados por grandes montadoras de automóveis, baterias mais avançadas têm sido empregadas, as quais não liberam gás de hidrogênio durante a operação carregamento. Para evitar criar uma situação onde o gás de hidrogênio possa vir a ser acumulado dentro de um espaço fechado, como uma garagem, as normas exigem a atuação de um subsistema de ventilação.

Na publicação "Using electric storage batteries safely" de 2011, o órgão do governo Inglês "Health and Safety Executive", declarou: "Todos os anos, pelo menos 25 pessoas são gravemente feridas na utilização de baterias no trabalho".

O procedimento intertravado para atuação do subsistema de ventilação por exaustão desempenha três funções, a fim de atender as exigências de normas de segurança internacionais:

• Primeiro, ele consulta o veículo para determinar se o mesmo necessita, ou não, de ventilação durante a operação de carregamento;

• Em segundo lugar, o mesmo determina se a própria EVSE pode ou não, proporcionar tal ventilação por exaustão;

• Finalmente, se a oferta de ventilação está disponível, garante que a ventilação efetivamente opere durante todo o processo de carregamento (recomendando-se um tempo extra de atuação ao final do carregamento).

Três cenários podem ilustrar como o intertravamento de ventilação opera:

1. Se uma estação de carregamento possui o subsistema de ventilação exaustor incluído, então o intertravamento permitirá tanto que um veículo usando baterias de gaseamento, quanto um veículo usando baterias que não geram gases sejam, ambos, carregados nela;

2. Se uma estação de carregamento está localizada em área exterior (aberta), onde há ventilação natural suficiente, o intertravamento permitirá que qualquer veículo se carregue;

3. Se um subsistema de ventilação não está incluída no sistema, então o encravamento irá permitir apenas que veículos dotados de baterias que não liberem gases sejam carregados, mas não um veículo que produz gaseamento.

O bloqueio de ventilação oferece garantia ao proprietário EV que o gás de hidrogênio, se gerado, não irá ser acondicionado em espaços fechados, independentemente do tipo de baterias ou de veículos. Esta garantia prevê o sucesso de mercado a longo prazo de EVs produzidos comercialmente.

Se o veiculo requerer ventilação forçada na operação de carregamento, o resistor R2 é modificado de 1K3Ω para 270Ω, de modo que a relação das tensões no pino 4 se alteram e, com isso, por exemplo, 3V ao invés de 6V estará presente, para indicar conectado e pronto.

Assim, a estação de carregamento pode reagir por apenas a verificação da presente faixa de tensão no circuito CP-PE. Note-se ainda que o diodo D1 somente irá conduzir avante uma tensão positiva e qualquer tensão negativa no circuito CP-PE irá desligar a corrente, considerando como um erro fatal, estado que requer a intervenção do usuário operador para reinicializar o EVSE, restaurando a operação normal.

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O Protocolo CHAdeMO e as Estações de Abastecimento Públicas em CC:

CHAdeMO é o nome comercial de um método de carga rápida da bateria para veículos elétricos que disponibilizam até 62,5 kW de alta tensão em CC através de um conector elétrico especial. Propõe-se como um padrão global da indústria por uma associação do mesmo nome. CHAdeMO é uma abreviatura de "CHArge de MOve", equivalente a "Movimento de Carga". O nome é um trocadilho para "O cha demo ikaga desuka" em japonês, traduzido para o português como "Que tal um chá?", Referindo-se ao tempo que levaria para carregar um carro. CHAdeMO pode recarregar um EV em menos de meia hora.

A Associação CHAdeMO foi formado pela empresa de energia Tokyo Electric, pela Nissan, pela Mitsubishi e pela Fuji Heavy Industries (fabricante dos veículos Subaru). A Toyota mais tarde se juntou como quinto membro executivo. Três dessas empresas desenvolveram veículos elétricos que utilizam conector da TEPCO para carregamento rápido em CC.

A maioria dos veículos elétricos (EVs) são dotados de um carregador embarcado, que usa um retificador para transformar corrente alternada da rede elétrica (rede elétrica VCA) em corrente contínua (V_CC) adequado para recarregar o conjunto de baterias do EV.

Questões de custos e problemas térmicos limitam o quanto de energia o retificador pode manipular, algo em torno de 240 VAC e 75 A, desse modo, é melhor que uma estação de carregamento externo forneça corrente contínua (CC) diretamente à bateria do veículo. Tendo em conta estes limites, a maioria das soluções convencionais de carga são baseadas tanto em serviço 230V/15A na Europa, quanto em serviço 240V/30A na América do Norte e Japão.

Para agilizar o carregamento, carregadores dedicados podem ser construídos em locais permanentes e dotado ramais de ligação a rede elétrica de alta capacidade de corrente. Neste tipo de conexão, a saída do carregador CC não tem limite eficaz, teórico ou prático. Tais carregadores de alta tensão e de alta corrente são chamados de carregadores CC rápidos e são também referidos como carregadores de nível 3 (em contraste com os de CA de níveis de carregamento menos potentes nível 1 e 2).

Tendo sido concebida para carregamento rápido, os carregadores com a arquitetura CHAdeMO tendem a ser aplicados, de modo praticamente exclusivo, em postos de reabastecimento de beira de estradas, de modo que deve-se prever uma parada de reabastecimento de ½ hora (em breve, de apenas 10 ou 15 minutos) a cada 140 a 150km rodados, enquanto que, os carregadores de carga lenta, que são os de uso mais recomendados, em termos número de carregamentos a serem realizados, a fim de prolongar a vida do conjunto de baterias, tente a ter uma maior aplicação como carregadores de uso domésticos ou instalados em locais de pousadas e, competindo, nas cidades e rodovias, com uma rede recarregadores CHAdeMO, instalados em postos de abastecimento públicos. Uma boa ilustração do conceito de rede de carregamento é retratada nesta ilustração da Nissan:

A TEPCO desenvolveu para a arquitetura CHAdeMO uma tecnologia patenteada e uma especificação para carregamento em relativamente alta tensão (até 500 V_CC) e de alta capacidade corrente (até 125 A), para carregamento rápido das baterias automotivas principais dos EVs, através de um conector de carga JARI CC para carga rápido.

Parece que esta é a base para o protocolo CHAdeMO. O conector é especificado pelo JEVS (Japão Electric Vehicle Standard) G105-1993 do Japan Automobile Research Institute.

Além de realizar a conexão da alimentação, ele também faz a conexão de dados, usando o protocolo CAN-Bus. Este executa funções como intertravamento de segurança para evitar energização do conector antes que seja seguro (similar ao que é feito no SAE J1772), transmissão de parâmetros da baterias para a estação de carregamento, incluindo quando encerrar a operação de carregamento, a tensão alvo, e a capacidade total da bateria, e durante o carregamento como a estação deve controlar a variação da sua corrente de saída.

O conector possui 10 contatos. Os dois com um diâmetro maior (pinos 6 e 5), são respectivamente, os polos positivos e negativos da potência, que fornecem a CC de carga e os outros 8 pinos são uma combinação de sinais de comunicações analógicas e digitais para a gestão e controle do carregamento. As ligações físicas mais importantes neste sistema são mostrados na imagem ao lado:

A sequência de procedimentos de carregamento no protocolo CHAdeMO é como se segue:

1. Preparação para a carregamento: o veículo verifica a sua compatibilidade com o carregador com base na informação transmitida através do bus CAN. Depois de o conector é bloqueado, o carregador se aplica uma tensão de carga de curto prazo para o seu circuito de saída e conduz um teste sobre o circuito incluindo a interface conector para confirmar que não existem anormalidades como um curto-circuito ou falha de terra;

2. Inícialização da fonte de alimentação: Após os procedimentos de preparação, o veículo calcula o nível de corrente com base no desempenho da bateria e as circunstâncias, o que pode ser carregada e envia o valor para o carregador cada 0,1 segundo através do barramento CAN. O carregador fornece uma corrente eléctrica que se encontra com o valor do veículo através do controle de corrente constante;

3. Fim de Carregamento: O veículo envia sinais de corrente a zero apesar de CAN, em seguida, carregador para de sua saída. Após a confirmação de corrente zero em linhas de entrada de veículos, EV abre contator e envia proibir sinal a um carregador, o carregador e confirma que a sua corrente de saída é zero.