Motocicleta Zero DS 2010 - Modificada e Emplacada com Certificado de Segurança Veicular (Parte 2/4)

Motor Revolt RV-160 Pro e Controlador Kelly KEB Aplicados à Atualização de uma Motocicleta Zero DS ano 2010

Preparação Preliminar do Motor Revolt RV-160 Pro e do Controlador Kelly KEB:

Quando o Controlador Kelly KEB72121E chegar em mãos, antes de tudo, convirá fazer logo um teste rápido, para verificar se ele está OK, aproveitando para familiarizar, antecipadamente, com o seu Software de Configuração de parâmetros (que pode ser baixado, grátis, direto do suporte no site da empresa Kelly Controllers, em conformidade com o modelo do controlador).

Configurar parâmetros de um controlador para motor BLDC, com aplicação em Veículo Elétrico Ultraleve, tal como uma motocicleta, me pareceu algo bem mais simples do que parametrizar o acionamento de um Motor de Indução Trifásico para um típica aplicação industrial, onde pode ser necessário se lidar com um número muito maior de parâmetros.

Para testar e / ou para se configurar os parâmetros desse controlador, fora da motocicleta (desconectado do pacote de bateria), uma fonte de alimentação CC capaz de fornecer uma tensão de saída de qualquer valor entre 8 e 30 V é requerida. Os polos dessa fonte são ligados apenas entre os pinos 1 (PWR – Controller Power Supply) e 2 (RTB – Power Supply Ground (GND)) do conector J2 do controlador Kelly KEB. Neste caso, o controlador não poderá girar o motor, pois, para isso ele precisa que a alimentação de energia para acionamento esteja conectada aos terminais de potência B+ e B- do controlador Kelly KEB. 

Entretanto, a condição ideal para se realizar, concomitantemente, tanto as modificações de circuito do Sistema da Motocicleta, quanto os ensaios de acionamento com o novo conjunto Motor / Controlador (que são necessários serem feitos antes que tais dispositivos sejam instalá-los para integrar a motocicleta Zero DS 2010) é que a caixa toda do Pacote de Baterias seja desmontada do quadro da motocicleta e movida para uma bancada adequada.

Convém que nessa bancada esteja prevista, inclusive, a existência de uma Morsa Torno de Bancada (número 2 ou superior) para prender adequadamente o motor esteja prevista. Assim, tão logo quanto possível nós iremos conectar os cabos de alimentação de energia aos terminais B+ e B- do controlador Kelly KEB, o que tornará possível girar o motor, ainda que em vazio (sem carga mecânica acoplada ao seu eixo, sem desenvolver torque considerável), o que resultará em acionamentos com correntes de magnitudes bem moderadas.

A fim de poder acionar o motor durante os ensaios, convém que o Suporte do Motor original da motocicleta já esteja convenientemente adaptado para ser montado ao novo motor, com o motor preso à morsa pela borda desse suporte, lembrando, ainda, de tomar cuidado, o tempo todo, com o aspecto de segurança, pois, esse é um motor outrunner, nada pequeno, cujo corpo externo girará, com torque e a velocidades consideráveis. Então, esse é um passo do serviço: preparar o suporte do motor para o novo motor.

Prender motores rotativos em suportes, salvo raríssimas exceções, isso sempre remete a um circulo cujo centro corresponde ao mesmo centro do eixo da máquina e cuja linha de circunferência passa pelo centro de cada um dos furos roscados que recebe os parafusos. Neste caso, infelizmente, o diâmetro dessa circunferência não é exatamente igual para o motor Agni 95-R (que é de 62 mm) e para o motor Revolt RV-160 Pro (que é de 56 mm).

Outra coisa é que esses furos roscados costumam ser distribuídos em simetria ao longo dessa circunferência. Também ai, infelizmente, é padrão é diferente para os casos de cada um desses motores: O Agni é preso por apenas 4 parafusos, nas posições relativas 0°, 90°, 180° e 270° da sua circunferência, enquanto o Revolt emprega 6 parafusos para sua fixação, nas posições relativas 0°, 60°, 120°, 180°, 240° e 300° da sua circunferência.

Entretanto, nem tudo está perdido, pois, os furos do suporte do motor são apenas de passagem  dos parafusos (furos não roscados), o que não exige grande precisão, de modo que basta proceder o alargamento, de (62 - 56) / 2 = 3 mm em direção ao centro (para ajustar  o diâmetro da circunferência de 62 mm para 56 mm), em apenas dois dos furos originais do suporte (nos furos das posições 0° e 180°, dando-lhes uma forma de oblongo), enquanto se provê quatro novos furos nas demais posições restantes (60°, 120°, 240° e 300°), na linha da circunferência de 56 mm.

Quanto aos parafusos originais que prendiam o Agni 95-R, eles são M8x1.25, onde, M8 significa uma rosca de diâmetro de 8 mm, enquanto 1,25 é o passo, ou seja, a distância (também em mm) de um fio de rosca o outro fio de rosca adjacente. Existem diferentes passos de fio de rosca para um mesmo diâmetro de rosca. No caso de M8, o passo de 1,25 corresponde a de “rosca mais grossa” existente (aprenda mais, aqui). Coincidentemente, o motor da Revolt utiliza a mesma rosca e, assim, você pode empregar os mesmos parafusos, completando o conjunto necessário por adquiri mais duas peças extras dele.

Outra coisa que demanda preocupação, desde o início, é quanto a ponta de eixo do novo motor, pois, é diretamente nessa ponta de eixo que se acopla o pinhão do sistema de transmissão da motocicleta. Como não é necessário realizar modificação alguma na relação da transmissão, o pinhão empregado é o mesmo pinhão original, que antes estava acoplado ao eixo do motor Agni 95-R. O 95-R possui um eixo de 19 mm de diâmetro, com uma ponta exposta de 40 mm de comprimento, que possui canaleta para acomodar uma chaveta ISO de 6 mm. No sentido longitudinal a partir da ponta do eixo, existe um furo roscado, também M8x1.25, usado para fixar o pinhão.

Já, o comprimento da ponta exposta do eixo do motor RV-160 Pro também é 40 mm (o desenho mecânico completo pode ser visto na postagem anterior), entretanto, diferente do 95-R, o diâmetro de tal eixo é 20 mm. Tanto essa diferença no diâmetro da ponta do eixo (de 20 mm para 19 mm), quanto qualquer detalhe sobre a canaleta para alojar a chaveta, pode ser acertado na ocasião do pedido do novo motor, diretamente com o pessoal da Revolt Motors (só não pode esquecer disso).

Com efeito, nem mesmo a modificação do suporte do motor precisa ser feita se você souber negociar com a Revolt Motors. Foi o que aconteceu no caso da motocicleta em questão, pois, o seu proprietário conseguiu um Adaptador Especial para compatibilizar o sistema de fixação do motor RV-160 Pro (6 parafusos M8x1.25 a 56 mm do centro) para o suporte do motor original (4 parafusos M8x1.25 a 62 mm do centro). Entretanto, vale lembrar que o emprego de tal adaptador ocupa espaço, tornando mais apertado e menos confortável de se realizar o procedimento de encaixar e fixar o motor com seu suporte no quadro da moto.

A princípio, não convém se fixar o novo controlador do motor Kelly KEB em sua bandeja de suporte (peça de alumínio que fica anexada ao Carregador Embarcado (QUIC)), pois isso dificultaria as eventuais operações de conexão e desconexão, principalmente dos cabos que conduzem a energia vinda da bateria para o controlador, nos terminais potência B+ e B-, e dos cabos que conduzem a energia de acionamento para as fases do motor nos terminais de potência A, B e C. 

Contudo, convém que o Carregador Embarcado (QUIC) também esteja presente na bancada de trabalho, para que você tenha o sistema mais completo, e possa monitorar o estado e recarregar o pacote de bateria, se e quando necessário, enquanto que, o Controlador Kelly KEB pode ficar solto sobre o Carregador Embarcado, apenas apoiado sobre a bandeja.

Apenas ao final, depois de feitas todas as modificações de circuito do sistema da motocicleta, e todos os ensaios realizados, é recomendável verificar o local de instalação do Controlador Kelly KEB. Ao final, o controlador de motor Kelly KEB deverá ser montado, preso à mesma bandeja de alumínio original onde, antes, ficava montado o antigo controlador de motor, o Alltrax AXE (tal bandeja de suporte, na motocicleta, fica instalada abaixo do Carregador Embarcado (QUIC)).

A recomendação da Kelly para garantir que a potência nominal total possa ser aproveitada, tal controlador deverá ser fixado a uma superfície metálica plana e limpa, preso com quatro parafusos e, se possível, aplicando uma fina camada de graxa de silicone em toda a sua base para melhorar o desempenho térmico de contato da sua base com a superfície da bandeja de alumínio onde ele será fixado. 

Contudo, o quanto antes, novos furos para passagem (furos não roscados) para os parafusos de fixação desse controlador já devem ser feitos, nas bordas laterais do controlador Kelly KEB, e eles devem coincidir com a posição dos furos originais que já existem na bandeja de suporte, que não precisa sofrer nenhuma alteração. Assim, esse é mais um passo do serviço: preparar a mecânica do controlador Kelly KEB para ele ser, posteriormente, instalado.

As posições corretas para esses quatro novos furos podem ser marcadas, simplesmente, por se colocar os dois controladores (o Kelly KEB e o Alltrax AXE) confrontados base a base, pois, como mostra a próxima figura, a caixa de alumínio do controlador Kelly é mais extensa em comprimento, porém, os seus terminais de potência (A, B, C, B+ e B-) são mais curtos do que os terminais de potência do Altrax, de modo que, comparativamente, os comprimentos totais de ambos (Kelly KEB e Alltrax AXE) se equiparam, enquanto que, as dimensões das largura deles são quase que perfeitamente iguais.

O Sistema Eletroeletrônico da Motocicleta Zero DS 2010:

Note que, para a motocicleta Zero DS 2010 funcionar adequadamente com o novo conjunto Motor / Controlador, uma série de adaptações, que consistem em modificações dos circuitos elétricos originais, serão necessárias. A grande maioria delas pode ser feita na bancada, antes mesmo de se realizar qualquer ensaio de acionamento do motor, pois quase todas as modificações de circuito necessárias são feitas no âmbito do Painel Elétrico Principal que se encontra agregado à caixa do Pacote de Baterias.

Nenhuma modificação precisa ser feita em alguma parte interna ao invólucro de qualquer dispositivo eletroeletrônico (original da motocicleta, ou não).  Não obstante, contudo, eu precisei abrir a caixa plástica preta que contém o Controlador Dedicado da Motocicleta, a fim de, por meio de engenharia reversa, compreender melhor o sistema da motocicleta, objetivando a elaboração de um diagrama de ligações completo dele, para poder definir as modificações de circuito necessárias de serem feitas ao sistema de modo mais correto e seguro.

O Painel Elétrico Principal contém, além de cabos, terminais e conectores, os seguintes componentes principais (numerados de acordo com os números circundados nas figuras posteriores):

(1) O Controlador Dedicado da Motocicleta: um dispositivo eletrônico que é subsistema de design proprietário que centraliza (quase) todas as funções de controle do sistema da motocicleta. Em fóruns especialistas ele tem sido chamado de MMB (Main Motorcycle Board) ou de Main Motorcycle Control Module (denominação empregada pela própria Zero).

Além do Controlador Dedicado da Motocicleta, o Painel Elétrico Principal contém diversos outros dispositivos com funções de fonte de alimentação, manobra, proteção e sensoriamento, tais como:

(2) A Chave Geral (Main Power Cut-Off): chave de atuação manual, que é capaz de conectar ou de desconectar ambos os polos do pacote de baterias para todo o restante do sistema (o polo positivo é manobrado após ele passar pelo Fusível Geral, de 425 A, que também se encontra no interior desse mesmo painel);

(3) O Contator Principal: comandado e monitorado pelo Controlador Dedicado da Motocicleta, ele permite ou impede a passagem de alimentação de energia que o Controlador do Motor usa para acionar o motor;

(4) O Resistor de Pré-Carga: é um componente novo a ser agregado ao sistema da motocicleta (no caso, foi montado embutido em um tubo termo retrátil preto), por contra de uma das modificações do circuito que se fazem necessárias de serem feitas. Seu emprego é requerido devido ao novo controlador de motor Kelly KEB. Sugerido pela Kelly para ser 1 kΩ x 10 W, sua função é criar um caminho alternativo que interliga os contatos do Contator Principal para finalidade de pré-carga (veremos detalhes disso mais adiante);

(5) Os diversos Fusíveis de Proteção:

Visão do Painel Elétrico Principal que é a Parte Central do Sistema da Motocicleta Zero DS 2010

• FUS 1: De 10 A, protege o acionamento da bobina do Contator Principal;
• FUS 2: De 20 A, protege a entrada de alimentação para o Conversor CC/CC (SEVICON);
• FUS 3: De 20 A, protege a entrada de alimentação para o Carregador Embarcado (QUIC);
• FUS 12 V: De 25 A, protege a saída de alimentação a partir da saída do Conversor CC/CC (SEVICON);
• Fusível de Proteção Geral: de 425 A, fica antes da Chave Geral;

(6) O Transdutor de Corrente: elemento empregado para fins de proteção, que permite monitorar a corrente do acionamento (a leitura da corrente é continuamente fornecida para o Controlador Dedicado da Motocicleta). Note que, de modo redundante, o Controlador Kelly KEB72121E faz o seu próprio monitoramento da corrente de acionamento do motor (monitorada internamente a ele). Não obstante o fato da troca do Controlador do Motor a partir do Alltrax AXe para o Kelly KEB, esse mesmo componente continuará a ser empregado a fim de manter a função protetiva do Controlador Dedicado da motocicleta, Contudo, haverá uma mudança com respeito a qual cabo de energia passará por dentro dele (como veremos bem mais adiante);

(7) O Conversor CC/CC (o SEVCON): responsável por prover a alimentação de 12V (que é convertida a partir da tensão mais alta fornecida pelo pacote de bateria) que é requerida para suprir de energia uma parte do sistema da motocicleta;

(8) O Conector J11 do Painel Elétrico: conector de 12 pinos machos, que fica alojado na tampa do Painel Elétrico Principal, onde conecta-se o cabo que conduz sinais elétricos entre o painel elétrico e o restante externo do sistema da motocicleta;

(9) O Conector da Alimentação de 12 V: conector de 2 pinos que conduz a energia da alimentação de 12 V proveniente do Conversor CC/CC (SEVCON) para suprir uma parte do sistema da motocicleta que fica externa ao Painel Elétrico Principal.

Já, o BMS (Battery Management System), que é responsável por monitorar as condições do estado e do balanceamento de carga entre os módulos do pacote de bateria, é um outro dispositivo eletrônico existente no sistema, mas que, no entanto, fica alocado do outro lado (lado oposto ao do Painel Elétrico Principal) na caixa do pacote de baterias (e que, a princípio, não precisa ser acessado neste trabalho).

O Controlador Kelly KEB72121E:

Os sinais de controle do Controlador Kelly KEB se encontram presentes em um Conector de 14 pinos que é referenciado pela denominação J2: um conector redondo roscável contendo pinos machos, alojado no painel dele (ver próxima figura). 

O conector de 2 x 7 = 14 pinos que é sugerido no documento do diagrama de ligação (KBL KEB Assembly) para ser montado na placa base não acompanha o produto e, de fato, eu nunca descobri, exatamente, do que se trata. 

Por sua vez, o conector J2 é um tipo de conector relativamente especial (usualmente empregado em aplicações de aviação) que pode ser complicado de adquirir aqui no Brasil, de modo que convém que se adquira junto com um controlador novo, também o produto que é denominado KBL/KEB J2 CABLE (figura ao lado).

Sobre as Entradas de Controle do Controlador Kelly KEB72121E (quais as modificações de circuito que devem ser feitas no sistema e porquê):

As Entradas de Controle do Controlador de Motor Kelly KEB que serão descritas e discutidas a seguir encontram-se acessíveis por meio do Conector de 14 pinos denominado J2 que se apresenta disposto mo painel frontal desse controlador.

• Reverse_SW (Reversing switch input, Pino 9 do conector J2 do controlador Kelly KEB): É uma entrada digital que, se estiver ativa, causar a reversão do sentido de giro do motor. Para ser ativada ela precisa ser conectada para o GND (Nível lógico 0, ou seja, um dos fios ligados a um dos pinos denominados RTN do conector J2). A função reverse não se aplica ao caso da motocicleta Zero DS 2010 (pois em motocicletas não se aplica andar de marcha a ré), portanto, esta entrada deve ser mantida em seu estado inativo, ou seja, simplesmente deixada aberta (pois, desconectada já significa que ela se encontra em nível lógico 1, ou seja, desativada);

• Micro_SW (Throttle Switch Input, Pino 8 do conector J2 do controlador Kelly KEB): É uma entrada digital, e é a razão pela qual, a propósito, o cabo elétrico de um Acelerador tipo Potenciômetro apresenta um conector com 5 condutores. Desse modo, além do potenciômetro (que usa 3 dos 5 condutores), também uma micro-chave é construída embutida ao conjunto do acelerador (e ela usa os dois condutores restantes). 

Na maioria dos Kits de aceleradores (como o mostrado na figura a seguir), esta micro-chave (que pode ser, também, um sensor de efeito Hall) é classificada, em geral, para 2 A a 24 V e ela é um recurso que pode ter importante emprego quando o sistema é dotado de função de regeneração (exigível para a operação no modo Throttle Release Regen do Controlador de Motor Kelly KEB), mas pode ser, também, usada para qualquer outro tipo de bloqueio de segurança do motor que se possa querer implementar. 

Está micro-chave apresenta os seus contatos na condição aberta quando estamos com a manopla do  acelerador solta e na sua posição de repouso (posição relativa a zero aceleração), enquanto ela fecha os seus contatos assim que se inicia a torção do acelerador, para acelerar. Ao fechar os contatos, o sinal de entrada Micro_SW do controlador Kelly KEB é conectado para GND (fechando circuito ou para o pino 2 ou para pino 3 do conector J2). Uma vez que a entrada Micro_SW está em seu estado ativo, ela realiza a a função para qual ela se destina: liberar o controlador para ele poder pôr o motor em marcha, e passar a variar a velocidade dele, de acordo com o sinal da informação da aceleração (Throttle, que veremos mais adiante).

Contudo, quando o acelerador é solto (ou liberado), ele retorna (deve retornar) rapidamente (por efeito de mola) para a sua posição de repouso, e os contatos da micro-chave voltam a abrir. É então que acontece no controlador uma nova ação que, de acordo com a configuração que se fazer nos parâmetros do controlador Kelly KEB, pode se dar de duas formas distintas:

• Apenas contar a energia que é enviada ao motor;
• Cortar a energia que é enviada ao motor e dar início a função de regeneração (Função Regen, ou seja, a frenagem regenerativa da motocicleta). 

A operação da função de regeneração no modo Throttle Release Regen pode não ser o que há de mais adequado para ser aplicado a uma motocicleta, pois, com isso ela perde a capacidade de, ao se descer por declives, fazê-lo com o motor livre, ou seja perde-se a possibilidade de conduzir em “banguelas”, onde, poder rodar livre costuma ser algo desejável nas motocicletas. Lembre que a função regeneração, quando atua, tem um considerável efeito de frenagem sobre o eixo do motor. 

Entretanto, a presença dessa micro-chave no acelerador pode ser algo conveniente para que se possa executar, de forma mais segura, qualquer um dos outros dois possíveis modos da função regeneração que são previstos para a operação do controlador Kelly KEB. Iniciar tais modos da função regeneração pode ser tornado dependente da condição prévia de que o acelerador já esteja liberado e que ele tenha retornado para a sua posição de repouso, ou seja, posição de "aceleração zero", ainda que tal função atue no sistema de modo redundante.

A habilitação e a configuração dessa entrada Micro_SW é feita a partir de parâmetros do controlador. Se empregada, ela deve ser habilitada como opção Foot Switch (enquanto se deve manter desabilitado a opção Forward Switch, que se aplica, somente, ao caso de veículos que se movem para frente e para trás, ou seja, em que há reversão de sentido de giro do motor).

Há, ainda, mais outros detalhes que precisamos considerar e tratar sobre a entrada Micro_SW, principalmente detalhes relacionados ao fato de que o sistema original da motocicleta Zero DS 2010 não emprega uma manopla de acelerador dotado de uma micro-chave (nem de um sensor Hall), para que ela seja utilizada.

Isso se deu, principalmente, porque no Controlador de Motor Alltrax AXE 4855 (original da Motocicleta Zero DS 2010) não existe um comando externo que seja provido para ele iniciar a Função Regeneração. Porém, no Controlador de Motor Kelly KEB há tal entrada, apresar de seu emprego não ser obrigatório.

Desse modo, no Alltrax AXE uma Micro-Chave de Manopla de Acelerador não tinha sequer onde / como ser diretamente ligada. Alias, fato é que o controlador de motor original dessa motocicleta (como todos os controladores da linha Alltrax Model AXE) tem uma quantidade bem menor recursos por meio de entradas de controle, comparativamente ao Kelly KEB.

Deveras, o Alltrax não possui sequer um conector específico para sinais de controle diversos, tal como o Kelly KEB o tem (o seu conector J2). Por isso, para efeito de controle do motor ele não usa (não requer) ser informado por sinal de sensor algum, exceto para um único sinal, o sinal analógico que é a referência para a intensidade da aceleração (que faz variar a aceleração), que também vem da manopla do acelerador (trataremos desse sinal também a partir da próxima postagem).

É por isso, também, que o Controlador Dedicado da Motocicleta é um dispositivo muito importante (praticamente impossível de ser descartado do Sistema da Motocicleta). Ele é o subsistema central que, na versão original da Motocicleta Zero DS 2010 é responsável por todas as Funções de Controle, enquanto que o controlador do motor é, apenas, um "ator coadjuvante".

Porém, isso já não será mais assim, quando terminarmos esse trabalho de atualização da motocicleta.

Até a próxima postagem. Fiquem com Deus.

Veja Também:

Motocicleta Zero DS 2010 - Modificada e Emplacada com Certificado de Segurança Veicular (Parte 1/4)

Motocicleta Zero DS 2010 - Modificada e Emplacada com Certificado de Segurança Veicular (Parte 3/4)

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.

Veja Também:

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