Muitos cabos vão conduzir a eletrificação do automóvel!
Desafio do carro elétrico vai além da bateria, envolve arquitetura de tensão relativamente alta para o contexto dos automóveis, dispositivos de recarga adequados que tornam o VE compatível para receber a energia elétrica tanto em CC quanto em CA, e agora, até mesmo a geração de som. De maneira geral, a arquitetura eletroeletrônica vai, com o tempo, ficando mais complexa para qualquer tipo carro mas, com os VEs, ela tende a ficar ainda mais complexa, e bem mais rapidamente.
Fonte: adaptado de Automotive Business
Desenvolver baterias maior capacidade energética e duráveis é só uma parte do desafio para viabilizar os VEs. A eletrificação traz para o veículo todo um ambiente de distribuição de tensão relativamente alta, com tensões de 300 a 400 volts. Isso muda completamente a arquitetura eletroeletrônica automotiva, que até então era toda baseada nos limites de 12V (exceto na hora de produzir os impulsos elétricos da ignição da combustão, que envolve um pulso de milhares de volts). Assim, os VEs passaram a ser dotados de cabos condutores de grosso calibre, em geral blindados, conectando transformadores,
inversores de frequência, conversores CC-CC, conexões especiais, unidades de controle e monitoramento, além de sistemas de recarga.
Os fornecedores desses componentes já estão atentos a essa nova realidade, com altos investimentos em engenharia para criação de novas soluções. “Já gastamos vários milhões com isso”, confirma Erich Edmund, gerente de desenvolvimento de eletromobilidade da divisão de arquitetura eletroeletrônica da Delphi Europa. Ele coordena as pesquisas da empresa nesse campo no centro tecnológico de Wuppertal, na Alemanha, onde já foram desenvolvidos diversos projetos para atender à demanda dos carros elétricos.
Para se ter ideia de com quantos cabos se faz a eletrificação de um VE, a Delphi tem o seguinte cálculo: os chicotes elétricos correspondem a 6% da massa de um carro convencional com motor a combustão, enquanto que nos diversos tipos de modelos híbridos este índice dobra para 12%, chegando a 24% em um automóvel totalmente elétrico (VE puro) – quatro vezes mais eletroeletrônica nos automóveis, comparativamente, do carro de motor a combustão interna para um VE puro.
“Vários fatores atualmente nos empurram para a eletromobilidade e nós aqui nos preparamos para isso”, afirma Edmund, citando entre as principais motivações o aumento da poluição e restrição da mobilidade nas grandes cidades, a dependência indesejável de países produtores de petróleo politicamente instáveis, a disponibilidade de terras-raras (conjunto de minerais metálicos fundamentais alta tecnologia e fabricação de baterias e magnetos de motores elétricos, com grandes reservas na China) em países do BRIC (sigla que se refere a Brasil, Rússia, Índia, China, que se destacam no cenário mundial como países em desenvolvimento), além da legislações extremamente apertadas para redução de emissões de CO2, especialmente na Europa, Estados Unidos e Japão.
Janela de Oportunidade:
Carro elétrico impõe o desenvolvimento da arquitetura eletroeletrônica de tensão elevada, com diversos novos cabos, conetores, centrais de controle e sistemas de recarga das baterias.
Esse conjunto de fatores está empurrando para cima as projeções de vendas de VEs principalmente na Europa – o que abre novas possibilidades de fornecimento de componentes. Este ano os europeus devem comprar 200 mil elétricos, mas em 2020 a projeção é de 1,7 milhão de unidades; em 2010 a previsão girava em torno de 1,3 milhão. A Europa será, sem dúvidas, o mais forte mercado impulsionador da economia dos VEs nos próximos 10 anos.
A eletrificação dos automóveis é uma forma de evitar as pesadas taxas que começarão a ser aplicadas pela União Europeia aos fabricantes que ultrapassarem os limites de emissão de CO2, impostos sobre a média da frota fabricada de cada montadora – e os carros elétricos ajudam a reduzir essa média, estabelecida em 130 gramas por quilômetro entre 2012 e 2015 e em apenas 95 g/km a partir de 2020.
Junto com os carros elétricos abre-se uma janela de oportunidade para alguns fornecedores. Só na Europa, esse mercado, hoje de menos de € 10 bilhões/ano, pode superar os € 20 bilhões a partir de 2020, segundo estimativas da consultoria McKinsey. No caso da arquitetura eletroeletrônica, Edmund explica que a oportunidade trazida pela eletrificação dos veículos envolve “tanto microcabos quanto megacabos para transmitir energia de tração, além de uma série de conectores e centrais de controle”.
Para driblar o alto preço do cobre e atender a necessidade de redução de peso, a Delphi aposta no alumínio como material principal dos cabos de alta tensão, com calibres de 50 a 100 milímetros, que deverão se integrar aos quase 4 quilômetros de fios condutores hoje presentes em muitos automóveis. A complexidade envolvida é grande: todas as conexões precisam ser à prova de choques elétricos – que nessa amplitude de tensão pode causar acidentes fatais –, todo o sistema precisa resistir a colisões sem causar curtos-circuitos e incêndios. Além disso, todos os fios são blindados com uma capa extra de metal, para evitar interferências eletromagnéticas nos diversos equipamentos eletrônicos embarcados, que são em número cada vez maior nos veículos.
“O grande desafio da arquitetura eletroeletrônica dos VEs está no se reduzir tamanho, reduzir peso e se aumentar capacidade de potência”, explica Ole Mende, diretor de inovação global da Delphi Electrical Electrocic Architectures, também sediado em Wuppertal, na Alemanha. “Existem grandes oportunidades para cortar peso e aumentar a autonomia dos elétricos”, completa. Alias, convenhamos, reduzir tamanho, reduzir peso e se aumentar capacidade de potência e exatamente o que vem sendo feito, desde sempre mas, eu creio que ainda não chegamos ao limites disso no âmbito da eletroeletrônica de potência e avanços tecnológicos serão impulsionados pela economia dos VEs.
Inovação na Recarga:
Opções de recarga da bateria: o carregador portátil (à esquerda) e o sem fio (à direita), que funciona por indução eletromagnética entre duas placas (foto menor), uma no veículo e outra no chão do estacionamento.
Outra oportunidade está na oferta de sistemas de recarga das baterias, que poderão ser oferecidos em um pacote pelas montadoras junto com a compra do carro elétrico, mas também como acessórios que podem ser comprados no mercado de reposição. A Delphi desenvolveu duas soluções para isso: um recarregador portátil e outro sem fio.
O recarregador portátil é composto por um cabo enrolado em um suporte que pode ser fixado à parede da garagem. Uma extremidade do cabo tem uma tomada comum, que pode ser ligada à rede elétrica da casa, e a outra ponta tem um conector próprio para ser plugado no carro, que propositadamente lembra os bicos de abastecimento de combustíveis líquidos. O suporte já vem com indicadores luminosos para monitorar o operação de recarga.
Desenvolvido no centro tecnológico da Delphi em Wuppertal, o carregador sem fio é uma inovação bastante prática. O recarregamento é feito por indução eletromagnética. Uma placa fica instalada embaixo do veículo e outra no chão do ponto de estacionamento, ligada à corrente elétrica. Basta estacionar o carro em cima (um sensor orienta o motorista sobre a posição correta) para a recarga começar. As placas ficam a uma distância entre 28 e 30 centímetros e a recarga demora quase o mesmo tempo que a feita com o dispositivo tradicional, em torno de oito horas, à taxa de 3,3 kw/h.
Para alimentar os carregadores sem fio, uma possibilidade interessante aberta é a instalação de captadores domésticos de energia solar, uma fonte limpa e econômica. Enquanto não estiver sendo usada para recarregar as baterias do carro, a eletricidade gerada pode ser vendida à rede pública, compensando parte da conta de luz.
Para saber sobre a opinião deste blog sobre carregamento sem fio de VEs, siga o link da postagem correlata: http://automoveiseletricos.blogspot.com.br/2012/07/carregamento-de-ve-wireless-sem-fio.html
Barulho Elétrico:
Pode parecer uma contradição mas, os VEs são carros tão silenciosos, que isso acabou virando um "defeito" de projeto deles. A falta de "barulho" na condução de um VE pode torna-lo algo perigoso quanto a riscos de acidentes, principalmente com relação aos pedestres. O gerador de som serve, então, para alertar pedestres sobre a aproximação de um carro elétrico, que não tem o barulho do motor a combustão.
A eletrificação traz problemas inusitados ao mundo automotivo. Todas as montadoras sempre se esforçaram para reduzir o ruído interno e externo dos carros provocado pelo motor a combustão. Nos silenciosos modelos elétricos ocorre exatamente o oposto: é preciso criar algum barulho por uma questão de segurança, principalmente para alertar pedestres sobre a aproximação do automóvel. É mais um exemplo em que um desafio vira oportunidade de negócio, com o desenvolvimento do “gerador de som veicular”, já pronto para fornecimento no caso da Delphi e que deve entrar em produção comercial no próximo ano.
“A redução de ruídos aumenta a qualidade de vida, mas é perigoso um pedestre não escutar a aproximação de um carro”, pondera Thorsten Rozenthal, engenheiro de sistemas da Delphi responsável pelo projeto do VSG (Vehicle Sound Generator). Ele explica que o dispositivo aumenta o “som de rodagem” do carro elétrico conforme a velocidade aumenta. “O VSG também abre a oportunidade para que cada fabricante crie o seu próprio áudio, como uma assinatura própria. Assim as pessoas poderão perceber não só que um veículo está vindo, mas qual a marca do modelo”, diz Rozenthal.
Além do ruído de rodagem para modelos híbridos e elétricos, o VSG também pode ser programado para emitir outros sons úteis, como alerta de ré, áudio de saudação quando o motorista aciona a abertura de portas na chave e aviso sonoro de conexão/desconexão da tomada de recarga. Essa possibilidade de combinação de funções, entre item de segurança e de comodidade, me parece que pode tornar esse equipamento algo de real valor de utilidade para ser aplicado nos VEs de modo mesmo padronizado (item de segurança obrigatória) e caminhado para ser um gerador de sons complexos ou mesmo de voz (VEs com sons sinalizantes diversos ou mesmo falantes).
O VSG da Delphi é bastante compacto e leve, integrado a uma caixa acústica quadrada de 10 centímetros que pesa 450 gramas. O consumo elétrico é baixo: menos de 2 amperes. “Criamos uma solução três vezes mais leve e três vezes mais barata que os nossos concorrentes”, garante Rozenthal, informando ainda que já trabalha na próxima geração do VSG.
Se o carro elétrico ainda é um desafio sem solução definitiva para a engenharia automotiva, também é fato que o desenvolvimento da eletromobilidade abre novas possibilidades e oportunidades de inovação e negócios. Para isso o fio condutor da eletrificação precisa de altos investimentos, incentivos governamentais e uma boa dose de antecipação às necessidades de um futuro bem próximo.
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