Como funcionam os carros elétricos? Uma cartilha básica

Os veículos elétricos são mais predominantes agora do que nunca, à medida que as vendas continuam a aumentar. Mas como eles funcionam? Neste guia, explicamos o que acontece sob o capô – e sob os bancos – de um carro totalmente elétrico.

O trem de força elétrico

Existem certas peças que os EVs não podem prescindir – a bateria gigante e o motor, para começar. A bateria, conhecida como bateria de tração, não é como a bateria de chumbo-ácido de 12 volts para partida, iluminação e ignição (SLI) de um carro movido a gasolina. A bateria de tração é muito maior, exigindo que os fabricantes de veículos elétricos a escondam sob os assentos. As baterias SLI fornecem eletricidade de curto prazo ao motor de partida de um veículo a gás, acendendo as velas de ignição e, portanto, o motor. Em contraste, as baterias de tração fornecem correntes elétricas constantes durante várias horas.

A maioria das baterias de tração é composta por vários módulos, cada um contendo centenas de células individuais. Cada célula contém um ânodo (um eletrodo negativo), que passa íons através do eletrólito líquido da célula até um cátodo (um eletrodo positivo). Os elétrons produzidos por esse processo viajam através de um circuito externo, alimentando qualquer dispositivo ao qual o pacote esteja conectado. Quando a bateria de tração é conectada a uma fonte de carga externa (como um carregador EV), ocorre o inverso, com o cátodo enviando elétrons de volta ao ânodo.

As baterias de íons de lítio – a bateria mais comum em EVs – só podem aceitar energia de corrente contínua (DC). Mas os motores EV mais confiáveis ​​só podem obter energia de corrente alternada (CA). Isso significa que os EVs de hoje exigem um inversor, que transforma a CC da bateria em CA. O inversor faz isso passando a CC pelas bobinas primárias de seu transformador. Um interruptor eletrônico alimentado por um semicondutores o conjunto de transistores inverte a direção do fluxo CC para frente e para trás, criando uma CA nas bobinas secundárias do transformador. O inversor então envia a CA para o motor elétrico de tração do veículo. (O inversor também tem outra função importante, mas falaremos disso em breve.)

Quando a CA atinge o motor, seus elétrons criam um campo magnético. Como a corrente é alternada, os pólos norte e sul do campo magnético alternam entre si, criando uma rotação que estimula um rotor flutuante no estator do motor. O rotor gira, movendo um eixo que faz as rodas do veículo girarem. A velocidade de rotação das rodas é controlada pelo inversor, responsável por gerenciar a frequência da corrente elétrica. Quanto maior a frequência, mais rápido o rotor gira, resultando em uma rotação mais rápida da roda.

Componentes Periféricos

E quanto a todas as outras coisas em um EV? Os carros elétricos de hoje significam pouco sem suas interfaces de infoentretenimento, sistemas de controle climático e outros confortos, que também precisam de energia. Em vez de obter eletricidade de uma pequena bateria SLI (como em um veículo a gás), esses sistemas obtêm energia do trem de força elétrico mencionado acima. Eles não faça muito para reduzir o alcance do EV, embora o calor e a CA possam ter um efeito um pouco maior.

O alcance é normalmente referido em termos de distância por carga. Se um EV tiver alcance de 300 milhas, uma bateria de tração totalmente carregada pode manter o veículo funcionando por até 300 milhas antes de ficar sem energia. Algumas coisas podem afetar o alcance de um EV, desde transportando material pesado para dirigindo em tempo frio. Isto não significa que os condutores que vivem em climas frios não possam utilizar um VE para trabalho ou lazer; significa apenas que eles talvez precisem prestar mais atenção às rotas e aos locais de carregamento mais próximos.

Carregando

Falando em carregadores, os EVs não podem fazer muito sem eles. Alguns são conectados à rede elétrica, enquanto outros são conectados por meio de uma tomada doméstica padrão ou de um circuito de 240 volts. (Seu fogão elétrico ou secadora de roupas provavelmente usa o último.) Já discutimos a forma como os elétrons fluem através dos cátodos das células da bateria e para os ânodos quando um EV está carregando, mas mesmo esse processo é variável, tornando-se mais lento ou mais rápido com base dependendo do tipo de carregador que está sendo usado. Isso ocorre porque diferentes carregadores são capazes de diferentes saídas de energia.

Nível 1 os carregadores, que são conectados a uma tomada doméstica típica de 120 volts, oferecem uma produção de aproximadamente 1-2 quilowatts (kW). Isto significa que a bateria média de um EV levará de 30 a 50 horas para atingir 80% da capacidade dos veículos atuais – muito lento para a maioria das finalidades.

Nível 2 os carregadores, que podem ser conectados ou conectados a um circuito de 240 volts, oferecem uma potência muito mais impressionante de 7 a 19 kW. Isto elevará a bateria média do EV até 80% em 4 a 10 horas, tornando-o o carregador ideal para centros comerciais e garagens residenciais.

Nível 3 Os carregadores, conhecidos como carregadores rápidos DC – como o Supercharger da Tesla – levam a bateria EV média a 80% da capacidade em menos de uma hora, graças à sua saída de 50 a 350 kW.

Os Superchargers Tesla exigem um conector proprietário (NACS), mas a empresa pressionou para tornar este o novo padrão. A partir de 2024, Os veículos Ford, GM, Mercedes, Rivian e Volvo funcionarão com esses carregadores através de um adaptador para suas portas CCS existentes. Estas mesmas marcas comprometem-se a incorporar os conectores diretamente nos seus veículos a partir de 2025.

Além de obter uma compreensão mais profunda de um mercado em rápida expansão, aprender como funciona um VE pode ajudá-lo a determinar se algum dia poderá querer um. Se você ainda está em dúvida, recomendamos dar uma olhada nos carros elétricos impacto no meio ambiente em comparação com carros movidos a gasolina.

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