CARREGAMENTO RÁPIDO DE VEÍCULOS ELÉTRICOS

29 Março 2019

CARREGAMENTO RÁPIDO DE VEÍCULOS ELÉTRICOS

A indústria automóvel tem vindo a apostar no desenvolvimento de veículos elétricos (VE) como contributo para a redução das emissões dos gases provenientes dos combustíveis fósseis na atmosfera. É, portanto, imprescindível que seja possível carregar estes veículos em qualquer local onde exista uma fonte de energia elétrica e que o seu carregamento seja equiparado ao tempo a que hoje estamos habituados a abastecer combustível num automóvel, uma vez que para o mesmo alcance de km percorridos, o tempo de carregamento de um VE tem superado por muitos minutos (ou mesmo horas) o tempo de abastecimento a combustível, tornando a sua utilização menos prática.

 

Face a isto, alguns fabricantes mundiais têm vindo a apostar na investigação e desenvolvimento de carregadores rápidos, ou fast chargers, e de supercondensadores a usar em baterias, dado que para que haja um carregamento efetivamente rápido, será necessário a simbiose entre o carregador e os elementos da bateria a carregar.

 

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Nos EUA existem 3 tipos principais de carregadores de VE, conhecidos como nível 1, nível 2 e nível 3, e que se classificam consoante o tempo e potência de carregamento que conseguem fornecer, e que correspondem ao modo 1, modo 2 e modo 4 na designação europeia. Os carregadores rápidos pertencem ao nível 3/modo 4 e operam em corrente contínua (DC). Segue de forma mais detalhada as características de cada tipo de carregamento:

→ Nível 1/Modo 1: leva entre 17 e 25 horas para carregar completamente um veículo que tem um alcance de 160-200km, ou seja, é o que se encontra nos carregadores das casas particulares (carregamento de 230V, 10A e 1.4kW);

 

→ Nível 2/Modo 2: estes carregadores podem carregar um VE com o mesmo alcance de 160-200km em 5h e, apesar de ser bastante tempo para deixar o veículo num posto de abastecimento, era até recentemente a principal opção para os condutores. Também pode ser instalado em casa e há uma grande variedade de fabricantes e modelos (carregamento de 230V, 32A e 6.2-7.6kW);

 

→ Nível 3/Modo 4: são os que fornecem entre 20 a 80kW e podem carregar um veículo em cerca de 30min (em regime DC). No entanto, nem todos os VE podem usar carregadores deste tipo e as estações de carregamento são concebidas para os postos de abastecimento público.

Neste momento existem apenas 2 modelos standard de carregadores rápidos, sendo eles o CCS – Combined Charging System e o CHAdeMO, em que a potência de carregamento pode ir até 80kW (cerca de 380km de alcance por hora de carregamento) e 50KW (cerca de 240km de alcance por hora de carregamento), respetivamente. Já a Tesla tem supercarregadores que podem carregar até 120kW mas estes estão condicionados aos seus clientes pelo protocolo interno da empresa.

 

Atualmente, com os seus supercarregadores de 120kW, a Tesla é a única empresa no mercado que permite o carregamento mais rápido possível, de 80% em 30min (ficando o VE com uma autonomia de cerca de 380km). Os restantes veículos encontram-se ainda limitados a carregamentos de 50kW, devido às características das suas baterias.

O tempo de abastecimento de um depósito de um veículo de combustão não excede os 15min. Para ser possível ter tempos de carregamento de VE assim tão baixos, é portanto necessário evoluir também ao nível das baterias. Isto porque existem determinados fatores que podem determinar a durabilidade e o ciclo de vida das mesmas, tais como, a temperatura da bateria, o seu tamanho e composição, o tempo de carregamento e os ciclos de carregamento e descarregamento. Os fatores mais relevantes são a temperatura da bateria e a sua composição, pelo que várias empresas e institutos de investigação têm desenvolvido estudos e trabalhos nestas áreas, nomeadamente:

 

→ Sistema de arrefecimento DX (Direct Expansion Cooling) que usa o mesmo refrigerante do ar condicionado para arrefecer a bateria diretamente (permite taxas de arrefecimento 3 a 4 vezes superiores à do glicol). Para carregamentos rápidos >150kW é necessário que o sistema de arrefecimento dissipe cerca de 10kW de calor para proteger o conjunto das células da bateria, o que é possível com o sistema DX (já implementado nalguns  modelos, como BMW i3, model 3 da Tesla e nas baterias para os VE fornecidas pela LG Chem). O sistema DX permite por isso potências de carregamento mais elevadas, menor complexidade, menor custo e tem a vantagem associada à segurança por retirar os líquidos refrigerantes do sistema.

 

→ Supercondensadores (à base de carbono) que não produzem eletricidade através de reações químicas como fazem as baterias convencionais, mas que criam campos electroestáticos. Até agora estes supercondensadores têm sido bons a fornecer rápidas explosões de energia (para ligar o motor de um carro, por exemplo) e também a armazenar energia dos veículos quando travam. A principal desvantagem é a pouca densidade para armazenar energia durante algum tempo. Existe a possibilidade de serem incorporados nas baterias de iões-Li e ajudar a reduzir o peso das mesmas (Superdielectrics Ltd. e Universidades de Bristol e Surrey).

 

→ Nanoestrutura 3D para os cátodos da bateria de iões-Li, que permite um carregamento e descarregamento drasticamente rápidos sem sacrificar a capacidade de armazenamento de energia. O filme fino numa estrutura 3D consegue atingir tanto um volume ativo elevado (grande capacidade de armazenamento), como potências também elevadas (Universidade de Illinois).

Com a implementação destes avanços tecnológicos será possível, num futuro próximo, aplicar também as potências mais elevadas e atingidas nos desenvolvimentos relativos ao processo do carregamento rápido, efetuados pelas várias empresas do sector automóvel. A BMW e a Porsche encontram-se a desenvolver um protótipo, no qual é possível um carregamento com uma potência de 450kW (fornecendo 100km de autonomia em 3min). A Honda prevê disponibilizar em 2022 um carregador que permita carregamentos rápidos com uma potência de 350kW, no qual se pretende obter 240km de autonomia em 15minutos.

 

Não descurando os desenvolvimentos nesta área em Portugal, a Efacec criou e já forneceu a um fabricante automóvel alemão carregadores móveis direcionados para VE de longo alcance (permitindo uma autonomia de 400km a 1000km; esta estação móvel inclui três unidades do carregador ultra-rápido HV350). Para além disso, também tem apostado na possibilidade de carregamento wireless.

A MultiSector tem vindo a realizar estudos em vários domínios da mobilidade autónoma, no qual o VE terá um papel preponderante. Esta temática foi o resultado de um trabalho de vigilância tecnológica neste domínio. Consulte-nos para saber mais sobre os nossos serviços de Vigilância Tecnológica.

 

Ana Braga
Consultora de I&D