À medida que os custos de fabricação diminuem e a infraestrutura de carregamento melhora, os veículos elétricos (EVs) tornaram-se uma compra mais atraente para os motoristas dos EUA que procuram evitar os preços altíssimos da gasolina ou mitigar o impacto ambiental dos veículos movidos a gás. Mas como eles realmente funcionam?
Noções básicas de carros elétricos
Ao contrário de um veículo típico de motor de combustão interna (MCI) que funciona com gás, os carros elétricos (EVs) não exigem combustão explosiva por meio de combustível queimado para gerar a energia necessária para se mover. Em vez disso, eles usam a energia elétrica armazenada em suas baterias para girar o motor elétrico (ou motores) conectado às rodas e conduzir o carro para a frente. Como tal, os carros elétricos têm menos peças móveis do que um veículo a gás e geralmente exigem menos manutenção, embora atualmente tenham um custo inicial mais alto.
Existem vários tipos diferentes de veículos que podem se qualificar como carro elétrico, um espectro de carros de híbridos plug-in com pequenas baterias suplementares a veículos totalmente elétricos movidos a bateria e até carros movidos a células de combustível de hidrogênio.
A maioria dos carros elétricos que você verá na estrada hoje são híbridos como o Toyota Prius ou veículos totalmente elétricos como o Tesla Model 3 . Vamos nos concentrar especificamente em como os veículos totalmente elétricos funcionam aqui.
A ciência por trás da bateria
Todo carro elétrico tem uma bateria composta por grupos de baterias de íons de lítio, ou células, que fornecem a energia necessária para tudo, desde mover o carro até a operação do ar condicionado. Você também ouvirá isso chamado de bateria de tração, e geralmente está localizada na parte inferior do veículo.
A bateria de um carro elétrico carrega da mesma forma que a bateria de íons de lítio do seu celular, só que em uma escala muito maior. Você o conecta à rede por meio de uma tomada ou estação de carregamento e ele consome energia até ser carregado. A quantidade de energia que a bateria de um carro elétrico pode armazenar dependerá de sua capacidade, medida em quilowatts-hora (kWh). Quanto maior o número, maior a capacidade e mais longe você pode dirigir esse EV com uma única carga.
Nem todos os carros elétricos têm a mesma bateria. EQ inteligente(Abre em uma nova janela)modelos da Mercedes-Benz, por exemplo, têm capacidade de bateria de 16,7 kWh, dando-lhes cerca de 60 milhas(Abre em uma nova janela)de alcance com uma única carga. O Tesla Model S de longo alcance(Abre em uma nova janela), por outro lado, tem uma bateria de 95kWh e um alcance estimado de 350 milhas. A tecnologia de baterias EV está em constante evolução, por isso podemos ver veículos com maior alcance e tempos de recarga mais curtos chegando ao mercado nos próximos anos.
Ao contrário da eletricidade proveniente de uma tomada de parede típica, as baterias emitem energia de corrente contínua (CC). Para gerar força rotacional, essa energia precisa ser convertida em corrente alternada (AC). É aí que entra o design do motor de um carro elétrico.
O projeto do motor
O motor elétrico de um carro elétrico não precisa pressurizar e acender a gasolina para mover as rodas do carro. Em vez disso, ele usa eletroímãs dentro do motor que são alimentados pela bateria para gerar força rotacional.
Dentro do motor há dois conjuntos de ímãs. Um conjunto está preso ao eixo que gira as rodas do carro e o outro está dentro da carcaça que envolve esse eixo. Ambos os conjuntos de ímãs são carregados de modo que sua polaridade seja a mesma e eles se repelem. A força dos ímãs se afastando um do outro gira o eixo, gira as rodas e move o carro para frente.
Para manter um estado constante de repulsão entre os ímãs, sua polaridade deve mudar constantemente à medida que o eixo gira. Caso contrário, eles acabariam girando de volta a um ponto em que se atrairiam em vez de se repelirem e se trancariam no lugar. A alimentação CA faz isso automaticamente, alternando constantemente entre positivo e negativo. Mas como a energia da bateria de um carro elétrico é CC, é necessário um dispositivo chamado inversor para continuar invertendo a polaridade dos ímãs.
O inversor de um carro elétrico inverte a polaridade rapidamente, cerca de 60 vezes por segundo, para manter a força rotacional. Um conversor DC separado(Abre em uma nova janela)é usado para direcionar a energia para outros sistemas do veículo (aquecimento, infoentretenimento e iluminação) que não requerem corrente alternada. A frequência da corrente enviada ao motor pode ser alterada pelo driver, e quanto maior a frequência, mais frequentemente a polaridade muda. Isso gera mais força rotacional, ou torque, e gira as rodas mais rapidamente.
A arte de carregar
Com carros movidos a gasolina, você enche o tanque e sai. Com os carros elétricos, existem três níveis diferentes de estações de carregamento nos EUA, do mais lento (nível 1) ao mais rápido (nível 3).
- Os carregadores de nível 1 são plugues de parede típicos de 120 volts e são mais úteis em residências particulares, onde você pode se alimentar durante a noite. É lento: uma carga de 8 horas adiciona(Abre em uma nova janela)cerca de 40 milhas de alcance; uma carga completa pode levar 20 horas ou mais.
- As estações de nível 2 aumentam para 240 volts e produzem de 10 a 25 kW para uma carga completa em cerca de oito horas. Isso os torna a solução comum para carregamento noturno em casa ou em locais como hotéis. As estações Tesla Level 2 são conhecidas como Destination Chargers(Abre em uma nova janela)(versus Superchargers). Se você não tiver o plugue apropriado, uma tomada de 240 volts ou uma estação de carregamento doméstica precisará ser instalada para recarregar um VE em sua casa.
- As estações de carregamento rápido DC (DCFC) de nível 3 fornecem a maior potência; eles podem carregar uma bateria carro elétrico para cerca de 80% em cerca de 30 minutos. Eles oferecem 50kW em média, embora existam aqueles que canalizam ainda mais energia para a bateria, como os Superchargers da Tesla.
Há algum debate(Abre em uma nova janela)sobre se usar estações de carregamento rápido de nível 3 o tempo todo pode ter um efeito prejudicial na bateria do seu carro elétrico. O júri ainda está fora(Abre em uma nova janela)naquele; por enquanto, você provavelmente deve usar o que faz mais sentido para você com base em onde você mora e no que você pode pagar.
A maioria dos carros elétricos vem com um cabo de alimentação que pode ser conectado a estações de carregamento de nível 1 e 2, os dois níveis de carregamento mais comuns que você encontrará. Os Teslas também vêm com um adaptador que pode ser usado em estações que não sejam da Tesla (os carregadores de celular não são mais fornecidos ). A maioria das estações de carregamento públicas terá um grupo de portas de conexão que fornecem energia de nível 2 e 3.
Os carros elétricos também vêm com um sistema de frenagem regenerativa que aproveita a energia cinética de parar o carro e canaliza parte dela de volta para a bateria para ser armazenada como energia elétrica. Isso não recarregará totalmente seu VE, mas pode torná-lo muito mais eficiente nas circunstâncias certas.
Até onde um carro elétrico pode chegar com uma carga?
reocupação carro elétrico mais comum é a ansiedade de alcance. Um carro elétrico terá a mesma quilometragem com uma carga que um carro a gasolina com o tanque cheio? A resposta é: depende.
O alcance médio do carro elétrico no momento da redação deste artigo é de 200 a 250 milhas(Abre em uma nova janela)em uma única carga, de acordo com dados agregados pelo Banco de Dados de Veículos Elétricos. Mas as extremidades superior e inferior do espectro variam muito, de 50 milhas a mais de 300 (o Lucid Air promete(Abre em uma nova janela)mais de 500 milhas). Múltiplas variáveis podem afetar esse alcance, tanto no momento quanto ao longo da vida útil do veículo.
O tamanho da bateria de um carro elétrico é um dos fatores mais importantes quando se trata de alcance. Mas qualquer que seja sua capacidade, o alcance de um carro elétrico pode ser reduzido pela condução contínua em rodovias, acelerações rápidas frequentes, uso excessivo de carregamento rápido, condições climáticas extremas e envelhecimento natural ao longo do tempo.
Os carros elétricos modernos são bastante competitivos com os veículos a gás e estão ficando cada vez mais a cada ano. Seu alcance já é comparável a um carro a gasolina em média, e a infraestrutura de carregamento é abundante o suficiente em muitas áreas para que os carros elétricos estejam se tornando uma opção viável para motoristas que procuram veículos de baixa emissão. Os carros elétricos têm alguns problemas para resolver e não nos salvarão das mudanças climáticas por si só, mas podem fazer parte de um movimento abrangente maior para repensar o transporte e construir alternativas mais verdes.
