Elétrico puro, híbrido ou plug-in?

Segundo a ABVE – Associação Brasileira de Veículos Elétricos (www.abve.org.br), os veículos elétricos – que utilizam pelo menos um motor elétrico para acionamento das rodas – caracterizam-se pela alta eficiência energética e pelo baixo, ou nulo, nível de emissão de poluentes e de ruídos.

Seus componentes básicos são:
• Bateria – é a fonte de energia para acionamento do motor elétrico (ou motores)
• Motor elétrico (ME) – utilizado como motor de tração e algumas vezes como gerador, compressor elétrico e equipamento de segurança
• Conversores de potência – responsáveis pela adequação das tensões e correntes entre a bateria e os MEs
• Cabos de alta tensão – garantem a segurança e a confiabilidade dos sistemas elétricos.

Os veículos elétricos podem ser classificados em:
• Veículo elétrico a bateria (BEV ou VEB): é tracionado exclusivamente por pelo menos um motor elétrico e utiliza bateria – também conhecida como acumulador elétrico – como fonte de energia. Sua bateria precisa ser recarregada na rede de energia elétrica (ou substituída por outra recarregada). Utiliza os movimentos de frenagem e desacelaração para regenerar energia para a bateria (o próprio movimento gera energia);
• Veículo elétrico híbrido (HEV ou VEH): utiliza pelo menos um ME e um motor a combustão interna (MCI). A bateria é recarregada exclusivamente pelo motor a combustão e pela frenagem regenerativa;
• Veículo elétrico plug-in (PHEV ou VEHP): é um híbrido em que a bateria também pode ser recarregada em uma fonte externa de energia (tomada elétrica). Sua bateria é recarregada na rede de energia elétrica, por frenagem regenerativa e pelo motor a combustão.

A eficiência energética (índice de conversão da energia da bateria e do combustível em energia mecânica de deslocamento do veículo) e a redução do consumo de combustível variam em função do tipo de veículo – e do seu grau de eletrificação. No caso do BEV, a eficiência energética pode chegar a cerca de 90%, com 100% de redução de consumo. Nos híbridos, a eficiência é de 40 a 50% (um bom aumento em relação aos cerca de 25% dos veículos a combustão interna) e a redução do consumo de combustível varia de 25% a 40%. Já nos híbridos plug-in, a redução do consumo vai de 40% a até 65%.

Atualmente, o principal desafio tecnológico para o desenvolvimento e disseminação dos veículos elétricos e híbridos está no sistema de armazenamento de energia – a bateria. Existem vários consórcios de pesquisas nos EUA, Europa, Ásia e também no Brasil, que buscam encontrar um sistema de armazenamento de energia viável, sob os aspectos técnico e econômico.

A bateria à base de lítio é um dos tipos de acumuladores de energia que tem recebido maior atenção e investimentos, devido à sua elevada densidade de potência e de energia – características fundamentais para a viabilização das tecnologias de veículos elétricos e híbridos. Outro sistema utilizado para armazenar energia são os supercapacitores, que se caracterizam por oferecer elevada densidade de potência, permitindo absorver ou suprir elevados picos de corrente – em geral, são aplicados em soluções “híbridas”, em conjunto com baterias de lítio-íon.

Em relação a outras tecnologias de armazenamento de energia, as baterias de lítio-íon apresentam diversas vantagens técnicas – tensão mais elevada, maior energia específica, excelente desempenho em ciclabilidade (quantidade de ciclos de carga e descarga) e impacto moderado a baixo no meio ambiente (uma vez que não utilizam materiais tóxicos) – que as tornam o estado-da-arte em baterias avançadas para aplicação em VEs.

Porém, ainda apresentam desafios em relação à segurança e ao equilíbrio da operação quando as células são interligadas em série e/ou em paralelo, para compor a bateria. Para resolver esse problema e viabilizar o uso da bateria de lítio-íon no veículo elétrico, é preciso utilizar um circuito eletrônico na célula para controlar sua operação, impedindo condições de risco como sobrecarga, subcarga, temperatura elevada, curto-circuito externo, etc. Esse sistema eletrônico, conhecido como BMS (Battery Management System, ou Sistema de Gestão da Bateria), é o cérebro da bateria dos veículos elétricos.

Raul Fernando Beck é engenheiro responsável da Área de Sistemas de Energia do CPqD;

Maria de Fátima N.C. Rosolem é pesquisadora da mesma área.