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O carregamento sem fio para veículos elétricos, ou carregamento por indução, é uma tecnologia que permite carregar a bateria sem a necessidade de conectar um cabo físico. Em vez disso, ele usa uma bobina de indução no veículo e outra em uma base de carregamento montada no solo. Quando o veículo estaciona na base de carregamento, um campo magnético é estabelecido entre as duas bobinas e a energia elétrica é transferida não há necessidade de conectar um cabo físico.
Embora ainda não é uma tecnologia muito comum na maioria dos veículos elétricos Foi implementado por alguns fabricantes como Audi, BMW ou Mercedes-Benz, embora como um sistema de suporte ao carregamento vinculado, pois, na realidade, ainda está em fase de desenvolvimento.
Uma das suas principais vantagens é a comodidade que oferece ao não ter de ligar e desligar o veículo sempre que o carrega. No caso de equipamentos públicos, elimina a necessidade de pontos de carregamento externos, que exigem muita manutenção e estão expostos ao vandalismo.
No entanto, até agora, o carregamento sem fio sofria de Alguns inconvenientes que o distanciou de um uso mais prático. Em primeiro lugar, é lento. Sua potência máxima está longe do que se consegue, em corrente contínua, com sistemas cabeados. Estes podem facilmente alcançar 150 kW e, em seu desenvolvimento para veículos pesados, inclusive 1 MW de potência.
O carregamento sem fio supera suas desvantagens
A equipe de pesquisadores da Chalmers Universityna Suécia, desenvolveu uma tecnologia de indução que pode atingir um 98% de eficiência com poderes de carregamento até 500 KW em corrente contínua. Estas especificações são alcançadas em uma área de até 2 m2 e com 15 cm de separação entre as bobinas. Esta tecnologia colocaria este sistema de carregamento ao mesmo nível das melhores opções atuais que requerem cabos, proporcionando todas as suas vantagens.
O professor yujing liuresponsável pela pesquisa no Departamento de Engenharia Elétrica da Chalmers, diz que o projeto está tão avançado que poderia ser produzido e comercializado em breve, pois todos os seus componentes já estão disponíveis no mercado.
“Um dos elementos-chave é que agora temos acesso a semicondutores de alta potência baseados em carboneto de silício (SiC) que estão no mercado há poucos anos”, explica Liu para argumentar as razões deste resultado espetacular. “Eles nos permitem ter uma tensão mais alta, trabalhar em temperaturas mais altas e uma frequência de comutação muito maior em comparação com os componentes convencionais.”
O frequência do campo magnético é um fator determinante na carga por indução porque determina o limite da potência que pode ser transferida entre as duas bobinas. Os sistemas de indução atuais normalmente operam em frequências em torno de 20 kHz, o que permite cargas de potência muito baixas. A equipe de Liu trabalha com frequências de 80 kHz.
Outro salto tecnológico recente é cabos de cobre com o qual são fabricadas as bobinas que enviam e recebem o campo magnético oscilante que forma a ponte para o fluxo de energia pelo ar. Como o objetivo é usar a frequência mais alta possível, “ela não funciona com bobinas enroladas com fio de cobre comum porque levaria a perdas muito grandes em alta frequência”, explica Liu.
As bobinas são constituídas por ‘cordões’ torcidos com 10.000 fibras (fios Litz) cada um composto por fios de cobre de 70 a 100 mícrons de espessura, aproximadamente do tamanho de um cabelo humano, eletricamente isolados uns dos outros. Estes são adequados para a transferência de correntes e frequências muito altas e só recentemente se tornaram disponíveis no mercado.
Finalmente, também tem sido usado novo tipo de capacitor que adiciona a potência reativa necessária para a bobina criar um campo magnético suficientemente poderoso.
Eficiência próxima a 100%
devido ao efeito joule, quanto mais a frequência é aumentada, mais energia é dissipada devido ao aumento da temperatura. Esse fenômeno físico ocorre quando uma corrente elétrica flui através de um condutor, como um fio, produzindo calor. A energia elétrica é transformada em energia térmica, devido à resistência do condutor ao fluxo de corrente, como resultado do atrito que ocorre entre os elétrons que se movem pelo condutor e os átomos do mesmo. A energia dissipada na forma de calor em um condutor é diretamente proporcional ao quadrado da corrente elétrica que passa por ele, à resistência do condutor e ao tempo que a corrente passa.
Este princípio físico é um dos fatores que limitaram a carga por indução até agora. As perdas de energia durante a transferência podem atingir o cinquenta% em sistemas convencionais. O professor Liu afirma que, com sua tecnologia, eles são insignificantes: “entre 1 e 2%”.
No entanto, também explica que o carregamento de veículos elétricos requer várias conversões entre corrente contínua e corrente alternada, bem como entre diferentes níveis de tensão. “Quando dizemos que alcançamos 98% de eficiência, queremos dizer a transferência de corrente contínua da estação de carregamento para a bateria, um número que pode não significar muito se você não definir cuidadosamente o que está medindo.” As perdas ocorrem quer a carga seja condutiva (por fio) ou indutiva. “As eficiências que alcançamos significam que as perdas com carga indutiva podem ser quase tão baixas quanto com um sistema condutivo. A diferença é tão pequena que na prática é desprezível.
pronto para comercializar
O próximo passo será comercializar esta tecnologia. No entanto, Liu diz que “não será amanhã que teremos um sistema de carregamento indutivo no chão da nossa garagem”. O próprio pesquisador, que dirige um carro elétrico todos os dias, não vê utilidade prática para o público em geral. “Vou para casa, ligo e pronto, sem problemas.” A equipe de desenvolvimento está voltada principalmente para aplicações industriais e profissionais, como carregamento de caminhões ou balsas, ônibus ou veículos autônomos usados em mineração ou agricultura.
“Você pode ter um sistema embutido em uma doca de balsa que, conforme os passageiros entram e saem, carrega suas baterias.” Segundo ele, seria um sistema automático e totalmente independente do clima: “a carga pode ser feita de 30 a 40 vezes por dia”. Da mesma forma, também pode ser aplicado na recarga de grandes caminhões elétricos que exigem uma potência tão alta que “os cabos são excessivamente grossos e pesados, muito grossos e pesados, o que dificultará o manuseio”.