A aceitação dos consumidores desempenha um papel crucial no futuro de um setor de transporte sustentável, onde os veículos elétricos substituem cada vez mais os carros e caminhões movidos a combustíveis convencionais. Os cientistas do Laboratório Nacional de Oak Ridge têm se dedicado há vários anos ao desenvolvimento de uma tecnologia de carregamento sem fio que pode tornar o abastecimento de veículos elétricos tão fácil, ou até mais fácil, do que abastecer um carro com gasolina. Agora, os pesquisadores estão próximos de concluir um novo sistema que permite o carregamento de veículos elétricos enquanto estão em movimento.
A eletrificação do setor de transporte é uma das principais soluções para reduzir as emissões de gases de efeito estufa na economia americana. Atualmente, os veículos automotivos e caminhões são responsáveis por 60% das emissões de gases de efeito estufa nos Estados Unidos. Para incentivar a adoção de veículos elétricos, o Departamento de Energia tem apoiado pesquisas para tornar a propriedade de veículos elétricos mais conveniente e acessível aos consumidores, inclusive com o objetivo de reduzir o tempo de carregamento para 15 minutos ou menos.
Os cientistas do Laboratório Nacional de Oak Ridge (ORNL) desenvolveram um sistema inovador que utiliza bobinas magnéticas personalizadas, eletrônica de potência com base em carboneto de silício e tecnologia avançada de blindagem para lidar com interferências eletromagnéticas. Esse sistema permitiu o carregamento sem fio de um carro leve de passageiros com um espaçamento de seis polegadas e um caminhão de entrega com um espaçamento de onze polegadas, ambos com eficiência de transferência de energia superior a 92% – um desempenho comparável a um sistema com fio. Além disso, esse sistema também permite o fluxo bidirecional de energia, o que significa que os veículos elétricos podem atuar como uma fonte de armazenamento de energia.
Os pesquisadores alcançaram com sucesso um sistema de carregamento sem fio de 120 kW com uma eficiência de 97% e têm planos de instalar sistemas de tensão ainda mais altos, de até 270 kW, em veículos de passageiros para atingir ou até mesmo superar a meta de carregamento de 15 minutos.
Essa pesquisa é apoiada pelo Escritório de Eficiência Energética e Energia Renovável do Departamento de Tecnologias de Veículos do Departamento de Energia dos Estados Unidos. Os sistemas são construídos e avaliados no Centro Nacional de Pesquisa em Transporte do Laboratório Nacional de Oak Ridge (ORNL), a única instalação designada pelo Departamento de Energia focada em pesquisa e desenvolvimento inicial de tecnologias de transporte. A demonstração do carregamento sem fio para veículos de médio porte foi realizada no novo Centro de Integração e Implantação de Pesquisa de Rede (GRID-C) do ORNL, que combina diversas pesquisas em eletrificação de veículos, edifícios e infraestrutura de rede.
Os pesquisadores estão cada vez mais próximos de alcançar o objetivo de um sistema revolucionário chamado carregamento dinâmico sem fio, no qual os veículos são automaticamente energizados enquanto trafegam por estradas especialmente equipadas. Para avaliar e apoiar o desenvolvimento desse sistema, os pesquisadores farão uso de um novo banco de testes exclusivo disponível no GRID-C. Além disso, eles também conduzirão pesquisas sobre como essa tecnologia pode ser perfeitamente integrada à rede elétrica do país.
Burak Ozpineci, líder da Seção de Pesquisa de Sistemas de Veículos e Mobilidade do ORNL, explicou a importância dessa tecnologia: “Quando se trata de alcançar altos níveis de potência para permitir um carregamento rápido, é especialmente desejável evitar o manuseio de cabos pesados normalmente necessários. Com a tecnologia sem fio, não é necessário se lembrar de conectar o veículo em casa, ele estará sempre pronto para uso. Basta estacioná-lo na garagem e pronto. O mesmo se aplica às bases de carregamento em locais de trabalho ou estações de carregamento sem fio extremamente rápidas.”
Ozpineci acrescentou: “Agora, queremos ir além. E se você tivesse um veículo elétrico (EV) e nunca precisasse se preocupar em ter carga suficiente para ir a qualquer lugar que desejar? Podemos tornar isso possível com o carregamento sem fio dinâmico.”
Com o carregamento dinâmico, é possível incorporar faixas de rodovias ou rampas de entrada e saída com almofadas de carregamento, permitindo que o veículo seja carregado enquanto é dirigido sobre as bobinas. Dessa forma, você pode entrar e sair da rodovia com a mesma carga de bateria.
Além disso, o carregamento dinâmico também tem o potencial de reduzir o impacto na rede elétrica causado pelo pico de demanda de carregamento noturno em residências ou estações de carregamento. Em vez disso, a demanda de carregamento dos veículos elétricos seria nivelada, proporcionando uma melhor estabilidade para a rede.
A ORNL tem como meta desenvolver um sistema de carregamento dinâmico de 200 kW, capaz de carregar os veículos rapidamente em velocidades de rodovia. Uma das vantagens econômicas dessa tecnologia é que ao instalar o carregamento dinâmico em rodovias com tráfego intenso, o custo do sistema seria distribuído entre um grande número de usuários, reduzindo o custo de propriedade.
O carregamento conveniente proporcionado pelo carregamento dinâmico também pode incentivar a adoção de caminhões semi elétricos, de acordo com Veda Galigekere, líder do Electric Drives Research Group no ORNL. Após uma avaliação completa no GRID-C, o sistema dinâmico será testado no American Center for Mobility, em Michigan.
O sucesso da tecnologia de carregamento sem fio da ORNL é resultado da ampla experiência dos pesquisadores em eletrônica de potência, sistemas de controle, engenharia elétrica e eletromagnetismo. Um avanço fundamental nesse campo foi o desenvolvimento de um projeto de acoplamento de bobina magnética polifásica, que permite uma densidade de potência maior em bobinas menores. Esse projeto utiliza um sistema trifásico que gera campos magnéticos rotativos entre as camadas de bobinas.
Mesmo com uma potência de 300 kW, o design da bobina desenvolvida pela ORNL tem uma pegada muito menor do que a tecnologia de carregamento sem fio atualmente disponível, devido à sua maior densidade de potência superficial. A bobina baseada no solo tem o tamanho aproximado de uma pizza extragrande, enquanto a bobina instalada no veículo tem o tamanho aproximado de uma pizza pequena ou média, de acordo com Omer Onar, líder do Vehicle Power Electronics Research Group do laboratório.
Um desafio importante no desenvolvimento dessa tecnologia é solucionar o problema das emissões eletromagnéticas dispersas ao redor das bobinas. Para isso, a ORNL está trabalhando no desenvolvimento de tecnologia avançada de blindagem, que utiliza materiais nanocristalinos em conjunto com alumínio para criar uma tecnologia de blindagem híbrida magnética-metálica. Essa tecnologia é capaz de amortecer as emissões e o calor gerado por elas. Até o momento, essa solução já foi validada em níveis de até 50 kW, acrescentou Onar.
O carregamento automático de veículos sem fio é uma solução para um dos principais obstáculos enfrentados pelos consumidores que ainda têm receio de adquirir um veículo elétrico. Embora os consumidores estejam cada vez mais cientes de que os veículos elétricos mais recentes oferecem alta potência, ainda há preocupação sobre a disponibilidade da infraestrutura de carregamento necessário para chegar ao destino desejado.
“Se você puder carregar o seu veículo sem fio em casa, no trabalho e até mesmo durante uma viagem, nunca precisará se preocupar em carregar o seu carro e eliminará a ansiedade relacionada à autonomia”, afirmou Ozpineci.
A UT-Battelle gerencia o ORNL em nome do Office of Science do Department of Energy, que é o maior financiador de pesquisa básica em ciências físicas nos Estados Unidos. O Office of Science está empenhado em abordar alguns dos desafios mais urgentes da atualidade. Para obter mais informações, visite energy.gov/science.
Fonte: Tesla Brasil