Como funciona um veículo elétrico?

Um carro elétrico conectado e carregando.
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Os veículos elétricos (VEs) estão ganhando popularidade à medida que o mundo avança em direção a soluções de energia e transporte mais renováveis ​​para combater as mudanças climáticas. A tecnologia por trás dos EVs melhorou e eles se tornaram uma parte muito maior de nossa cultura. Empresas como a Tesla até fizeram do EV uma espécie de símbolo de status. Mas você já se perguntou como eles realmente funcionam?

Aqui, veremos brevemente o que diferencia os EVs dos veículos movidos a gasolina e como eles funcionam.

Então, como funcionam os veículos elétricos?

Quando as pessoas se referem a veículos elétricos, geralmente estão falando de carros totalmente elétricos alimentados por uma bateria. Às vezes, eles são chamados de veículos elétricos a bateria (BEVs). Mas existem outros tipos de veículos que podem ser categorizados como EVs, incluindo:

  • Veículos híbridos
  • Veículos híbridos plug-in
  • Veículos elétricos de célula de combustível (FCEVs)

Os principais tipos de EVs na estrada hoje são híbridos e veículos movidos a bateria.

Como funciona a bateria em um EV

Todos os EVs não alimentados por uma célula de combustível precisam de algum tipo de bateria para armazenar a energia usada para alimentar o veículo na estrada. Mais comumente, essas baterias são feitas de íons de lítio – basicamente versões de força industrial da bateria do seu celular.

Engenheiros trabalhando em um carro elétrico.
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As baterias EV são normalmente construídas a partir de pilhas de células organizadas em unidades e dispostas em um grande banco ao longo da parte inferior do veículo, chamado de bateria de tração. O conjunto da bateria é carregado com eletricidade da rede por meio de uma estação de carregamento ou conectando o veículo a uma tomada elétrica doméstica. Veículos maiores, como caminhões e SUVs movidos a bateria, terão bancos de baterias maiores.

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Uma vez totalmente carregado, o veículo tem um alcance definido antes de precisar ser carregado novamente. Os carros elétricos são construídos com outros recursos para prolongar a vida útil da bateria, como desligar o motor quando o carro não está em movimento e usar a energia cinética de quando o carro freia para carregar a bateria.

Veículos de célula de combustível operam um pouco diferente. Em vez de uma bateria, eles usam um tanque de gás hidrogênio armazenado, misturando esse hidrogênio com o oxigênio do ar para criar uma reação química formadora de eletricidade. Uma vez que o gás está esgotado, o tanque precisa ser reabastecido, o que pode levar menos tempo do que recarregar a bateria de um EV.

Avanços na tecnologia de baterias EV estão sendo feitos constantemente, o que significa que a gama de EVs provavelmente continuará a aumentar à medida que vemos novas iterações de seu design. A GM anunciou uma parceria com a LG na CES 2021 que produzirá baterias EV menores que são mais densas em energia.

Motor elétrico versus motor a gás: qual é a diferença?

Motores de combustão interna movidos a gás usam combustível comprimido e inflamado para mover pistões conectados a um virabrequim, que gira as rodas do veículo. Um veículo totalmente elétrico usa o mesmo princípio de rotação para empurrar um veículo para frente, apenas alimentado de forma diferente.

O chassi de um carro elétrico.
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Em vez de pistões, um EV usa eletroímãs para mover o virabrequim. O motor elétrico em um EV tem um sistema de ímãs, alguns dos quais são estacionários e alguns dos quais giram. Os ímãs são feitos para girar alternando continuamente a polaridade dos ímãs que precisam girar.

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Lembre-se daqueles experimentos científicos que você fez quando criança, onde você pegou dois ímãs, os colocou pólo a pólo e tentou juntá-los? Em um nível muito básico, a resistência que você obtém ao tentar empurrar dois ímãs voltados de norte a norte ou sul a sul é o que gira o motor de um EV e gira as rodas do veículo.

Para criar essa resistência, os ímãs rotativos precisam sempre ter uma carga oposta aos estacionários. Isso é conseguido por um dispositivo chamado inversor. O inversor consome energia da bateria de um EV para alternar a polaridade dos ímãs giratórios em torno de 60 vezes por segundo. A comutação constante cria resistência magnética sustentada e alimenta o motor. Você pode ver um ótimo detalhamento visual desse conceito neste vídeo do canal do YouTube TechVision.

Este design é mais eficiente do que um motor de combustão interna porque o motor é construído para girar desde o início, enquanto um motor movido a gasolina precisa usar um virabrequim para converter o movimento de subida e descida do pistão em um movimento rotativo para girar as rodas. . Ajustar a frequência de comutação de polaridade do inversor também dá ao motorista um controle mais preciso sobre a velocidade e o torque de um EV do que você pode obter de um motor a gasolina.

Os veículos elétricos são realmente mais sustentáveis ​​do que os veículos a gás?

Veículos totalmente elétricos não queimam combustíveis fósseis, então eles não emitem nenhum escapamento prejudicial de seus escapamentos. Em veículos movidos a célula de combustível de hidrogênio, o único subproduto da operação de um é a água que você obtém da mistura de hidrogênio e oxigênio. Dessa forma, os VEs são mais sustentáveis ​​e ecológicos do que os veículos a gás. No entanto, as baterias que eles precisam para operar devem ser construídas e adquiridas com cuidado para serem sustentáveis ​​a longo prazo.

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Os minerais necessários para construir baterias de EV precisarão ser extraídos em maior escala se os veículos elétricos competirem com os movidos a gás. Há também a questão do que fazer com essas baterias quando elas chegarem ao fim de sua vida útil. A União de Cientistas Preocupados emitiu um relatório sobre baterias EV em fevereiro de 2021, descrevendo o que precisaria ser feito para que isso acontecesse. As principais medidas incluem programas de reciclagem de baterias, fortes padrões de saúde e trabalho no local de trabalho e uso de energia renovável na fabricação.

Os fabricantes de baterias também estão recorrendo a materiais mais prontamente disponíveis em sua construção de baterias. As baterias GM mencionadas anteriormente, por exemplo, estão incorporando alumínio em seu projeto para reduzir a quantidade de cobalto usada por bateria.

Outro ponto frequentemente apontado sobre a sustentabilidade dos VEs é que as usinas que produzem a eletricidade para alimentar esses veículos também produzem emissões de gases de efeito estufa. Tanto os veículos movidos a células de combustível a gás como a hidrogénio podem utilizar, por exemplo, a eletricidade produzida a partir do gás natural. Embora as emissões ainda sejam menores do que as produzidas por veículos a gás, um maior investimento em fontes de energia renováveis, como eólica e solar, pode limitar ainda mais o impacto da geração de eletricidade para alimentar mais veículos elétricos no futuro.