“Garantir uma temperatura confortável no habitáculo, mesmo com tempo frio, há muito que deixou de ser um problema”, adianta a UFI Filters. “Os motores de combustão instalados nos automóveis, devido à sua baixa eficiência (25-40%) na conversão de energia, perdem cerca de 60% da sua energia sob a forma de calor residual que é perdido para o ambiente”, refere.
“No inverno, parte deste calor pode ser aproveitado pelo sistema HVAC (Aquecimento, Ventilação e Ar Condicionado) para garantir uma temperatura adequada no habitáculo. Em detalhe, o calor retirado do motor de combustão pelo líquido de refrigeração é libertado para o habitáculo através do radiador de água/ar do sistema HVAC”, sublinha a mesma fonte, em comunicado.
Isto não acontece nos veículos elétricos, que, pela sua natureza, são muito mais eficientes do que os carros de combustão (a eficiência de um motor elétrico ronda os 80-90%), pelo que geram muito menos calor. “Uma solução para atingir uma temperatura confortável é utilizar um aquecedor PTC (Coeficiente de Temperatura Positivo), que converte energia elétrica em calor através de um resistor”, afirma.
“Em climas muito frios, porém, este dispositivo pode absorver uma quantidade significativa de energia, que é retirada da bateria de tração do carro, afetando negativamente a sua autonomia”, alerta a UFI Filters.
Questão de temperatura
“Muitas vezes, acredita-se que a redução da autonomia a baixas temperaturas se deve a uma redução no desempenho da bateria”, adianta. “Embora as baterias de iões de lítio não tenham um desempenho ideal em temperaturas extremas, isto tem muito menos impacto na autonomia do que a carga de serviços auxiliares, como o aquecedor PTC”, afirma.
“Além disso”, continua a empresa, “os fabricantes de automóveis conceberam sistemas de gestão térmica para baterias para mantê-las dentro de uma faixa de temperatura ideal, limitando ainda mais a redução no desempenho”.
A percentagem entre a autonomia real de um veículo elétrico e a autonomia nominal em função da temperatura, com base na metodologia de medição da EPA. “Em geral, a autonomia de um veículo elétrico diminui quando a temperatura exterior se afasta dos 20-23°C e cai significativamente quando cai abaixo de 0°C”, refere.
Um aspeto importante do impacto que o clima frio tem na diminuição da autonomia é o tipo de utilização do veículo (contínua ou para-arranca), que pode exigir mais energia a ser utilizada pelo aquecedor PTC para aquecer o habitáculo, com reduções de até 50% em comparação com a faixa aprovada.
“Abaixo estão os resultados da redução de autonomia a 0°C a partir de dados recolhidos numa amostra de 10 mil veículos elétricos nos EUA. O estudo foi conduzido pela Recurrent Auto, plataforma norte-americana especializada em fornecer informações e análises sobre baterias de veículos elétricos a concessionários e consumidores”, sublinha a UFI Filters.
Bomba de calor
Uma solução cada vez mais popular para reduzir a energia necessária para o aquecimento do habitáculo em comparação com os aquecedores PTC é um sistema de gestão térmica com bomba de calor. “Este dispositivo está a tornar-se, cada vez mais, difundido por razões ambientais em sistemas de aquecimento doméstico, mas, também, é importante na área automóvel”, garante.
Trata-se de um sistema que, por intermédio de um ciclo de refrigeração inverso à refrigeração (conseguido com os aparelhos de ar condicionado), retira o calor de uma fonte quente e transfere-o para onde for necessário. “Num carro elétrico, além de utilizar a energia térmica presente no ambiente externo mesmo a baixas temperaturas, o calor é desenvolvido em componentes como motor elétrico, transmissão, inversor, bateria e carregador”, sublinha.
“A bomba de calor capta esta energia e utiliza-a para aquecer o habitáculo ou outros componentes (como a bateria), utilizando muito menos energia para o seu funcionamento do que dispositivos como os aquecedores PTC. Isto beneficia a autonomia da bateria do automóvel, que aumenta entre 10 a 25%”, explica a UFI Filters.
No estudo Recurrent Auto, as temperaturas são expressas em graus Fahrenheit (32°F equivale a 0°C, 14°F equivale a -10°C), faixa em milhas (uma milha rodoviária equivale a 1,6 km). “Uma unidade integrada de gestão térmica de bomba de calor consiste em vários elementos. Na verdade, é composto por dois permutadores de calor, denominados chillers e condensadores, um compressor e uma válvula para o refrigerante, cuja função é direcionar os fluxos (quentes e frios) aos consumidores do veículo que cumprem, conforme a necessidade”, reforça.
Ambiente controlado
No chiller, que é um ‘evaporador’ com válvula de expansão, ocorre uma mudança de calor entre dois fluidos: a sua função é remover calor do refrigerante (composto por água e glicol) à medida que a fase do refrigerante muda de líquido para gasoso. No compressor, o refrigerante, na forma gasosa, é comprimido e aumenta de temperatura.
“O refrigerante é, então, enviado para o condensador arrefecido a líquido, onde regressa ao estado líquido cedendo calor ao refrigerante. A energia térmica assim obtida é utilizada para aquecer o ar retirado do exterior do automóvel e transportado para o habitáculo. O refrigerante flui de volta para o refrigerador, repetindo o ciclo”, esclarece.
No entanto, a função da bomba de calor não se limita a fornecer ar quente ao habitáculo. O seu papel também é crucial na manutenção da temperatura ideal de funcionamento da bateria, que, para as atuais baterias de iões de lítio com eletrólito líquido, se situa entre 15 e 30° C. O refrigerante gerido pela bomba de calor é utilizado para aquecer ou arrefecer a bateria, como obrigatório.
“É importante sublinhar que o papel da bomba de calor continuará a ser essencial no futuro, quando se estabelecerem tipos de baterias diferentes dos atuais, como as baterias em estado sólido, que oferecerão maior autonomia e tempos de carregamento mais rápidos. Nesse tipo de bateria, que hoje é utilizada em algumas aplicações automóveis, o eletrólito entre o ânodo e o cátodo é sólido e não líquido. A sua temperatura operacional ideal está entre 50 e 110°C, dependendo da química. A bomba de calor tem, portanto, a função de aquecer o fluido para garantir este valor, mas, também, de arrefecê-lo para evitar que ultrapasse os 150°C”, explica a UFI Filters.
Ampla gama de componentes
“Neste setor, que deverá ver grandes desenvolvimentos com a crescente popularidade dos veículos movidos a bateria, a UFI Filters já é capaz de fornecer aos fabricantes de equipamentos de origem tanto componentes individuais, como o refrigerador e o condensador refrigerado a líquido, como módulos completos”, assegura a empresa.
Os chillers e condensadores refrigerados a líquido são produzidos pela UFI Filters utilizando a técnica especial de brasagem a descartável, processo que permite que os produtos sejam feitos de alumínio através da sobreposição das placas num forno a vácuo que evita o risco de oxigenação.
“A UFI Filters está ainda a desenvolver um secador/acumulador, um tipo de secador de filtro utilizado no circuito refrigerante e no sistema de dutos”, conclui a empresa.
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