Todos os watts contam: como a Schaeffler aumenta a autonomia dos veículos elétricos

28-08-2023 | Sant Just Desvern

• As inovações técnicas da Schaeffler podem aumentar a autonomia dos veículos elétricos ou permitir a utilização de funcionalidades de conforto sem sacrificar a distância que o automóvel pode percorrer.
• Os rolamentos de roda e de transmissão de alta eficiência reduzem a fricção, o que reduz significativamente as perdas.
• Os sistemas e componentes de gestão térmica inteligentes e altamente integrados aumentam a autonomia dos veículos elétricos em até 50 quilómetros.

A presença de automóveis elétricos nas estradas de todo o mundo não cessa de aumentar. Na Alemanha, em julho de 2023, um em cada cinco dos automóveis novos vendidos tinha uma transmissão elétrica com bateria. No entanto, a autonomia dos veículos elétricos é um problema frequentemente assinalado: um em cada dois condutores de veículos elétricos/híbridos na Europa indica que se trata de uma das três principais preocupações que têm em relação aos seus veículos (fuente: Shell EV-Driver-Report 2023 (Relatório sobre condutores de veículos elétricos da Shell). Além disso, o motor não é o único que utiliza a bateria. Especialmente no inverno, todos as comodidades também requerem eletricidade, em detrimento da autonomia. A Schaeffler trabalha intensamente neste aspeto, tal como explicou Matthias Zink, CEO Automotive Technologies: “A Schaeffler está a desenvolver soluções para combater as preocupações sobre a autonomia. As nossas soluções técnicas inteligentes e a nossa ampla gama de componentes e sistemas para trens de potência totalmente eletrificados melhoram a funcionalidade quotidiana dos veículos elétricos, uma vez que reduzem o consumo elétrico e aumentam a autonomia.” Consequentemente, os condutores precisam de carregar os seus automóveis com menos frequência. Dependendo do design da aplicação no veículo, os fabricantes de automóveis também podem aproveitar a poupança energética para que a bateria seja mais pequena e, por conseguinte, o veículo seja mais rentável.

Soluções de rolamento de alta eficiência
Todos os automóveis precisam de rolamentos, e os veículos elétricos não são uma exceção. Assim, uma das opções chave para aumentar a autonomia dos automóveis elétricos consiste em reduzir as perdas por fricção, ou seja, quando a energia que poderia ser aproveitada para alimentar o veículo se perde sob a forma de calor através da fricção dos rolamentos. A Schaeffler desenvolveu soluções que contrariem esta situação. Os rolamentos de transmissão altamente eficientes da Schaeffler pode reduzir significativamente a fricção, o que permite poupar cerca de 50 watts de energia em comparação com as soluções de rolamentos convencionais. Isto traduz-se diretamente numa maior autonomia. Outra opção, no inverno, consiste em aproveitar estes 50 watts suplementares para aquecer os espelhos exteriores ou o volante*, sem que seja perdida autonomia. É também importante que os rolamentos de transmissão para veículos elétricos da Schaeffler estejam especialmente adaptados para as altas velocidades de rotação dos primários de transmissão elétrica e, consequentemente, garantem uma absorção ótima da carga.

Para uma autonomia ainda maior, a Schaeffler oferece os rolamentos de roda TriFinity. Os rolamentos de roda fazem parte do chassis do veículo elétrico. Guiam e suportam os eixos; garantem que as rodas podem rodar com uma resistência mínima, inclusivamente sob uma carga mecânica elevada. Os rolamentos de roda são submetidos a enormes cargas durante o funcionamento normal da condução. Estão em constante movimento, rodam aproximadamente 100 milhões de vezes por cada 180.000 quilómetros percorridos. Os rolamentos de roda TriFinity da Schaeffler reduzem as perdas por fricção cerca de 67% em comparação com os rolamentos convencionais. Isto representa uma poupança acima dos 200 watts, ou seja, aproximadamente 20 quilómetros adicionais de autonomia num SUV elétrico totalmente carregado com uma capacidade de bateria de 120 kWh. Outra opção, no inverno, consiste em aproveitar estes 200 watts extra para aquecer os assentos do condutor e do passageiro*, sem qualquer perda de autonomia. Os sistemas de aquecimento dos assentos consomem cerca de 100 watts por assento durante a fase intensiva de aquecimento, enquanto o rolamento de roda TriFinity produz efetivamente esta poupança de forma permanente. Além disso, o rolamento de roda de três carreiras TriFinity permite uma poupança de peso de aproximadamente 10% em comparação com os rolamentos de esferas de duas carreiras padrão com as mesmas dimensões. Também oferece uma duração de vida útil mais prolongada. Além de tudo isto, apresenta uma rigidez superior em mais de 20%, pelo que permite transferir cargas do eixo superiores, o que representa uma vantagem fundamental, especialmente nos veículos elétricos mais pesados.

Campeão da autonomia graças à gestão térmica

A gestão térmica oferece um grande potencial para melhorar a autonomia e é uma área em que a Schaeffler tem vindo a desenvolver soluções há cerca de 15 anos. A Schaeffler fornece soluções de gestão térmica a OEM desde 2011. "Em especial nos veículos elétricos, a gestão térmica influencia decisivamente muitas prestações importantes para os clientes, como a autonomia e o conforto; consequentemente, está a converter-se num fator competitivo chave para os fabricantes de automóveis", afirmou o Dr. Jochen Schröder, responsável pela unidade de negócio E-Mobility da Schaeffler. A Schaeffler está a desenvolver uma série de soluções nesta área, desde os componentes versáteis para múltiplas aplicações até aos sistemas de gestão térmica altamente integrados, passando pelos eixos eléctricos 4 em 1 que combinam o motor, a transmissão, a eletrónica de potência e a gestão térmica numa única unidade otimizada. O eixo elétrico 4 em 1 elimina os tubos e cabos adicionais que os sistemas de gestão térmica descentralizados requerem, com o que se perde menos energia. E porque tem menos peças, pesa menos e pode ser instalado pelos fabricantes de veículos com maior facilidade. Esta solução completamente integrada também permite aumentar ainda mais a autonomia e a velocidade de carga, dado que mantém o trem de potência (incluindo a bateria) na temperatura adequada. Também mantém a comodidade dos ocupantes e à temperatura adequada. Graças unicamente à interação otimizada entre os seus quatro subsistemas o eixo elétrico 4 em 1 pode poupar no caso de um veículo elétrico compacto com uma bateria de 75 kWh, cerca de 1 kWh de potência por cada 100 quilómetros percorridos. Isto significa aproximadamente mais 7% de autonomia, o que representa cerca de 36 quilómetros.

A Schaeffler está também a desenvolver um novo tipo bomba de calor para usar no eixo elétrico 4 em 1 e como componente autónomo. A bomba de calor converte em calor aproveitável a energia térmica do ar circundante e o calor residual do motor, da eletrónica de potência e da bateria. Deste modo, é possível poupar a energia da bateria, que é muito valiosa nos meses mais frios de inverno. Em comparação com um automóvel compacto com uma bateria de 75 kWh e uma gestão térmica descentralizada, o mesmo veículo com um eixo elétrico 4 em 1 e um sistema de bomba de calor utilizará cerca de 4 kWh menos de energia por cada 100 quilómetros (medido em WLTC, o procedimento harmonizado de testes para veículos ligeiros a nível mundial, com base numa temperatura exterior de -7 °C). Equivale a um aumento de 17% na autonomia, ou seja, um benefício de 48 quilómetros. Em alternativa, esta poupança pode servir para melhorar o conforto e a segurança, aquecendo os assentos e o volante, os espelhos exteriores e o vidro traseiro (que, em conjunto, utilizam cerca de 410 watts de potência*). Outra vantagem do sistema de bomba de calor da Schaeffler consiste no facto de utilizar o dióxido de carbono refrigerante que se produz de forma natural (R744), que é muito menos nocivo para o ambiente do que o refrigerante convencional (Rf1234yf). O R744 não é combustível, tem um baixo potencial de gás com efeito de estufa e não danifica a camada de ozono. Tanto para os fabricantes como para os proprietários de veículos, representa um investimento no futuro e na proteção do clima.

* Valores de referência de consumo energético para as funções do veículo (Fonte:ADAC)