Como funciona o motor elétrico de um carro?

Em Veículos elétricos e híbridos por André M. Coelho

Todos os carros a gasolina, eletricidade, hidrogênio, ou usando qualquer outro “combustível”, são essencialmente dispositivos de conversão de energia: eles transformam a energia potencial (armazenada) em energia cinética (movimento). Em um carro convencional, a energia é armazenada em forma química, bloqueada dentro da gasolina que você bombeou em seu tanque; e que você o libera através de uma reação química que acontece dentro do motor em que as moléculas de hidrocarboneto na gasolina queimam com oxigênio no ar para liberar calor, que empurra os pistões que giram as rodas (tudo isso acontece dentro dos cilindros do motor, então chamamos de combustão interna). Os carros elétricos também usam energia química armazenada, embora o liberem eletroquimicamente, sem qualquer tipo de combustão, à medida que os elétrons saem de suas baterias de descarga lenta e não há combustão de combustível, nem poluição do ar proveniente do tubo de escape, e nenhuma emissão óbvia de qualquer tipo é produzida pelo próprio carro.

Componentes-chave de um carro com motor elétrico

Carros movidos a gás e elétricos têm muito em comum e as principais diferenças são a energia armazenada que eles usam (gasolina versus eletricidade), a máquina que eles usam para convertê-la em energia cinética (um motor ou um motor elétrico) e a como os poderes de energia armazenados que máquina (por uma caixa de câmbio e transmissão, no caso de um carro normal, mas freqüentemente mais diretamente em um carro elétrico). Vamos examinar os dois principais componentes dos carros elétricos: o motor e as baterias com um pouco mais de detalhes e compará-los com o que temos em um carro convencional.

Como funciona o motor elétrico para carros?

Os motores são bem diferentes dos motores a gasolina – e não apenas do combustível que queimam. Um motor precisa girar de forma relativamente rápida para funcionar de forma eficiente (geralmente milhares de vezes por minuto), mas as rodas de um carro raramente precisam ir tão depressa assim. A potência que um motor pode produzir a qualquer momento pode ser muito diferente do que o motorista precisa. Por exemplo, se você está saindo de uma partida a frio, ou um sinal de trânsito, você precisa do motor para produzir uma grande quantidade de força (torque como é chamado) em uma velocidade relativamente baixa, enquanto que se você está ultrapassando em um estrada rápida, você precisará do oposto: mais velocidade e menos torque.

Entenda o funcionamento do motor elétrico do carro para conhecer mais sobre o futuro dos transportes. (Foto: AutoGuide.com)

Não há muita coisa que você possa fazer para controlar a saída de um motor de carro porque é uma máquina química, impulsionada por uma reação química essencialmente simples entre combustível e oxigênio que produz energia mecânica útil. A esse respeito, um motor de combustão interna é como o motor de combustão externa que você encontra em algo como um motor a vapor. Se você quer mais potência, precisa queimar mais combustível mais rapidamente. Uma lei básica da física chamada lei da conservação de energia nos diz isso, e é por isso que operar o acelerador de um carro é informalmente chamado de “pisar no acelerador”: queima a gasolina mais rápido faz mais potência e, finalmente, oferece mais velocidade.

Além do acelerador (fornecendo mais ou menos combustível), os outros dois controles principais de um motor de carro convencional são as engrenagens (transformando a potência proveniente do motor para que as rodas giram rapidamente com baixa força ou lentamente com alta força) e a embreagem (brevemente engatando ou desengatando a energia do motor da caixa de câmbio por completo). E precisamos das engrenagens e da embreagem devido às limitações básicas de como um motor funciona – como uma máquina que gosta de girar milhares de vezes por minuto, por mais rápido que você esteja dirigindo (o motor continua girando, queimando combustível e custando dinheiro, mesmo se você está parado em um sinal de trânsito).

O motor de um carro elétrico é muito diferente: até certo ponto, ele não tem “preferência”, seja ele rápido ou lento, é muito bom em fornecer o mesmo torque a qualquer velocidade moderada. Se você tivesse um trem elétrico quando era jovem, provavelmente controlaria o motor com um transformador que tivesse um mostrador que pudesse ser ligado ou desligado. Começando, você teria o mostrador virado para baixo para fazer o trem se mover lentamente (alimentando uma corrente elétrica relativamente pequena no motor dentro dele); você poderia ir mais rápido simplesmente aumentando a corrente para fazer o motor girar mais rápido. Não há embreagem em um trem de brinquedo e (normalmente) não há caixa de engrenagens: o motor elétrico aciona as rodas do trem diretamente, e o faz tão bem quanto o trem está indo rápido ou devagar.

Transmissão de um carro elétrico

Em teoria, um motor elétrico pode dirigir um carro elétrico de tamanho tão simples quanto um trem de brinquedo, sem a desajeitada caixa de câmbio e transmissão que você usaria em um carro movido a gasolina convencional. Na prática, os carros elétricos são claramente mais complexos. Os brinquedos são pequenos e movem-se lentamente, enquanto os carros reais são muito maiores e vão mais rápido. Quando um carro real faz curvas, suas duas rodas externas viajam em torno de uma curva de raio maior que as duas rodas internas, mas exatamente ao mesmo tempo, o que significa que elas precisam girar um pouco mais rápido. (O mesmo se aplica aos carros de brinquedo, mas o efeito é pequeno demais para ser notado.) É por isso que os carros reais precisam de transmissões complexas com engrenagens ajustáveis, chamados de diferenciais que permitem que um par de rodas funcione em velocidades ligeiramente diferentes. fora de uma curva, mais devagar do lado de dentro do que do outro.

O mesmo acontece em um carro elétrico quando ele gira em uma curva, e isso exclui qualquer tipo de transmissão simples (por exemplo, um único motor elétrico acionando as duas rodas traseiras de um eixo comum).

Uma solução é ter um motor elétrico localizado na frente dirigindo o mesmo tipo de transmissão que um carro a gasolina comum, usando um eixo de transmissão e diferencial da maneira usual.

Outra é eliminar o eixo de transmissão e ter um motor, uma caixa de câmbio e uma unidade diferencial entre duas das rodas (dianteira ou traseira) e acioná-los.

Uma terceira opção é ter dois motores dianteiros ou traseiros (com ou sem caixas de câmbio), cada um dirigindo uma roda de forma independente.

A opção final é usar dois ou quatro motores de cubo (motores nas rodas), que são motores embutidos nas próprias rodas. Isso levanta uma questão técnica diferente: como construir um motor leve, compacto e poderoso o suficiente para dirigir um carro (embora, se houver quatro motores de cubo, você precise gerar apenas um quarto da potência total de cada um).

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Baterias de carros elétricos

Todo carro é um carro elétrico na medida em que usa uma bateria para fazer o motor girar quando você começa. Historicamente, os carros foram os pioneiros das baterias recarregáveis. Muito antes de termos laptops e celulares, tochas de corda e todo o resto, quando a maioria de nós usava as baterias rotineiramente em um minuto e as jogava no carro seguinte, os carros demonstravam a possibilidade de usar baterias repetidas vezes. O único problema era que os motores dos carros usavam baterias de chumbo-ácido grandes e pesadas que não eram boas o suficiente para alimentar veículos a altas velocidades, por longas distâncias, por longos períodos de tempo.

Os carros elétricos de hoje usam principalmente baterias de íons de lítio, exatamente a mesma tecnologia que você encontrará em seu laptop ou tablet. Eles são relativamente leves, razoavelmente bons em armazenar quantidades úteis de energia para seu peso, duram vários anos e centenas de cargas e têm um desempenho razoavelmente bom na variada faixa de temperaturas que a maioria dos pilotos enfrenta rotineiramente pelo mundo (embora nem sempre seja assim tão bem) nos extremos você pode encontrar mesmo em estados mais quentes e mais frios do Brasil).

Isso não significa que eles são perfeitos. O principal problema com as baterias de carros é que elas ainda não podem carregar tanta energia quanto a gasolina por unidade de massa; em outras palavras, eles tem uma densidade de energia menor. As baterias de íons de lítio provavelmente permanecerão a escolha popular para carros elétricos no futuro previsível, apesar de alternativas como o hidreto metálico de níquel (NiMH), que são mais seguras e baratas, e outras tecnologias à base de lítio (incluindo lítio-níquel-manganês). cobalto, lítio-fosfato, lítio-manganês e lítio-cobalto) também estão esperando nas asas. Supercapacitores (também chamados de ultracapacitores) são outra alternativa promissora. Um pouco como um cruzamento entre baterias e capacitores, eles oferecem um carregamento muito mais rápido

Entenderam o funcionamento do motor elétrico? Ficou alguma dúvida? Deixem nos comentários as perguntas e iremos responder!

Sobre o autor

O pai de André já teve alguns carros clássicos antes de falecer, como Diplomata, Chevette e Opala. Após completar 18 anos, tirou carteira de moto e carro, comprando então sua primeira moto, uma Honda Sahara 350. Fez um curso de mecânica de motos para começar uma restauração na moto, e acabou aprendendo também como consertar alguns problemas de carros. Seu primeiro carro foi uma Nissan Grand Livina de 2014 e pretende em breve comprar uma picape diesel. No caminho, vai compartilhando tudo que aprende no site Carro de Garagem.

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