Sistema micro-híbrido de 48 volts

18 / 05 / 2020

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Ao contrário das configurações verdadeiramente híbridas que recorrem ao motor de combustão e/ou elétrico para a propulsão do veículo, o sistema micro-híbrido de 48 volts é utilizado num veículo comum com sistema stop/start, com a integração de uma montagem de um motor/gerador elétrico de 48 volts para alimentar o motor, melhorando a aceleração e aumentando a economia de combustível.

Além disso, a eletrificação de componentes tais como o compressor do ar condicionado, a bomba de direção e a bomba de óleo do motor reduz ainda mais a carga do motor e aumenta a eficiência do combustível.

mild hybrid vehicle diagram

Eletrificar veículos com uma tensão superior a 12 volts não é novidade: a indústria automóvel ponderou a hipótese de utilizar um sistema de 42 volts nos anos 90 do século XX. Esta ideia foi posteriormente abandonada devido a preocupações com os custos, bem como com questões práticas, tais como a falha prematura de interruptores e relés. No entanto, orientada por preocupações ambientais, a eletrónica moderna utiliza transístores, díodos e micro-interruptores mais robustos, o que torna esta opção mais viável.

Então, porquê parar nos 48 volts? As regulamentações atuais declaram que tudo o que supere os 60 volts se torna oficialmente de “alta tensão”. Este aspeto acrescenta custos extra devido à adição de blindagem, conectores e ligações dispendiosas como as de cor laranja que geralmente se veem em muitos veículos híbridos e elétricos. No entanto, tal não significa que toda a arquitetura elétrica do veículo passe para os 48 volts. A convencional fonte de 12 volts ainda é utilizada para alimentar muitos dos circuitos padrão como luzes, fechos das portas, vidros elétricos e sistema infotainment.

O comum micro-híbrido de 48 volts consiste apenas num reduzido número de componentes adicionais: montagem de um motor/gerador elétrico, conversor CA/CC, conversor CC/CC, uma bateria de 48 volts e um carregador eletrónico.

Montagem de um motor/gerador elétrico: O motor/gerador elétrico arrefecido a água, acionado por correia, substitui o alternador e funções regulares para fazer arrancar o motor após uma situação de stop/start, ao passo que o motor de arranque convencional de 12 volts é utilizado para o arranque normal através da chave da ignição.

Por vezes, o motor/gerador elétrico pode ajudar o motor a melhorar a aceleração e a reduzir a carga de forma estratégica a fim de maximizar a economia de combustível. Além disso, o motor/gerador elétrico, no modo de gerador, recarrega ambas as baterias, tal como um alternador convencional, mas também quando o veículo está a rodar com o motor desligado ou a travar.

Conversor CA/CC: O conversor CA/CC pode ser integrado ou não no motor/gerador elétrico de 48 volts e existe para desempenhar duas funções.

Em primeiro lugar, para converter a corrente contínua (CC) da bateria de 48 volts para a corrente alternada (CA), que depois alimenta o motor/gerador elétrico no modo motor.

Em segundo lugar, para converter a CA gerada pelo motor/gerador elétrico durante o modo gerador para CC, resultando assim no recarregamento das baterias de 12 e 48 volts.

Conversor CC/CC: Na medida em que este veículo abrange tanto sistemas de 12 como de 48 volts, é instalado um conversor CC/CC para reduzir a tensão elétrica de 48 para 12 volts.

Bateria de 48 volts: A bateria de iões de lítio de 48 volts geralmente está situada na parte de trás do veículo e, tal como o motor/gerador elétrico, pode utilizar o sistema de arrefecimento para dissipar o calor.

Carregador eletrónico: O turbocompressor convencional é substituído por uma versão eletrificada e é mais conhecido como carregador eletrónico. Ao invés de esperar que os gases de escape façam girar o impulsor para acelerar, é utilizado um motor elétrico para acionar o impulsor, o que fornece instantaneamente o impulso necessário sem o familiar atraso que geralmente se verifica nos motores turbocompressores. Em alternativa, os supercompressores podem também ser eletrificados para fornecer resultados equivalentes aos de um turbocompressor acionado por um motor elétrico.

O sistema micro-híbrido de 48 volts está sempre a evoluir a fim de cumprir as regulamentações relativas às emissões de gases de escape, melhorar a economia de combustível e aumentar a aceleração. Por este motivo, os fabricantes de veículos estão já a desenvolver outras melhorias inteligentes para complementar o sistema de 48 volts e as seguintes são apenas alguns exemplos:

Tecnologia Dynamic Skip Fire (DSF): integra a desativação dos cilindros com o sistema micro-híbrido de 48 volts. O sistema DSF isola um cilindro através da desativação dos rolamentos do veio de excêntricos. Desta forma, as válvulas de entrada e de escape ficam fechadas quando é necessária menos potência, o que resulta numa melhor economia de combustível.

Tecnologia stop/start alargada: ao contrário da tradicional tecnologia stop/start de desligar o motor quando o veículo para completamente, o sistema stop/start alargado também desliga o motor quando se aproxima de uma paragem ou quando o veículo está a circular a uma velocidade constante.

Catalisador eletricamente aquecido: para reduzir a quantidade de emissões nocivas, o catalisador deve alcançar a temperatura de funcionamento com a maior rapidez possível. Os sistemas híbridos exacerbam este aspeto devido a eventos frequentes de stop/start ou de rodagem com o motor desligado; no entanto, esta situação pode ser facilmente resolvida através do aquecimento elétrico do catalisador utilizando o sistema de 48 volts.

Eletrificação de sistemas auxiliares do motor: a bomba de água e o compressor de ar condicionado são dois exemplos de componentes que podem ser eletrificados. Tal reduz a indutância parasita e, o que é mais notável, permite que os componentes definam o seu próprio ciclo de funcionamento com base nas exigências do veículo e do condutor.

Assim, enquanto o atual sistema de 12 volts se debate com dificuldades, em comparação com os outros híbridos verdadeiros mais dispendiosos, a tecnologia micro-híbrida de 48 volts oferece uma solução económica para satisfazer as regulamentações das emissões e os futuros aumentos dos componentes elétricos de elevado consumo de energia.

A utilização da tecnologia de 48 volts deverá crescer ainda mais, especialmente com o estabelecimento de objetivos mais rigorosos de emissões de CO2 e a continuação do declínio do motor de combustão interna.

Em virtude do aumento da popularidade e da procura dos veículos híbridos elétricos (VHE) e veículos elétricos (VE), a Autodata está a implementar esquemas do sistema de comando para veículos elétricos e híbridos, garantindo que continua a ser a principal solução para o diagnóstico e reparação de veículos rodoviários.