História dos veículos elétricos e híbridos

De forma geral, é comum pensarmos que o veículo com motor à combustão foi inventado primeiro do que o veículo elétrico, entretanto, o veículo elétrico foi o primeiro a ser inventado e na virada do século XIX, três sistemas concorriam no exatamente no mesmo mercado: o carro elétrico, a vapor e a gasolina.

Entre os anos de 1890 e 1900, surgiram duas tecnologias que contribuíram para melhorar o desempenho dos veículos elétricos:

• A frenagem regenerativa, que transforma a energia cinética durante a frenagem em energia elétrica;

• E o sistema híbrido à gasolina e eletricidade.

Favoritismo do veículo à gasolina

O favoritismo ao veículo a gasolina ocorreu devido a diversos fatores, entre eles:

• A produção em série, desenvolvida por Henry Ford, que permitiu que o preço final dos veículos a gasolina fosse a metade do preço dos veículos elétricos; a partida elétrica, que foi inventada em 1912, eliminando a manivela utilizada para acionar o motor dos veículos a gasolina, facilitando muito a sua utilização;
• O crescimento da malha rodoviária, em 1920. As rodovias nos EUA interligavam diversas cidades, o que demandava veículos capazes de percorrer longas distâncias;
• E o preço da gasolina reduzido, devido as descobertas de petróleo no Texas.

Então, os veículos híbridos se tornaram mais viáveis do que os veículos elétricos, compensando a baixa eficiência das baterias e a falta de estrutura de distribuição de energia elétrica no início do século XX. Em 1901, foi produzido um veículo caracterizado como um híbrido em paralelo, onde o motor de combustão interna era utilizado tanto para fornecer tração às rodas quanto para carregar uma bateria, enquanto o motor elétrico fornecia potência extra ao motor de combustão ou funcionava sozinho, quando em trânsito lento.

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Em 1903 foi lançado o primeiro automóvel com característica de um híbrido em série, com um gerador elétrico, alimentado por um pequeno motor de combustão interna e dois pequenos motores elétricos, que forneciam tração às rodas dianteiras. Porém, o veículo híbrido não foi capaz de vencer as vantagens dos veículos convencionais, devido ao alto preço e à baixa densidade energética da bateria.

Favoritismo do veículo elétrico e híbrido

Após a década de 1960, o mundo começou a se preocupar com as mudanças climáticas e os veículos elétricos e híbridos voltaram a chamar a atenção de grandes montadoras. O chumbo ainda era utilizado como aditivo para a gasolina, não havia filtros nem catalisadores para conter as emissões e o automóvel era uma das principais fontes de poluição da atmosfera.

Com o passar dos anos, a preocupação com o meio ambiente aumentou, na década de 1990 ocorreu um grande desenvolvimento em sistemas de alta potência, alta frequência, comutadores semicondutores, junto com a evolução do microprocessador, que levou à melhores projetos de conversores de energia para acionar os motores elétricos de forma mais eficiente. Também nesse período, surgiram novas tecnologias e legislações para minimizar a quantidade de gases poluente provenientes dos automóveis.

A Toyota apostou no veículo híbrido e lançou o Toyota Prius em 1997, esse foi o primeiro passo para a popularização do veículo híbrido. Os veículos híbridos ganharam força somente após a década de 2000, as vendas de veículos híbridos atingiram 598.739 unidades em 2009, sendo 44% nos EUA, 41% no Japão e o restante na Holanda, Inglaterra e Canadá.

No Brasil, existem alguns projetos de lei que incentivam a venda, o consumo e a melhoria da estrutura do país para que o veículo elétrico e híbrido seja popularizado. Ainda existem grandes desafios a serem vencidos, principalmente pelo veículo elétrico, onde é necessária uma grande mudança no setor energético e na estrutura do país. Atualmente, a Associação Brasileira de Veículos Elétricos (ABVE) promove e participa de estudos, pesquisas e eventos que buscam disseminar o conhecimento sobre essa tecnologia e encontrar soluções para o desenvolvimento e utilização de veículos elétricos.

Relação dos veículos elétricos e híbridos com a bateria

A história dos veículos elétricos está totalmente relacionada com a história das baterias. A primeira bateria de chumbo ácido foi apresentada por Gaston Planté, um belga, em 1859. Essa bateria é utilizada até hoje para auxiliar na partida dos veículos com motor a combustão interna, e também foi utilizada em diversos veículos elétricos a partir da década de 80, em diversos países, como França, EUA e Inglaterra. Aproximadamente 26 anos depois da apresentação da primeira bateria, Benz demonstrou o primeiro motor de combustão interna. Em 1901, Thomas Edison, desenvolveu a bateria níquel-ferro, acreditando no potencial dos veículos elétricos, essa bateria possui capacidade de armazenamento 40% maior que a bateria de chumbo ácido.

A eficiência de veículos elétricos e híbridos depende da capacidade de seus sistemas de armazenamento de energia, que não somente são utilizados para armazenar grandes quantidades de energia, mas também devem ser capazes de fornecer energia rapidamente de acordo com a demanda do veículo. As características dos dispositivos de armazenamento de energia dos veículos incluem densidade de energia, densidade de potência, tempo de vida, custo, manutenção, volume, peso, durabilidade, segurança e impacto ambiental. Atualmente, as opções mais comuns de armazenamento de energia em veículos são os ultracapacitores, células combustível e baterias.

A bateria de lítio é a opção mais utilizada em veículos elétricos e híbridos, porém, toda bateria de lítio precisa de um circuito eletrônico de proteção para manter a operação segura. Elas devem operar em uma faixa restrita de temperatura, corrente e tensão, caso contrário, diminuirá a segurança e o desempenho da bateria. Atualmente, as baterias de lítio comerciais, são equipadas com um sistema de gerenciamento, que permite o controle e o gerenciamento efetivo das células da bateria, onde cada célula deve operar dentro das condições adequadas.

Comparando com as outras aplicações apresentadas nessa série de artigos, o sistema de gerenciamento da bateria para aplicações veiculares é mais complexo e completo. As características das aplicações veiculares são mais críticas, considerando o número de veículos existentes, a condição de operação adversa (clima frio ou quente), a segurança dos ocupantes do veículo e do ambiente a sua volta. Nesse contexto, no próximo artigo, falarei sobre o sistema de gerenciamento da bateria, com foco nas baterias de lítio fosfato de ferro e nas aplicações veiculares.

Referências

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