As marcas tradicionais de automóveis e as novas empresas entrantes irão servir este mercado de veículos elétricos em rápida expansão, e todas elas procurarão formas de atingir estes dois objetivos fundamentais: segurança e eficiência.
- Garantir a máxima segurança - Prevenir o risco de ferimentos nos ocupantes, proteger o veículo e salvaguardar a reputação do fabricante.
- Fazer com que os veículos operem da forma mais eficiente possível - Para que os proprietários possam evitar o incómodo das recargas frequentes e percorrer distâncias maiores.
No entanto, alcançar estes dois objetivos apresenta desafios complexos para os engenheiros encarregados de os concretizar. E conseguir tempos de carregamento cada vez mais rápidos exige a utilização de tensões mais elevadas (800 V). Assim sendo, devido a esta crescente complexidade, o projeto do sistema de propulsão de qualquer veículo elétrico moderno é crucial. Os fabricantes devem, portanto, desenvolver capacidades de rede veicular altamente sofisticadas, com as funções de monitorização e diagnóstico necessárias.
Acesso a dados essenciais:
Os sistemas de propulsão elétrica requerem uma infraestrutura de aquisição de dados de alto desempenho para garantir a sua eficiência e segurança. Através desta infraestrutura, os vários elementos do sistema de propulsão são constantemente monitorizados e qualquer indicação de problema é sinalizada à unidade de controlo eletrónico (ECU) relevante, onde são tomadas as medidas corretivas adequadas. Além disso, como veremos, as limitações impostas aos projetos de veículos elétricos significam que esta infraestrutura (e os componentes que utiliza) requerem características técnicas específicas.
Componentes críticos de um grupo motopropulsor de um veículo elétrico
Os seis principais sistemas que se encontram dentro ou diretamente associados a um grupo motopropulsor de um veículo elétrico são os seguintes:
- O Carregador de Bordo (OBC) - Responsável pelo carregamento da bateria, convertendo a energia CA numa tensão CC adequada.
- O Conjunto de Baterias - Onde é armazenada a energia carregada, pronta a ser fornecida.
- O Inversor de Tração - Converte a energia CC da bateria em energia CA, que depois alimenta o motor elétrico do veículo elétrico.
- O Controlador do Motor - Onde os circuitos digitais recebem a força aplicada pelo condutor aos pedais do travão e do acelerador do veículo e traduzem-na em comandos que resultam em alterações do binário do motor (para acelerar ou desacelerar o veículo).
- O Sistema de Gestão de Baterias (BMS) - Monitoriza vários parâmetros dentro do conjunto de baterias para manter o funcionamento adequado de cada célula.
- O Conversor CC-CC - Para reduzir a tensão da bateria, de modo a que esta possa ser utilizada para outras funções (como iluminação, controlo da climatização, sistema de infoentretenimento, etc.).
O computador de bordo (OBC), o sistema de gestão da carroçaria (BMS), o variador de tração, o acionador do motor e o controlador do motor devem transmitir e receber continuamente dados em tempo real de/para as respetivas unidades de controlo eletrónico (ECUs). Estes dados em tempo real proporcionarão uma maior eficiência do grupo motopropulsor, maior vida útil do veículo, maior fiabilidade e um maior nível de segurança.
Dependência de Dados em Veículos Elétricos:
É sabido que as baterias dos veículos elétricos são constituídas por células de iões de lítio e que o risco de incêndio deve ser considerado. Portanto, a monitorização constante do sistema é vital. Ao adquirir dados em tempo real das células, como temperatura, tensão e corrente, o Sistema de Gestão da Bateria (BMS) compreende a saúde geral da bateria. Garante que cada célula permanece dentro dos seus parâmetros operacionais seguros.
Através das suas diversas funções de diagnóstico, o BMS pode detetar quaisquer potenciais problemas numa determinada célula que possam levar ao sobreaquecimento e desligá-la (prevenindo uma situação perigosa de fuga térmica). No entanto, se ocorrer um problema mais grave, afetando uma grande parte da bateria, o veículo poderá necessitar de ser desligado completamente.
O BMS também pode tratar do balanceamento das células. Haverá variações na construção das células em toda a bateria, sendo que algumas células são capazes de armazenar mais carga do que outras. O equilíbrio das células significa que a carga é melhor distribuída por toda a bateria, pelo que as células com menor desempenho duram mais tempo.
Outros componentes, como o computador de bordo (OBC), o variador de tração, etc., requerem dados para responder rapidamente às alterações das condições do grupo motopropulsor. Tal como o BMS, necessitam de conectividade de alta velocidade para permitir uma operação determinística.
Requisitos Essenciais de Interligação:
A utilização de conectores em qualquer aplicação automóvel exige diversas características essenciais. Em primeiro lugar, o espaço será limitado, pelo que as dimensões dos componentes do conector devem refletir isso, oferecendo ainda elevadas densidades de contacto. Ao mesmo tempo, os conectores selecionados devem ser suficientemente robustos para suportar os ambientes exigentes das aplicações automóveis. Devem ser resistentes a choques, vibrações e altas temperaturas. Além disso, será necessária uma proteção completa contra a entrada de pó e humidade.
Devem também suportar elevadas taxas de dados, em conformidade com os requisitos das redes de comunicação de veículos modernas, e manter uma forte integridade do sinal (apesar do ambiente eletromagnético ruidoso em que estes conectores serão instalados). Além disso, recomenda-se a utilização de mecanismos para evitar erros de acoplamento durante a montagem. Por último, a natureza cada vez mais competitiva do sector dos veículos eléctricos significa que os conectores utilizados devem ter preços competitivos e não aumentar excessivamente o custo total da lista de materiais.
Solução de interligação compacta de alta densidade:
Diversos fabricantes conceberam o Archer Kontrol para os sistemas de propulsão dos seus modelos de veículos elétricos, e a Harwin está a construir um sólido historial nesta aplicação em crescimento. Estes conectores placa a placa de alta fiabilidade foram integrados em computadores de bordo (OBCs), controladores de motores e variadores de tração. Fornecem aos engenheiros automóveis todos os atributos técnicos essenciais necessários na infraestrutura de dados que acompanha os sistemas de propulsão dos veículos elétricos e, para os compradores, estão bem posicionados comercialmente. Além disso, o seu tamanho reduzido, com a opção de escolher entre orientações vertical e horizontal, permite que estes conectores com um passo de 1,27 mm se encaixem em espaços compactos.
Figura 1: Conectores Harwin Archer Kontrol com passo de 1,27 mm, compatíveis com 3 Gbps.
Além de suportarem temperaturas até 125 °C (para resistir ao calor no interior dos módulos do grupo motopropulsor), estes componentes possuem uma resistência à vibração excecional (testados ciclicamente a 10-2.000 Hz, 1,5 mm, 198 m/s² (20G), durante 12 horas). Além disso, por transmitirem 3 Gbps, suportam facilmente as taxas de dados das redes de comunicação veicular baseadas em Ethernet. São utilizados contactos de bronze fosforoso de alta durabilidade com acabamento em ouro/estanho. Estes contactos são encapsulados em invólucros plásticos robustos com classificação UL94V-0 de retardamento de chama.
Os conectores Archer Kontrol são totalmente blindados (para evitar danos) e possuem polarização integrada para os proteger contra erros de acoplamento nas linhas de produção dos fabricantes de automóveis. As opções de altura de empilhamento de 8 mm a 20 mm oferecem maior versatilidade, sendo possível encontrar combinações adequadas e satisfazer requisitos específicos de projeto. Além disso, estão disponíveis conjuntos de cabos prontos a utilizar (em comprimentos de 150 mm e 300 mm), com fixadores de alívio de tensão adicionais.
Conclusão:
A aquisição e transferência de dados em tempo real são fundamentais para a operação a longo prazo de veículos elétricos, proporcionando uma maior eficiência do sistema de propulsão, uma maior duração da bateria e uma segurança melhorada. A Harwin colabora estreitamente com muitos dos principais fabricantes de veículos elétricos do mundo, fornecendo-lhes os conectores necessários para que os seus sistemas de propulsão atinjam os mais elevados níveis de desempenho possíveis. Graças a esta tecnologia de interligação em constante evolução e a novas melhorias inovadoras, a próxima geração de veículos elétricos estará ainda melhor posicionada para corresponder às expectativas do mercado.
Autor: Giorgio Potenza, Diretor de Desenvolvimento de Negócio para a EMEA - Harwin
