Os carros elétricos já conseguem circular sem condutor, estacionar sozinhos e executar manobras cada vez mais complexas. Mas há uma tarefa que continua a exigir intervenção humana: ligar o cabo de carregamento. Uma equipa internacional de investigadores acredita ter encontrado uma solução e os resultados prometem abrir uma nova etapa na mobilidade elétrica.
Investigadores da China e do Reino Unido desenvolveram um sistema de carregamento sem fios de 20 kW que alcançou uma eficiência de 98,51% em testes laboratoriais. A tecnologia utiliza novos materiais magnéticos para reduzir as perdas de energia e o aquecimento, dois dos principais obstáculos ao carregamento por indução de elevada potência.
O trabalho, publicado na revista científica ‘Nature Communications’ e divulgado pelo portal especializado ‘Interesting Engineering’, poderá ter aplicações que vão muito além dos automóveis particulares, incluindo frotas de robotáxis, veículos industriais e outros sistemas de transporte autónomo.
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Um carro que conduz sozinho, mas precisa de alguém para o carregar?
A condução autónoma promete transformar a mobilidade, sobretudo através de veículos capazes de transportar passageiros sem intervenção humana.
No entanto, existe uma contradição tecnológica: mesmo que um automóvel consiga completar uma viagem sem condutor, continua habitualmente a precisar de alguém para ligar e desligar o cabo de carregamento.
Numa frota de robotáxis, essa dependência representa um obstáculo operacional. Os veículos podem circular autonomamente durante horas, mas necessitam de assistência quando chega o momento de recuperar energia.
O carregamento sem fios pretende resolver esse problema.
Em vez de utilizar um cabo, o automóvel estaciona sobre uma plataforma instalada no pavimento. A energia é transferida por indução magnética entre uma bobina no solo e outra integrada no veículo.
O princípio já é conhecido e utilizado em equipamentos eletrónicos, mas a sua aplicação aos automóveis apresenta desafios muito superiores, sobretudo quando é necessário transferir grandes quantidades de energia de forma rápida e eficiente.
O problema estava nos materiais. E os investigadores decidiram mudar tudo
Os sistemas convencionais de carregamento por indução utilizam frequentemente núcleos de ferrite para orientar os campos magnéticos responsáveis pela transferência de energia.
Embora este material apresente bons resultados em determinadas condições, o aumento da potência pode provocar perdas energéticas e dificuldades de gestão térmica.
Foi precisamente aqui que os investigadores concentraram os esforços.
A equipa, liderada pelo Dongguan Institute of Materials Science and Technology, associado à Academia Chinesa de Ciências, trabalhou em colaboração com o Instituto de Física da mesma academia, a City University of Hong Kong e a Universidade de Cambridge.
Em vez de recorrer às soluções tradicionais, os cientistas desenvolveram um núcleo magnético com ligas nanocristalinas à base de ferro, submetidas a um tratamento térmico específico.
A inovação não passou apenas pela escolha de um material diferente. Os investigadores procuraram otimizar simultaneamente as suas propriedades magnéticas e a configuração elétrica do sistema.
Uma das decisões mais importantes foi privilegiar uma permeabilidade magnética moderada, em vez de procurar o valor máximo possível.
Esta opção permitiu encontrar um equilíbrio entre a transferência de energia, as perdas magnéticas e a estabilidade térmica.
98,51% de eficiência: o número que chamou a atenção
O protótipo desenvolvido tem uma potência nominal de 20 kW e alcançou uma eficiência de conversão de corrente alternada para corrente alternada de 98,51%.
Isto significa que, na etapa de transferência de energia medida pelos investigadores, as perdas foram particularmente reduzidas.
É, contudo, importante distinguir este resultado da eficiência total de um carregamento real, desde a rede elétrica até à bateria do automóvel. O valor anunciado refere-se à conversão AC-AC do sistema experimental e não significa que toda a operação de carregamento de um veículo atinja necessariamente essa eficiência.
Outro resultado relevante está nas dimensões do núcleo magnético.
A estrutura desenvolvida mede 440 por 330 milímetros e tem apenas quatro milímetros de espessura, aproximadamente metade da espessura das placas convencionais de ferrite referidas na investigação.
Os testes revelaram ainda uma densidade de potência volumétrica de 9,55 kW por litro no conjunto das bobinas e núcleos.
Segundo os autores, o sistema conseguiu manter um comportamento térmico estável durante o funcionamento a elevada potência, um fator essencial para aplicações que exigem carregamentos frequentes.
Pode carregar um elétrico sem ninguém tocar no carro?
É precisamente esta a ambição da tecnologia.
Num cenário de utilização futura, um automóvel autónomo poderia deslocar-se até um ponto de carregamento, posicionar-se sobre a plataforma e iniciar a transferência de energia sem que uma pessoa tivesse de intervir.
Depois de recuperar a energia necessária, o veículo poderia regressar ao serviço.
Para empresas que operam grandes frotas, a possibilidade de automatizar também o carregamento poderia reduzir a necessidade de intervenção humana e facilitar a gestão dos veículos.
Mas há ainda obstáculos a ultrapassar.
O resultado apresentado foi obtido num sistema experimental. A sua aplicação comercial dependerá de fatores como os custos de produção, a compatibilidade entre veículos e infraestruturas, o alinhamento das bobinas e a eficiência em condições reais de utilização.
Por isso, os 98,51% alcançados em laboratório representam um avanço técnico importante, mas não significam que os carregadores sem fios estejam prestes a substituir os cabos convencionais.
Dos robotáxis aos comboios: a tecnologia pode ir muito mais longe
Os automóveis de passageiros são apenas uma das aplicações possíveis.
Segundo a investigação, os sistemas de transferência de energia por indução poderão ser particularmente interessantes para veículos industriais de guiamento automático, utilizados em fábricas e centros logísticos.
Nestes ambientes, os veículos seguem percursos definidos e podem parar em locais específicos para recuperar energia, sem necessidade de intervenção dos trabalhadores.
A equipa identifica igualmente possibilidades de aplicação no transporte ferroviário pesado e em aeronaves elétricas destinadas a operações a baixa altitude.
O Dongguan Institute of Materials Science and Technology está a trabalhar na aproximação da tecnologia a aplicações comerciais, embora não tenha sido apresentada uma data concreta para a sua chegada aos automóveis de produção.
A grande transformação poderá, assim, não estar apenas na eliminação de um cabo.
Se os veículos autónomos conseguirem também gerir o seu próprio abastecimento energético, ficará mais próxima a possibilidade de criar sistemas de transporte capazes de funcionar durante longos períodos com intervenção humana reduzida.
E, nesse cenário, estacionar sobre uma plataforma poderá ser suficiente para voltar à estrada com a bateria carregada.
Também sobre carros elétricos
A evolução do carregamento é apenas uma das mudanças em curso na mobilidade elétrica. A ‘Automonitor’ já explicou como os carros elétricos estão a ficar mais acessíveis na Europa, com cada vez mais modelos abaixo dos 25 mil euros.
Outra discussão passa pela possibilidade de taxar os carros elétricos para compensar a perda de receitas dos combustíveis, uma proposta que levou a UVE a alertar para um sinal contraditório.
E há ainda um desafio menos visível: porque envelhecem as baterias dos elétricos e como os fabricantes estão a tentar combater os processos que ocorrem no seu interior.
