Propulsão

→ A SITUAÇÃO

Mais proteção ambiental, novos mercados, menos dependência de fontes fósseis de energia: a mobilidade e sobretudo os fabricantes estão se reinventando. A evolução eletromóvel é um assunto que define o futuro da indústria no mundo todo. Ela é a chave da mobilidade favorável ao meio ambiente. As disposições políticas geram impulsos importantes. Até 2020, os fabricantes europeus têm que alcançar com sua frota de carros novos uma emissão de apenas 95 gramas de dióxido de carbono por quilômetro.

Para a Porsche, o futuro é elétrico. Em seis anos, cada segundo Porsche vendido deverá ter um motor elétrico.

De fato, o crescimento do número de carros elétricos está dando saltos no mundo todo. Até o começo de 2018, eles alcançaram a cifra de 3,2 milhões de unidades. Isso corresponde a um aumento de 55% em relação ao ano anterior. Nessa contagem entram todos os veículos que usam energia elétrica, portanto, também os híbridos plug-in. Sobretudo a China, onde há mais de 1,2 milhão de carros elétricos, impulsiona o mercado. Só em 2017 chegaram mais 579.000. Nos EUA, o número de veículos elétricos aumentou em 195.000 no ano de 2017, ultrapassando, assim, a cifra de 750.000 unidades. Em comparação, a Alemanha mostra-se tímida. Ainda assim, com mais 54.490, chegou a 92.740 automóveis e a uma cota de novos registros de 1,6%. Se a média de crescimento permanecer nos níveis de 2017, pode-se prever que em 2025 os novos registros de veículos elétricos no mundo todo ultrapassarão os 25 milhões ao ano.

Para a Porsche, o futuro é elétrico. A empresa quer mudar para a eletromobilidade antes de todos os outros fabricantes alemães. Em 2025, um em cada dois carros Porsche vendidos deverá ter um motor elétrico. O primeiro modelo elétrico, o carro esportivo Taycan, será lançado pela Porsche em 2019. Calcula-se uma quantidade de 20.000 unidades por ano. Isso corresponde aproximadamente a dois terços do volume atual de vendas do 911.

→ OS DESAFIOS

Os valores de referência governamentais preconizados em relação aos óxidos de nitrogênio e ao CO₂, assim como a urbanização, impulsionam a eletrificação do setor automobilístico. O mundo está se urbanizando – em toda a parte. Desde 2007, a população que vive em cidades é igual à população das zonas rurais. Em algumas regiões da Ásia e da África, a velocidade de urbanização é frenética. Megalópoles como Tóquio, Mumbai ou Xangai são indícios da crescente urbanização.

Os efeitos sobre a indústria automobilística são imensos. A tarefa mais importante para a Porsche é ajudar a dar forma a essas mudanças – através de veículos esportivos com design único e prontos para o dia a dia graças a uma alta autonomia. Os desafios: como criar um carro elétrico que defina novos padrões de desempenho e eficiência, de dinâmica veicular e prontidão para o cotidiano? Como compensar o peso das baterias? Como um carro elétrico pode proporcionar a sensação de um típico Porsche?

→ O CAMINHO DA PORSCHE

Os engenheiros em Weissach criaram um conceito de motorização para o primeiro Porsche totalmente elétrico que resulta do princípio de “Intelligent Performance” – um fundamento inerente a todos os veículos Porsche. “No Taycan, decidimos usar motores síncronos com excitação permanente (PSM)”, relata Heiko Mayer, diretor de projetos de propulsão. “Eles unem alta densidade energética a um desempenho contínuo e uma eficiência máxima.” Dois desses motores síncronos, como aqueles utilizados no 919 Hybrid, campeão em Le Mans, geram uma rotação ininterrupta e sempre disponível. Isso acontece quando um rotor constantemente magnetizado pelo campo magnético do estator é submetido à rotação.

Dentre os motores elétricos, os PSM são os turbos. Eles impressionam com seu elevadíssimo desempenho contínuo e a mais alta eficiência. No Taycan, um motor traciona o eixo traseiro e o outro, as rodas dianteiras. Juntos, eles têm mais de 440 kW (600 cv), sendo alimentados por acumuladores que deverão permitir uma autonomia de 500 quilômetros. Em bem menos de 3,5 segundos, eles fazem o Taycan chegar a 100 e, em menos de 12, a 200 km/h. Os motores PSM convertem a energia elétrica em potência com muita eficiência, uniformidade e constante alto desempenho, mas esquentam relativamente pouco. Evidentemente, um Porsche com motor elétrico também está apto para os circuitos.

Ademais, os motores PSM permitem um design bem compacto. Segundo Mayer: “Dessa forma, sem alterar a potência, é possível assentar motores e baterias menores e mais leves.” Para economizar mais espaço, os solenoides dos motores elétricos vêm na chamada tecnologia hairpin. “Os fios dos quais os solenoides são feitos não são redondos, mas retangulares”, explica Naser Abu Daqqa, diretor de motores elétricos da Porsche. “Os fios ficam mais justos, podendo-se acomodar mais cobre nos solenoides, o que permite um aumento de potência e torque com o mesmo volume.” A eletrônica de potência do Taycan também foi otimizada para o desempenho. Os inversores, que convertem a tensão contínua da bateria em alternada para o motor elétrico, não operam, como de costume, com uma frequência de relógio fixa, mas com uma infinitamente variável. “Assim, o motor elétrico funciona sempre no melhor ponto operacional”, explica Mayer. Além disso, o sistema de arrefecimento também fornece um desempenho inteligente. Termossensores calculam a demanda de refrigeração em tempo real. Um software controla o envio imediato da água de refrigeração aos respectivos pontos. Quando o motorista pisa fundo no acelerador, o arrefecimento faz a refrigeração trabalhar a todo o vapor, permitindo um desempenho constante.

Bateria

→ A SITUAÇÃO

As baterias são componentes centrais de veículos movidos a eletricidade. Em comparação com modelos com motor a combustão, os carros elétricos são tidos como mais caros e, devido à sua curta autonomia e à rede de infraestrutura e abastecimento ainda insuficiente, sua aprovação é limitada. A segurança dos acumuladores também amedronta alguns compradores. A tecnologia das baterias é complexa, fazendo com que os fabricantes enfrentem novos desafios. As exigências para baterias utilizáveis em modelos elétricos são muito altas.

“A autonomia é um dos principais critérios para compradores de veículos elétricos”, afirma Otmar Bitsche, diretor de e-mobility da Porsche. Atualmente a referência são as baterias de alta tensão com a mais nova tecnologia de íon-lítio. Sua quantidade de energia específica atual está em cerca de 270 watts-hora por quilograma (Wh/kg). De modo semelhante ao desenvolvimento dos telefones celulares e seus acumuladores, a tecnologia de baterias passa por progressos contínuos de desenvolvimento de até 5% ao ano.

A importância crescente da eletromobilidade está motivando os desenvolvedores no mundo inteiro a competir pelas melhores soluções. Pesquisa-se tanto para o aperfeiçoamento da atual tecnologia de íon-lítio com novos materiais, quanto para tecnologias de bateria totalmente novas baseadas em eletrólitos sólidos.

→ OS DESAFIOS

Três fatores essenciais determinam as pesquisas. Em primeiro lugar, o peso. Em segundo, a temperatura. Em terceiro, a disponibilidade dos recursos naturais. Teoricamente, é possível alcançar hoje em dia uma autonomia acima de 500 quilômetros, mas com um porém: o peso das poderosas baterias. Por isso, comprime-se ao máximo os íons de lítio. Quanto mais deles couberem numa bateria, mais elétrons e, portanto, mais energia pode ser armazenada no mesmo espaço. Para tal, altera-se a nível atômico e molecular os processos físicos e químicos dentro da célula. Ao mesmo tempo, uma bateria só opera perfeitamente a temperaturas ideais. Um acumulador de íon-lítio trabalha melhor entre 20 e 40 graus Celsius. Isso vale tanto para a recarga quanto para o veículo elétrico rodando. Finalmente, existem ainda dois desafios cruciais para os fabricantes de automóveis: a disponibilidade suficiente de recursos naturais e sua extração sustentável. A Porsche já está se preparando intensivamente para esses desafios.

→ O CAMINHO DA PORSCHE

Velocidade em vez de peso – esse é o lema de Weissach. Em lugar de instalar acumuladores pesados, a Porsche aposta na recarga rápida. Para tal, a eletricidade atravessa cerca de 400 células conectadas em série ou paralelo. Cada uma conta com uma tensão de aproximadamente 4 volts. Sob o controle do gerenciador de bateria, tem-se, simplificando, o acumulador de 800 volts. “Foi um grande desafio assegurar a enorme potência da bateria ao longo de toda a amplitude térmica, tanto durante a recarga quanto durante a descarga”, conta Nora Lobenstein, responsável por todos os sistemas de armazenamento de energia da Porsche. As soluções foram um protocolo de recarga inteligente e um permutador de calor eficiente, que leva os acumuladores rapidamente à temperatura operacional e os refrigera com segurança quando estão sob altos níveis de carga – ou seja, durante altas demandas de potência ou uma recarga rápida. A meta da Porsche para o sistema de recarga rápida é um abastecimento em torno de 15 minutos para 400 quilômetros de autonomia. Além das paradas rápidas, a recompensa pela tecnologia de 800 volts são os cabos de bitola menor no carro. Eles economizam peso.

Um Porsche tem um ciclo de vida extremamente longo, que excede os de modelos de outras marcas. Isso também deverá valer para as baterias.

Mas Lobenstein não dá por encerrado o caso das baterias. Pois em Weissach, a sustentabilidade é mais do que um simples jargão de marketing. Assim, engenheiros da Porsche pesquisam intensamente como as baterias poderão ser reutilizadas no futuro. Via de regra, os carros da Porsche têm ciclos de vida extremamente longos, que excedem os de modelos de outras marcas. Isso também deverá valer para as baterias. Uma segunda vida, no mínimo. 

Recarga

→ A SITUAÇÃO

Distâncias longas entre estações de recarga, modelos de pagamento diferentes, sistemas de tomada concorrentes e redes elétricas fracas demais – a tentativa de se injetar energia nova em baterias vazias mostra-se difícil. Padrões internacionais para uma rede de abastecimento abrangente com modernas estações de recarga para milhões de carros elétricos? Ainda um sonho. Basicamente, os sistemas de recarga condutiva e indutiva diferem. Na condutiva, a energia flui entre veículo e rede elétrica mediante cabo e sistema de tomada. Na indutiva, a energia é transmitida entre veículo e rede elétrica sem cabo algum, através de indução eletromagnética.

Na condutiva, com cabo, faz-se a distinção entre a recarga com corrente alternada (AC) em tomadas trifásicas comuns de 400 volts com desempenho de recarga de, no máximo, 22 kW e a recarga com corrente contínua (DC) com potência de até 350 kW. A recarga AC é tipicamente realizada em casa ou no local de trabalho. A DC serve para um abastecimento rápido em trânsito. Para a recarga AC é preciso uma wallbox instalada ou um cabo de alimentação adequado para se conectar a tomada ao veículo. Em eletropostos de AC públicos, basta um cabo especial com plugue CCS.

É possível que a demanda adicional de energia permaneça relativamente administrável até 2025. Estimativas indicam que a princípio haverá um discreto aumento da demanda de energia para eletromobilidade, dependendo de cada região. Só a partir de 2035 é que se prevê um crescimento acentuado da necessidade de energia. O principal responsável por isso: o desenvolvimento na China.

→ OS DESAFIOS

Descer do carro, abrir a tampa do tanque, introduzir o bico de abastecimento, pagar – e partir em poucos minutos: isto é praxe para motoristas. Em princípio, a tecnologia necessária para recarregar veículos elétricos já está disponível e a montagem da infraestrutura para recarga já começou em toda a Europa. Mas um abastecimento descomplicado e rápido de veículos elétricos ao longo de rodovias e em ambiente urbano requer acordos e disposições internacionais – o que não é consenso. É necessário envolvimento da esfera política. Afinal, as já poucas estações de recarga rápida atuais à disposição raramente vão além de 50 quilowatts. Só depois de cerca de uma hora é que elétrons suficientes chegam à bateria para que se possa partir para a próxima etapa de 250 quilômetros. Portanto, as questões são: como recarregar mais rapidamente? Como criar postos de recarga padronizados suficientes? Como reforçar redes elétricas fracas?

→ O CAMINHO DA PORSCHE

A implantação de uma rede de recarga abrangente para carros elétricos vai levar anos. Para acelerar isso, a Porsche mostra serviço. “Uma recarga rápida só funciona com mais potência, isso já estava claro desde o início”, explica Fabian Grill, que acompanha a implantação da infraestrutura de recarga para a Porsche. Um importante pré-requisito já foi alcançado por seus colegas: o Taycan, o primeiro esportivo da Porsche movido somente a bateria, anda com um acumulador de 800 volts. Para poder utilizar estas possibilidades técnicas em espaços públicos, a Porsche está impulsionando a implantação de uma infraestrutura de recarga rápida.

A empresa segue três opções. Primeira: recarga em casa, possível através de um ponto de recarga doméstico ou por indução através de uma placa no assoalho. Segunda: recarga em cidades, concebível a partir da infraestrutura já disponível. E terceira: recarga ao longo dos principais eixos rodoviários da Europa. É disso que cuida a joint venture Ionity. Junto com o Grupo BMW, a Daimler AG, a Ford Motor Company e o Grupo Volkswagen, da qual a Audi faz parte, a Porsche está abrindo caminho para a implantação da rede de recarga rápida para veículos elétricos mais potente da Europa. A instalação e operação de cerca de 400 parques de recarga rápida até 2020 são passos importantes para garantir a eletromobilidade também para percursos longos e, com isso, consolidá-la no mercado. Cada um dos parques de recarga rápida da Ionity contará com vários pontos de abastecimento. Eles garantem que os veículos possam ser recarregados a cada 100–150 quilômetros ao longo da rede rodoviária europeia. Se o número de veículos crescer, a infraestrutura cresce junto. Com isso, até 2020 os clientes terão acesso a milhares de pontos de recarga HPC (High Power Charging), independente da marca ou potência de seus veículos. A potência de até 350 quilowatts por ponto de recarga possibilita aos veículos correspondentes um tempo de recarga bem menor em comparação com os sistemas atualmente disponíveis.

Com a Porsche Engineering, sua empresa afiliada, a Porsche aposta em um conceito modular próprio para parques de recarga ultrarrápida.

“Plugue e recarregue rapidamente” é o lema. O pagamento é completamente automático. A Porsche e sua afiliada Porsche Engineering apostam no desenvolvimento de um conceito modular para parques de recarga ultrarrápida. Seja estações avulsas em áreas rurais ou dezenas de bombas de recarga ao longo de rodovias e estradas: um sistema inteligente que permite uma escalabilidade praticamente infinita. Isso é importante para que se possa operar os parques de recarga de forma eficiente e lucrativa. Para os clientes da Porsche, o que está em primeiro plano é também poder recarregar rápido onde não existem redes elétricas fortes. Agora isso já é possível, graças a baterias-reserva que garantem disponibilidade permanente e capacidade suficiente: em torno de 15 minutos é o que dura um abastecimento para se obter 400 quilômetros de autonomia em todos os postos de recarga Porsche. O uso da estação de recarga com tela tátil é parecido com o de um caixa eletrônico e tão seguro quanto. A implantação de uma infraestrutura de recarga abrangente também está sendo levada adiante nos EUA e na China.

A solução da Porsche é, aliás, aplicável universalmente em todos os veículos elétricos. O sistema eletrônico de controle identifica o modo de recarga e reduz a corrente, se o modelo não for concebido para recarga rápida. Essa infraestrutura transforma pioneirismo em normalidade e autonomia confiável.