A tecnologia “mild hybrid” de 48 Volt desenvolvida na Schaeffler permite uma significativa redução dos consumos e emissões da maioria dos automóveis, de um modo simples e a baixo custo. Esta tecnologia será, sem dúvida, decisiva na popularização massiva dos híbridos.
A nova tecnologia de 48 Volt desenvolvida na Schaeffler assegura uma significativa redução dos consumos e emissões. Poderá ser decisiva na popularização massiva dos automóveis híbridos, pela sua simplicidade de funcionamento, e porque pode ser instalada em automóveis e em estruturas de produção e montagem já existentes, o que permitirá comercializar modelos híbridos a preços muito competitivos.
Atualmente, aproximadamente 70% das emissões globais de CO2 devem-se à combustão de combustíveis fósseis, e o sector dos transportes representa quase um quarto desse valor. Para alcançar os ambiciosos objetivos climáticos de Paris, serão necessárias, no futuro, novas tecnologias na propulsão dos veículos.
A tecnologia elétrica continua a evoluir e, estima-se que no ano 2030, praticamente 30% dos automóveis de turismo produzidos funcionarão com uma propulsão totalmente elétrica. Outros 30% do mercado mundial ainda serão constituídos por veículos animados unicamente por um motor de combustão. E os 40% restantes terão propulsão híbrida.
A hibridização de 48 Volt permite eletrificar plataformas convencionais, proporcionando até 20 kW de potência elétrica sem obrigar a efetuar grandes alterações para adaptar toda a arquitetura. Por comparação com os sistemas híbridos de alta voltagem a tecnologia de 48 Volt oferece uma sensacional relação custo-benefício. E a sua implementação técnica é simples, graças à sua conceção modular, que facilita a respetiva introdução. Existem seis níveis de hibridização de 48 Volt, que cobrem diferentes necessidades e prestações.
As vantagens da hibridização de 48 Volt
O sistema de hibridização “mild hybrid” permite uma redução média dos consumos e emissões de CO2 de 15% (segundo o novo ciclo WLTP - Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedures, em inglês, ou Procedimentos Mundialmente Harmonizados para Testes de Veículos Ligeiros, em português), graças à recuperação de energia nas fases de desaceleração e travagem, tal como atualmente sucede num automóvel elétrico.
Essa energia é utilizada em tantas situações de condução quanto seja possível, assim como para aumentar a potência, para conduzir de forma puramente elétrica ou para manter a velocidade de cruzeiro. De acordo com o fabricante alemão, o motor de combustão interna pode desligar-se entre 600 000 e 900 000 vezes durante a sua vida útil, dependendo da condução adotada.
A eficiência e as prestações do motor de combustão se incrementam com este sistema, proporcionando uma disponibilização extra de binário a baixas rotações. Por outro lado, com a legislação RDE (Real Driving Emissions), reduzir a carga do acelerador nas fases de aceleração, e utilizar catalisadores elétricos, pode levar a uma melhoria significativa das emissões.
Relativamente à hibridização de alta voltagem, a tecnologia de 48 Volt oferece uma implementação mais simples e um custo inferior. Pode prescindir-se de todos os elementos de isolamento elétrico necessários nos híbridos de alta tensão, o que é extensível a todos os sistemas elétricos de alto rendimento que equipam o automóvel.
Seis níveis de hibridização
A nova tecnologia elétrica desenvolvida na Schaeffler propõe 5 níveis de hibridização. Para as explicar, começo pelo sistema mais simples. No Nível 0, um motor elétrico unido à cambota do motor de combustão através de uma correia, permite que o alternador recupere uma grande parte da energia cinética que se perde na travagem. Uma pequena e económica bateria de iões de lítio serve para armazenar energia. A energia recuperada pode ser utilizada para voltar a arrancar o motor no funcionamento do sistema “start-stop”, para manter a velocidade de cruzeiro, ou para proporcionar uma aceleração adicional. Além disso o ar condicionado pode continuar a funcionar com o motor de combustão desligado.
As simulações de consumo e emissões no ciclo WLTC levadas a cabo pela Schaeffler mostram que um híbrido de nível 0 alcança uma poupança de 3,8% em consumos e emissões (relativamente a um microhíbrido de 12 Volt, com alternador inteligente e função start&stop) com um motor elétrico de polos assíncronos ou de polos alternados; e de 6,6 % com um motor elétrico síncrono de ímanes permanentes (PSM).
Esta tecnologia será utilizada de forma massiva nos próximos anos, especialmente na Europa, e contribuirá de forma decisiva para o cumprimento dos objetivos de emissões médias de CO2 das marcas.
Em 2030, estima-se uma produção anual de aproximadamente 20 milhões de unidades de sistemas de Nível 0
No primeiro módulo (Nível 1) a colocação do motor elétrico de 48 Volt também está na cambota, mas sem correia de acoplamento. Nesta disposição é sempre utilizado um motor síncrono de ímanes permanentes (PSM), mais compacto, e caraterizado pela sua elevada eficiência e entrega de binário. O híbrido de nível 1 alcança uma redução de consumos e emissões de CO2 de 8,5% no ciclo WLTC.
E esta percentagem é bastante melhorável caso sejam otimizados ao máximo os motores de combustão, com elementos como, por exemplo, o sistema de distribuição totalmente variável UniAir e um aumento da taxa de compressão.
No módulo de Nível 2 o motor elétrico é instalado entre o motor de combustão e a caixa de velocidades. Pensando nos sistemas de transmissão frontais transversais, onde o espaço disponível é reduzido, a Schaeffler desenvolveu uma variante paralela ao eixo, que atua sobre o veio de entrada da caixa de velocidades através de uma correia ou corrente. O sistema permite, igualmente, recuperar a energia de travagem e conduzir de forma elétrica a velocidades reduzidas, como em engarrafamentos, a estacionar ou em manobras. Os módulos de nível 2 permitem, ainda, hibridizar de forma rentável modelos com caixa de velocidades simples, abrindo caminho a esta tecnologia nos segmentos mais populares do mercado.
O módulo híbrido com motor síncrono de ímanes permanentes disponibiliza uma potência contínua de 10 kW, com picos máximos de 15 kW (20,3 CV) durante 20 segundos, possuindo a embraiagem de desconexão uma capacidade de binário de 250 Nm. É requerido um espaço axial adicional de 80 mm para integrar estes elementos – o que é fácil de conseguir numa disposição de motor transversal de três cilindros com tração dianteira – acarretando este módulo de Nível 2 um incremento de peso de 31 quilogramas.
No Nível 3 da Schaeffler o motor elétrico é colocado na saída de transmissão, configuração válida tanto para motores e transmissões em linha, como transversais; e permite a integração de uma embraiagem multidiscos, se necessário, para uma variante de tração total.
O módulo híbrido também pode ser utilizado num veículo de tração total com a adição de uma embraiagem multidiscos, transmitindo até 800 Nm de binário
O rendimento máximo do motor elétrico refrigerado por água é de até 20 kW em modo de gerador, e entrega até 234 Nm de binário máximo em modo de tração. A velocidade máxima do motor elétrico é alcançada a uma velocidade do veículo de, aproximadamente, 140 km/h e para um veículo com tração dianteira o módulo de hibridização pesa 22 kg. Com este sistema adicionado a um gerador de arranque de 12 V, as emissões de CO2 caem 15,3% por comparação com um veículo normal com motor de combustão.
Nível 4 para tração posterior e 4x4
No nível 4, a transmissão do eixo traseiro é substituída por um sistema de transmissão elétrica, que complementa o motor de combustão, que atua sobre o eixo dianteiro. Assim se obtém a tração total, bem como a desconexão total do motor e transmissão convencionais do motor elétrico. Uma transmissão de duas velocidades permite que o motor elétrico se ajuste à sua configuração ideal numa multiplicidade de situações de condução. A segunda velocidade é acionada a partir dos 70 km/h e está destinada à condução interurbana e em autoestrada, focando-se exclusivamente nas funções de reforço e recuperação.
O eixo está concebido de tal modo que torna possível a condução puramente elétrica em ambiente urbano, sendo o peso total do eixo elétrico de, aproximadamente, 40 quilogramas.
Num sistema de tração total convencional, num modelo típico do segmento C, incrementa-se em média o consumo em cerca de 11 %, conseguindo um híbrido de nível 4 de tração total reduzir o consumo e emissões em cerca de 15,5% relativamente a um tração dianteira; e em 24% relativamente a esse mesmo modelo com tração total convencional.
Por último o módulo Nível 5, igualmente desenvolvido para os veículos de tração integral ás quatro rodas, mas em que o sistema de hibridização atua de um modo diferente. Neste caso, o propulsor e a transmissão estão alojados no cubo de cada roda de um eixo. Na tecnologia de 48 Volt, este nível apenas é válido para veículos ligeiros de apenas um passageiro.
O Grupo Schaeffler é um fornecedor global líder integrado dos sectores automóvel e industrial. A empresa é reconhecida pelas suas soluções da mais elevada qualidade, pela sua destacada tecnologia e pela sua grande capacidade de inovação.
