Componentes para veículos elétricos (ART4249)

Com a ampliação do mercado para veículos elétricos e a quantidade cada vez maior de tipos disponíveis, a indústria de componentes eletrônicos deve estar apta a fornecer o que o mercado exige. Assim, uma infinidade de novos componentes está surgindo e muitos dos tipos que já existiam antes passam a atender uma nova demanda com a certificação exigida por esse tipo de aplicação. Neste artigo fazemos um breve apanhado dos tipos de componentes que encontramos nos carros elétricos e as exigências que eles devem preencher.

Em princípio, qualquer componente eletrônico pode ser usado num veículo elétrico dependendo apenas de onde e como vamos usar. Até mesmo os componentes mais antigos e tradicionais podem ser usados, dependendo do que vamos fazer.

Se quisermos incluir num carro moderno uma aplicação “velha guarda” como um amplificador valvulado no estilo antigo, o que pode atender a um público muito especial, podemos dizer que a válvula passa a ser um componente para o mercado de carros elétricos...

É claro que não chegamos a esse ponto. Os componentes específicos que podem interessar ao mercado são aqueles que são usados numa estrutura funcional de um veículo elétrico que possa ser considerada básica e essencial para seu funcionamento.

Isso inclui então componentes que possam ser usados nos seguintes blocos funcionais de um veículo.

- Circuitos de carga e monitoramento da bateria

- Circuitos de fornecimento e controle da energia ao motor

- Segurança

- Controles computadorizados das diversas funções de movimento

- Interface com o condutor

- Inteligência artificial e dirigibilidade

- Circuitos de conforto para os passageiros

- Circuitos de entretenimento

Para todas essas funções podem ser implementados os mais diversos circuitos que devem atender certas exigências e principalmente a compliance com as normas vigentes.

Praticamente todos os fabricantes de componentes elétricos e eletrônicos possui em sua linha de produtos pelo menos um que pode ser aplicado numa das funções básicas de um veiculo elétrico.

Assim, focalizar num artigo todos os fabricantes e produtos seria praticamente impossível. Por esse motivo, para dar uma ideia aos leitores do que está sendo usado, tomamos como referência a indicação da empresa que a maior distribuidora de componentes e que indica uma relação específica para aplicações automotivas.

Falamos da Mouser Electronics que tem em estoque milhões de componentes dos maiores fabricantes, aqueles que fornecem diretamente para a indústria produtos certificados com grau automotivo.

 

Figura 1  O carro elétrico – segurança TDK/Mouser
Figura 1 O carro elétrico – segurança TDK/Mouser

 

 

a) Sistema de armazenamento de energia, propulsão e controle

Um veículo elétrico é um pouco diferente da maioria das aplicações comuns com que estamos acostumados. Ele trabalha com correntes intensas e um sistema de armazenamento de energia poderoso com uma alta tensão de fornecimento.

As baterias dos carros elétricos armazenam uma quantidade de energia muito grande sob um regime de alta tensão. As correntes podem chegar a centenas de ampères e as tensões a centenas de volts.

Assim, neste ponto do veículo temos as aplicações da eletrônica de potência com circuitos que envolvem cabos e conectores de alta corrente que não apenas devem suportar os valores elevados dessas grandezas como também as condições rudes de operação.

Um veículo elétrico estará sujeito a problemas de calor e frio extremo, além de umidade e até o próprio contato com a água. Conectores para aplicações em veículos devem atender a exigências bastante estreitas em relação a calor, temperatura e poluição.

O próprio conector de carga da bateria a partir de uma fonte externa também tem como adicional de exigência a segurança, pois as correntes de cargas são perigosas.

Para este item importante empresas de conectores, cabos e outros aplicativos devem ser escolhidos com cuidados. A Mouser, por exemplo, indica como fornecedores:

Conectores:

Amphenol

Hirose

Omron

Molex

TE Connectivity

 

Neste caso não incluímos as empresas que fazem conectores para aplicações outras como as de controle, entretenimento, etc.

Temos ainda as empresas que fabricam terminais e blocos conectores como:

- Cui

- Phoenix Contact

 

Figura 2 – O sistema de carga usa componentes específicos (Imagem Mousrer Electronics)
Figura 2 – O sistema de carga usa componentes específicos (Imagem Mousrer Electronics)

 

 

b) Controles de potência

O sistema propulsor formado pelo motor e acoplamentos deve ser controlado por um sistema eficiente que inclui diversos recursos eletrônicos, destacando-se os semicondutores de potência usados num inversor.

Este circuito que fica entre a bateria e o motor contém semicondutores de potência e a eletrônica de controle para as intensas correntes que devem ser aplicadas ao motor segundo sua exigência de torque e velocidade.

Recebendo comandos a partir do condutor e de sensores apropriados, ele controla a corrente aplicada ao motor.

Nesse circuito encontramos circuitos integrados de potência, módulos IGBT, IPMs e circuitos de excitação ou pontes. Diversas são as empresas que fornecem esses componentes e módulos para aplicações específicas em veículos.

Diversos empresas fabricam os componentes para essa aplicação destacando-se as que distribuem através da Mouser Electronics :

- Infineon

- ST Microelectronics

- Texas

- Ixys

- ROHM

 

No entanto, para controlar os dispositivos de potência podem ser encontrados muitos circuitos especiais que constam de interfaces, baseadas na maioria dos casos em microcontroladores ou circuitos específicos e de interface tais como: placas de controle, gate drivers, reguladores de tensão, circuitos de gerenciamento, etc. Os principais fornecedores são:

- Texas Instruments

- ON Semiconductor

- Maxim

- ST Microelectronics

Temos ainda os circuitos do controle de transmissão que basicamente usam os mesmos componentes básicos como ICs de potência, IGBTs, etc. Nesta categoria também estão os dispositivos usados no controle de direção que se baseiam em semicondutores de potência (IGBTs) e placas de controle.

 

Figura 3 – Soluções para o controle de potência da ROHM/Mouser
Figura 3 – Soluções para o controle de potência da ROHM/Mouser

 

 

c) Sensores

Toda a interação dos dispositivos de um carro elétrico com o ambiente que o cerca, com o condutor e os passageiros depende de sensores. Uma grande quantidade de sensores faz parte do circuito eletrônico de um veículo elétrico, dentre os quais destacamos.

- Sensores de movimento

- Sensores de corrente

- Sensores de pressão

- Encoders

- Sensores de temperaturas

- Sensores de imagens

- Sensores de luz ambiente

- Sensores inerciais

- Microfones

- Giroscópios

- Sensores de toque

 

Os sensores citados não apenas proporcionam informações para o controle do veículo em si, como sensores inerciais, temperatura, pressão, luz, proximidade, toque, etc. adequando o funcionamento do motor, freios e direção como também para o conforto e segurança dos passageiros como luzes internas, câmeras, sistemas de vídeo, etc.

Uma grande quantidade de empresas fabrica sensores para aplicações em veículos elétricos, tais como:

- AMS

- CUI

EPCOS/TDK

- Adafruit

- Honeywell

- Ixys

- Litelfuse

- Maxim Integrated

- Murata

- NXP

-Omron

- Osram

- Rohm

-ST Microelectronics

- Texas Instruments

- Vishay

É claro que muitos dos sensors dessas empresas também encontram aplicações em outros campos.

 

Figura 4 – sensores automotivos NXP/Mouser
Figura 4 – sensores automotivos NXP/Mouser

 

 

d) Iluminação e conforto

Uma grande quantidade de recursos eletrônicos é encontrada num veículo elétrico, pois ele deve transportar passageiros humanos. Assim, destacamos a iluminação a LED, os displays de entretenimento, o sistema de ar condicionado, os ajustes de bancos e muito mais. Para estas aplicações uma grande quantidade de dispositivos eletrônicos entra em ação entre eles:

- LEDs que fazem parte da iluminação interna e externa (faróis, lanternas, etc.)

- Displays

- Sistemas de ar condicionado com controles de potência, sensres, microcontroladores que dotam todo o sistema de inteligência

- Encoders e acionadores que detectam posição de bancos, fazem ajustes e muito mais.

Praticamente todas as empresas que focalizamos nos itens anteriores fornecem componentes para estas aplicações.

 

e) Segurança e inteligência

Finalmente temos um item importante que é a segurança que envolve não só o uso de sensores como, por exemplo, os que fazem uso de ultrassons, sistema que detectam o uso dos cintos de segurança que envolvem sensores, sistemas wireless e também as placas microcontroladas.

Todas essa inteligência, interligada ao sistema, envolve o uso de algoritmos que também fazem parte do controle total do veículo e que é parte dele. As empresas que trabalham com soluções para uso automotivo, não apenas fornecem os componentes como as soluções na forma de placas de desenvolvimento e também os algoritmos.

Neste ponto destacamos as seguintes empresas:

- Google

- Coral

- texas Instruments

- Xilinx

- Intel/Altera

- ST Microelectronics

- NXP

- Silicon Labs

- Analog Devices

- Cypress Semiconductor

- Infineon

 

Figura 4 – A fórmula E é um laboratório que ajuda no desenvolvimento de soluções para veículos elétricos – Foto Mouser
Figura 4 – A fórmula E é um laboratório que ajuda no desenvolvimento de soluções para veículos elétricos – Foto Mouser

 

 

Conclusão

Temos hoje no desenvolvimento de veículos elétricos um Mercado que absorve uma infinidade de produtos eletrônicos de praticamente todas as categorias. Não abordamos neste artigo os componentes passivos, hardware e muito mais, pois a quantidade de itens aumentaria muito. No entanto, o leitor já pode ter uma ideia de como a escolha correta de componentes para um veículo pode impactar no seu desempenho e qualidade.

A Mouser Electronics tem uma infinidade de itens servindo para cada uma das aplicações citadas neste artigos e outras que podem ainda aparecer. No desenvolvimento de produtos e de veículos o leitor deve estar atento a atributos como qualidade, compliance, não descontinuidade de fabricação caso pretenda desenvolver um produto.

Sugerimos sempre que seja feita uma consulta prévia das possibilidade antes de se partir para o desenvolvimento de um projeto. No site da empresa www.mouser.com  o leitor terá uma fonte importante de informações para seu projeto.

 

 

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