Conforme sabemos, a energia que os sistemas de um automóvel necessitam para funcionar é obtida tanto a partir de uma bateria como do alternador.
A bateria fornece energia mesmo quando o veículo se encontra desligado, enquanto o alternado0r fornece energia quando o motor se encontra em funcionamento, carregando também a bateria.
Os primeiros automóveis utilizavam baterias de 6 V. Esta tensão era suficiente para alimentar os poucos sistemas elétricos existentes então, que consistiam basicamente na bateria, faróis e eventualmente um rádio.
No entanto, com o tempo as exigências de energia dos carros aumentaram, e com isso a alimentação por uma tensão baixa começou a ser problemática.
A primeira alteração ocorreu em nosso país por volta de 1967 quando os carros passaram a utilizar baterias de 12 V, o que ocorre até hoje.
Conforme sabemos, a corrente para alimentar um determinado dispositivo no carro depende da tensão. (Veja mais no Curso de Eletrônica - Eletrônica Básica)
Assim, se alimentamos uma lâmpada de 12 W com 6 V, a corrente será de 12/6 = 2 ampères. Estes 2 ampères determinam a espessura mínima do fio usado, sem que haja perdas apreciáveis.
Se usarmos 12 V para alimentar a mesma lâmpada, a corrente será de apenas 12/12 = 1 ampère, o que significa a possibilidade de usarmos fios mais finos.
Além disso, ocorrem perdas na resistência do fio e estas perdas são tanto maiores quanto maior a corrente e maior a resistência do fio.
Usando tensões maiores as perdas são menores. Com o aumento de dispositivos elétricos e eletrônicos nos carros, mesmo os 12 V estão se tornando problemáticos em termos de consumo e mesmo de custos da fiação.
Assim, a nova geração de automóveis que está por vir já prevê a utilização de baterias de 42 V. Os fios de ligação dos diversos dispositivos podem ser 3,5 vezes mais finos com esta tensão!
Corrente e tensão
Para entender melhor os conceitos de corrente, tensão e potência, muito importantes para os conceitos dados neste artigo, sugerimos estudar o capítulo correspondente co Curso de Eletrônica - Eletrônica Básica.
Ao longo da evolução do automóvel cada vez mais dispositivos foram agregados ao sistema elétrico, aumentando seu consumo. Assim, de menos de 500 W de potência consumida na década de 80, os carros passaram a 1 000 W na década de 90 e já em 2005 a potência ultrapassava os 1 500 W.
Nos veículos médios a potência já se aproxima dos 3 000 W em 2013, ano em que completamos este livro e para os veículos grandes já ultrapassa os 3 500 W.
Isso significa, não apenas a necessidade de baterias com muito maior capacidade como também fiação que utilize fios cada vez mais grossos.
Consumo e autonomia
O consumo de um equipamento do carro também determina a autonomia da bateria quando só ela deve fornecer energia. Assim, um som potente pode permanecer ligado apenas alimentado pela bateria por menos tempo que um de menor potência ou usado com menor volume.
Uma forma de se reduzir a espessura dos fios da fiação de um veículo e também as correntes dos principais dispositivos alimentados é com a adoção do padrão de alimentação de 42 V em lugar de 12 V.
Com uma tensão 3,5 vezes maior, as correntes nos dispositivos alimentados serão 3,5 vezes menor e, com isso, a espessura dos fios poderá ser reduzida. Esse padrão tende a ser adotado nos próximos anos.
No sistema de 42 V, o automóvel terá duas baterias, uma de 12 V para os dispositivos de menor consumo e uma de 42 V para os dispositivos de maior consumo, conforme mostra a figura 1.
Conforme podemos ver pela figura, a bateria de 42 V é ligada de tal forma a alimentar as cargas pesadas e o motor de partida e também um conversor que serve para a carga da bateria de 12 V a partir do alternador.
O alternador carrega a bateria de 42 V e também a 12 V através do conversor.
A bateria de 12 V, por sua vez, alimenta as cargas leves, ou seja, as que possuam menor consumo.
Os conversores DC/DC que convertem os 42 V em 12 ou 14 V para a carga da bateria menor são do tipo trifásico com arquitetura bastante semelhante ao que encontramos nas aplicações industriais.
A adoção dos 42 V em lugar de outro valor padronizado como110 V ou 220 V tem também motivos de segurança.
Obs: se quiser saber muito mais sobre os sistemas elétricos do automóvel veja o livro Curso de Eletrônica - Eletrônica Automotiva de Newton C. Braga
