CARGA DE VEÍCULOS ELÉTRICOS 3.1 Introdução
3.3 Métodos de Carregamento dos PEVs
Em 1991, toda a estrutura do conselho de trabalho da EPRI reuniu-se com o objetivo de convidar as partes interessadas da indústria de VE para estabelecer elementos de consenso sobre os métodos e requisitos de carga dos PEVs. Partes como representantes de grandes empresas automobilísticas, companhias de energia elétrica, fornecedores de componentes, fabricantes de equipamentos e organizações nacionais de normatividade. Três níveis de carga foram definidos pela EPRI e cadastrados no Código Elétrico Nacional (NEC) junto com os requisitos de funcionamento e sistemas de segurança correspondentes.
A EPRI publicou um documento em 1994 que descreve os elementos de consenso da infraestrutura de trabalho formada.36
As baterias dos PEVs poderiam ser carregadas a partir da rede elétrica conectando o PEV na tomada disponível. Para isto, é necessário ter a infraestrutura adequada com as características de carga estabelecidas.
Atualmente, duas diferentes técnicas de conexão estão disponíveis comercialmente: a conexão condutiva e a conexão indutiva. Esta última também chamada de conexão sem fio utiliza campo magnético para o acoplamento sem um contato direto. Ainda é muito cedo para saber se a tecnologia sem fio poderá ser comercializada em grande escala, pois tem ainda alguns obstáculos para sua implementação, como as perdas de 10%. Na conexão condutiva, a energia é transferida por meio de uma conexão direta entre o PEV e o carregador por meio de um fio, e um esquema já desenvolvido e normalizado pela EPRI com a estrutura física necessária para atingir as necessidades do consumidor e a indústria elétrica. Este último tipo de conexão é muito mais popular que a conexão indutiva. Existem três diferentes métodos na conexão condutiva níveis de carga 1, 2 e 3 que podem ser identificados, os quais estão cadastrados na norma do NEC dos EUA.33 A seguir apresentam-se os níveis de recarga.
3.3.1 Nível 1 de Carga
Este modo de carga das baterias dos PEVs é chamado de modo lento, onde a taxa de carregamento entregue no VE conectado é baixa (com baixos níveis de corrente e tensão). Este tipo de carga é efetuado normalmente em áreas residenciais por meio de uma tomada típica de uma instalação de uso final ou à rede de baixa tensão que faz parte da rede de distribuição. Na área residencial, a tomada normalmente está localizada nas garagens das casas e normalmente o veículo é conectado no horário da noite. Este modo de carga também funciona no estacionamento das empresas de grande porte, onde existem as mesmas condições de instalação para sua conexão, e pode ser carregado durante o dia. Geralmente, nenhum equipamento especial precisa ser instalado para efetuar este tipo de carregamento.
Neste modo de carregamento, é usada uma tensão padrão de 120 VAC, com corrente de 15 A (onde também podem ser utilizados 12 A) ou 20A (onde também podem ser utilizados 16A). Estes níveis de tensão são os mais baixos encontrados comercialmente no modo de carregamento de PEVs e estas caraterísticas de carga são normalmente encontradas em edifícios residenciais e nas garagens das casas.
Este modo de carregamento fornece uma taxa de potência máxima de 3,44 kW, o que tem como consequência um aumento no tempo de carregamento de baterias de maior capacidade. Inicialmente, foi um modo de carregamento pensado para adotar enquanto a tecnologia de baterias tinha uma posição estável no mercado, mas atualmente é pensado como uma boa solução em casos de emergência, mesmo tendo um nível de taxa de carregamento baixo e tempo longo de carga.
Para este modo de carga é usado uma tomada normalizada (apresentada na Figura 20), que pode ser a tomada doméstica existente ou tomada industrial a 16A, e o j1772, um padrão do conector no PEV. O exemplo da Figura 20 é de um conector de 5 pinos, sendo fase, neutro, terra, seletor de inserção e piloto de controle.
Figura 20 — Tomada normalizada
3.3.2 Nível 2 de Carga
Este é o modo de carga mais apropriado para ser utilizado pelo usuário, pois existe nas instalações públicas e privadas e é baseada em uma tensão de 240 VAC com uma tomada monofásica e corrente de 40 A. Este modo de carga utiliza um equipamento especial que proporciona a maior segurança exigida pela NEC.
O equipamento mais utilizado para este modo de carga é o “tipe Butt” ou “pin and Sleeve”, apresentado na Figura 21.
Figura 21 — Estação de controle de serviço
Fonte: Morrow, Karner e Francfort36
Neste modo de carga não se espera utilizar o modo de conexão indutivo, devido a que cada equipamento instalado requer um circuito ramal independente, tipicamente limitado a 15 A, com pequenas baterias de até 10kWh, onde este valor está sujeito às variações. Dependendo de onde for aplicada a normatividade e o nível de tensão fornecido pela concessionaria também pode fornecer uma taxa de carregamento ou potência de carga de até 3.3kW.36,34
3.3.3 Nível 3 de Carga
Este modo é também chamado de carga rápida. Uma das desvantagens dos VEs é sua autonomia limitada em modo totalmente elétrico e o tempo elevado que demora carregando suas baterias pelas suas características próprias de energia e dimensões. Este tipo de carga é desenvolvido para carregar o PEV com uma taxa de carregamento maior do que 20 kW e um
alto nível de corrente de carga. Desta forma, o PEV pode ser carregado até atingir um SOC de 80% em menos de uma hora.
Infelizmente, o alto nível de corrente causa um aquecimento da bateria, reduzindo sua a vida útil e eficiência. Portanto, incrementa-se o nível de segurança com as baterias instaladas nos PEVs quando se usam este tipo de carregamento.
Este modo de carga rápida é destinado para ser instalado em estações de serviço com aplicações comerciais e públicas, semelhante aos postos de combustíveis. Geralmente, usa um sistema de carga offboard com uma tensão de 480-VAC com circuito trifásico. Dependendo da aplicação, o fornecimento da taxa de carregamento varia de 60 até 150 kW, e como resultado obtém-se cargas de baterias até 50% só com 15 minutos de recarga.
Na Figura 22, observa-se um equipamento de grande porte. Este tipo de recarga ainda não é uma prioridade nos possíveis investimentos que serão feitos na nova infraestrutura de modos de recarga, mas prevê-se que terá influência sobre as vendas dos VEs no futuro, já que o avanço na capacidade das baterias terá um lugar bastante forte no setor de transporte. Com um modo de recarga rápido, a barreira da entrada dos VEs com maior autonomia elétrica no mercado é cada vez menor.36,37
Figura 22 — Equipamento carga rápida
Fonte: Kumar et al.4
Existe outro modo de carga, mas é pouco comum e depende de cada fabricante. Porém, está consolidado na NEC e, embora não seja comum, os fabricantes podem incorporar um off-Board DC, o qual pode ser utilizado para todos os modos de carga. Neste caso, o PEV
teria só um conector DC ou porto DC, o que implica que talvez não se encontre na infraestrutura de carga típica a forma de carregar o PEV.37
3.3.4 Troca de Bateria
Define-se como a troca de uma bateria que está descarregada por uma bateria que está totalmente carregada. Em uma estação de troca, este tipo de carga da bateria do VE tem uma grande vantagem que é a diminuição do tempo que demora o PEV para carregar sua bateria por meio de uma comutação da mesma. Tendo em conta considerações como o peso da bateria, pois não pode ser subestimado já que tem baterias que pesam desde 100 até 200 kg, é necessária uma automatização completa da troca da bateria, o que requer uma infraestrutura de custo elevado e uma diminuição na vida útil da bateria pela constante mudança.