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11 de outubro de 2013

Ônibus elétrico recarrega baterias em movimento

Por que parar para recarregar as baterias? O OLEV faz isso durante o percurso.

Carros elétricos não são a novidade da indústria automotiva. Do ponto de vista ambiental, eles são interessantes, pois, como não utilizam combustível fóssil como fonte primária de energia, não emitem gases estufa em grandes quantidades como os carros a gasolina ou a diesel.

Contudo, ainda há limitações significativas para este tipo de tecnologia. Em geral, este processo de carregamento das baterias leva cerca de oito horas, e, durante tal período, não é possível utilizar seu carro elétrico. Além disso, há um problema ainda maior: assim como a bateria do seu celular, a do carro também descarrega. No caso do Nissan Leaf, por exemplo, isso ocorre após percorrer apenas cerca de 120 km. Assim, caso precise viajar, é melhor deixar seu carro elétrico na garagem, ou você pode acabar dormindo no meio da estrada.

Mas, e se o veículo recarregasse suas baterias durante o próprio percurso, sem precisar de fios?  Foi exatamente a solução encontrada por engenheiros da KAIST (The Korea Advanced Institute of Science and Technology), na Coreia do Sul. Bobinas sob a via produzem um campo magnético modulado que se acopla com bobinas receptoras localizadas no veículo, transferindo energia de maneira tão eficiente que apenas de 5 a 15% da estrada precisam ser equipados com as bobinas transmissoras. Além de tudo, as bobinas transmissoras só são acionadas quando os sensores indicam que o veículo está próximo, garantindo mínimo desperdício de energia.

O sistema OLEV (online electric vehicle) já foi colocado em prática em parques e tem se mostrado um sucesso.  A ideia de transmissão de energia sem fio (ou wireless) não é nova, e já havia sido imaginada e testada por Nikola Tesla no começo do século XX.

Bobinas que recarregam as baterias do OLEV.
Bobinas que recarregam as baterias do OLEV.

Como funciona o OLEV?

A tecnologia wireless funciona pelo mesmo princípio de indução magnética de um transformador que muda a tensão de uma corrente alternada. A corrente passa por uma bobina, o que cria um campo magnético cuja polaridade inverte-se a cada ciclo. Isso induz um campo correspondente, que também se alterna na bobina secundária. A relação de espiras nas duas bobinas é o que determina se o transformador aumenta ou diminui a tensão.

Com essas informações, já é possível reconhecer os elementos do sistema: assim como em um transformador, no qual há duas bobinas, o sistema OLEV tem uma bobina primária sob a via e uma bobina secundária no veículo. Mas ainda há um problema: quanto maior a distância entre as bobinas, maior a perda de energia do sistema. Transformadores normalmente têm um núcleo de ferro que conecta as bobinas e ajuda a minimizar essas perdas. Tentativas anteriores de aplicar a transmissão wireless fracassaram justamente por haver perdas excessivas de energia durante o processo de transmissão, pois há um espaço muito grande entre as bobinas localizadas no asfalto e no corpo do veículo.

A solução para este problema está no acoplamento magnético. Quando uma bobina transmissora emite ondas eletromagnéticas na frequência de ressonância do circuito das bobinas receptoras, a energia é transferida de maneira muito mais eficiente. Para criar um sistema eficiente, a equipe apostou em duas características chave: uma primeira decisão foi pelo projeto que envolve duas espiras em vez de um sistema de dipolo. A segunda foi por um campo magnético modulado. Ao escolher as características corretas na geração do campo magnético, os engenheiros da KAIST conseguiram obter eficiência média de transmissão de 75% em testes nos quais o corpo do OLEV estava a 20 cm acima da estrada.

Ilustração: James Provost, adaptada para o português
Ilustração: James Provost, adaptada para o português

Na prática

Hoje, um OLEV circula pelo Zoológico de Seul em um caminho de 2,2 km, dos quais 370 m têm bobinas transmissoras abaixo do asfalto. Durante o trajeto, sensores magnéticos na via detectam a aproximação e ativam os transmissores. O ônibus ainda tem uma bateria interna, mas com capacidade 40% menor do que as utilizadas em sistemas comuns. Ele é ainda 6% mais leve e significativamente mais barato: custa U$ 88.500,00. e

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OLEV – ônibus que recarrega as baterias enquanto está em movimento

Foto: KAIST

Ilustração: James Provost, adaptada para o português

Artigo escrito com base nos seguintes trabalhos:
Seungyoung Ahn, Nam Pyo Suh & Dong-Ho Cho, IEEE Spectrum, 26/03/2013.
Philip E. Ross, IEEE Spectrum, 06/08/2013.

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