O documento resume os principais componentes de veículos elétricos, incluindo: 1) Motores de indução alimentados por inversores de frequência que controlam a velocidade e torque; 2) Pacotes de baterias de íon de lítio que fornecem energia elétrica; 3) Sistemas de frenagem regenerativa que recarregam as baterias durante desaceleração.

1. ELECTRIC VEHICLE STUDY
REGINALDO ALMEIDA
Estudo baseado nas seguintes fontes:
https://www.youtube.com/watch?v=3SAxXUIre28&feature=youtu.be
https://estore.ricardo.com/wp-content/uploads/2015/09/Tesla-Model-S-60_Benchmarking-Overview_v2-Preview.pdf
https://en.wikipedia.org/wiki/Nissan_Leaf
http://automoveiseletricos.blogspot.com.br/2012/07/os-inversores-de-frequencia-dos.html
https://www.digitaltrends.com/cars/tesla-model-3-performance-specs-news-rumors/3/
https://www.tesla.com/blog/model-s-efficiency-and-range
https://www.tesla.com/model3

2. Induction Motor
Inverter
MAIN PARTS

3. Lithium-Ion Battery
Power source
MAIN PARTS

4. INDUCTION MOTOR
Um motor de indução é composto basicamente de duas partes: Estator e Rotor. O espaço
entre o estator e o rotor é denominado entreferro. O estator constitui a parte estática e o
rotor a parte móvel.
O estator é composto de chapas finas de aço magnético tratadas termicamente ou de aço
silício para reduzir ao mínimo as perdas por correntes parasitas e histerese. Estas chapas
têm o formato de um anel com ranhuras internas (vista frontal) de tal maneira que possam
ser alojados enrolamentos, os quais por sua vez, quando em operação, deverão criar um
campo magnético no estator.
O rotor também é composto de chapas finas de aço magnético tratadas termicamente, com
o formato também de anel (vista frontal) e com os enrolamentos alojados
longitudinalmente.

5. Motor trifásico de
Corrente Alternada
INDUCTION MOTOR

6. A corrente alternada nas bobinas do Motor trifásico produz um campo magnético rotativo. O
Motor da Tesla produz um campo magnético rotativo (RMF) de 4 polos.
INDUCTION MOTOR
 Este campo magnético induz corrente no barras do rotor para faze-lo girar.
 O rotor do motor de indução está sempre atrasado em relação ao RMF
= (Velocidade do Rotor < Velocidade RMF)
 A Velocidade de rotação (N) depende da frequência (f) da corrente alternada fornecida
= (N α f )
 A extensão da velocidade (speed Range) vai de 0-18000 rpm.

7. INDUCTION MOTOR
 A extensão da velocidade (speed Range) do motor de Indução vai de 0-18000 rpm. Esta é a
maior vantagem que o Motor de Indução tem em relação ao motor de indução.
 O motor de combustão produz torque utilizável e potencia de saída somente dentro de um
range limitado de velocidade.
 Por isso a conexão direta do motor de rotação ao
semieixo da roda não é possível.
 Uma caixa de transmissão precisa ser introduzida
para variar a velocidade da roda motriz.

8. INDUCTION MOTOR
 Por outro lado o motor de Indução vai trabalhar de
maneira eficiente em qualquer range de velocidade,
desta forma os carros elétricos não precisam de
cambio de transmissão.
 Além disso o motor de combustão não produz
movimento de rotação. O movimento linear dos pistãos
precisa ser convertido em movimentos rotacionais e
isso causa problemas de balanceamento mecânico.
 O motor de indução também não consegue dar a
partida por si mesmo e precisa de um motor de partida
auxiliar.
 A potencia de saída do motor de indução é sempre
irregular e alguns acessórios como o alternador (para
recarga) são necessários para resolver estes problemas.
 Os motores de Indução tem movimento rotacional
direto e potencia de saída uniforme

9. INDUCTION MOTOR
 Os motores de Indução tem movimento rotacional direto e potencia de saída uniforme e
desta forma vários componentes complementares do motor de combustão podem ser
eliminados nos Carros Elétricos

10. INVERTER
 O pacote de baterias produz Corrente Contínua (DC) e para alimentar o motor de indução
é necessário uma fonte de Corrente Alternada (AC).
 Um inversor é usado para este propósito.

11. INVERTER
 Esse dispositivo eletrônico também controla a frequência da AC, que por sua vez controla
a velocidade e torque do motor. Além disso o Inversor pode controlar a amplitude da
frequência de entrada no Motor que controla a potencia de saída (força motriz).
 Desta forma entende-se o Inversor como o cérebro do Carro Elétrico.

12. BATTERY PACK
 O pacote de baterias, de forma simples, seria como um arranjo de várias pilhas (células)
similares aquela usadas no dia-a-dia.
 As células são conectadas em uma combinação de arranjos em séries e paralelo para
produzir a potencia necessária para alimentar os motores de indução.

13. BATTERY PACK
 O fluído refrigerante passa entre tubos metálicos nos “gaps” que existem entre as células
 O uso de células pequenas ao invés de células grande favorece um esfriamento efetivo
através de uma distribuição uniforme de temperatura e consequentemente aumentando
a vida útil da bateria.

14. BATTERY PACK
 As células são dispostas em módulos destacáveis.
OBS: Os pacotes de bateria do Tesla Model S tem 7000 células.
 O fluido refrigerante aquecido passa por um radiador na região frontal do veículo.

15. BATTERY PACK
 O posicionamento do Battery Pack próximo ao chão abaixa o centro de gravidade dos
veículos elétricos. Um baixo centro de gravidade melhora consideravelmente a
estabilidade do veículo.
 O Battery Pack também trabalha como reforço da rigidez estrutural devido sua
distribuição no assoalho do veículo.

16. DRIVE TRAIN
 A potencia produzida pelo motor de indução é transferida às rodas via uma caixa de
transmissão (GearBox). As únicas razões para o uso de transmissão no carro elétrico é
redução da velocidade e multiplicação de torque.
 Porém a caixa de transmissão necessária para um Veículo Elétrico (EV) é uma simples
transmissão de velocidade única (caixa redutora de relação única) porque o motor é
eficiente em uma ampla variedade de condições. Par mudar a direção de rotação do eixo
de transmissão basta inverter a fase de potencia.
Vale lembrar que na
mesma proporção em que
a velocidade é reduzida na
saída da caixa de redução,
o torque é aumentado, de
modo que a potencia é
conservada.

17. DRIVE TRAIN
 A Gearbox do EV também possui o diferencial que é responsável em diferenciar as
velocidades de rotação das rodas Direita e Esquerda.
 Um diferencial transfere, mediante
engrenagens cônicas, as rotações pelo Eixo
Cardan para ambos os semi-eixos em
velocidades diferentes e com o mesmo
torque. Em geral, o diferencial é aplicado nos
veículos terrestres tracionados por motores
de qualquer natureza. O torque é produzido
pelo motor e chega ao diferencial através do
Eixo Cardan (eixo do pinhão), e assim é
dividido entre as duas rodas de tração.

18. DRIVE TRAIN
 Os EV fazem uso de um diferencial aberto, porém estes possuem um problema de
controle de tração. A razão para se usar o diferencial aberto é o fato deste conseguir
carregar mais torque.

19. DRIVE TRAIN
 O problema do controle de tração pode ser resolvido por dois métodos:
• Freio Seletivo (Selective Braking)
• Cortando o fornecimento de Energia (Power flow cut)
 Nos motores de combustão o corte de fornecimento de energia não é tão eficiente.
 Nos EV o corte de fornecimento é controlado por um algoritmo no software de controle
no Inversor, sensores e controladores.
 Resumindo: nos EV a transmissão complexa foi substituído por um software de controle.

20. REGENERATIVE BRAKING SYSTEM
 O EV pode ser guiado usando somente um pedal devido ao sistema regenerativo de freio.
Este sistema regenera a energia cinética do veiculo durante as frenagens transformando
em eletricidade, ao invés de dissipar em calor (perda de energia)
 Todo momento em que o pé é liberado do acelerador o freio regenerativo passa a atuar.
O próprio motor de Indução trabalha como Gerador.

21. REGENERATIVE BRAKING SYSTEM
 Durante a Indução do motor a velocidade do Rotor é menor que a velocidade do campo
de indução. Quando a velocidade do rotor é maior que a do campo de indução o sistema
trabalha como um gerador.
 O Inversor ajusta a frequência da potencia de entrada e mantém a velocidade do campo
de indução (RMF) abaixo da velocidade do rotor. Isto gera eletricidade nas bobinas que é
maior que a eletricidade fornecida pelas baterias e a eletricidade é armazenada pela
Battery Pack. Como o campo eletromagnético oposto atua no rotor durante este
processo fazendo o carro a frear. Por isso o veiculo pode ser controlado usando um único
pedal. O Pedal do freio só é acionado para um parada completa ou uma frenagem mais
brusca.

22. REGENERATIVE BRAKING SYSTEM
 O Sistema de Recuperação de Energia Cinética chamado de KERS (do inglês Kinetic Energy Recovery
System) é o termo genérico dado aos dispositivos que *recolhem a energia cinética gerada na
desaceleração do carro que seria desperdiçada e, em seguida, a reutiliza. Ao serem acionados os
freios a energia do torque resultante normalmente desperdiçada é transformada em eletricidade e
levada a um capacitador, o qual alimenta o sistema propriamente dito, o qual, ligado ao eixo de
propulsão do motor, faz com que ganhe potência.
 Há também o Flybrid que está em desenvolvimento, para ser usado na Formula 1 que trará
benefícios aos carros. O Flybrid é um volante de inércia acoplado a uma transmissão, que armazena
a energia liberada durante a frenagem do carro pela sua própria rotação. Esta energia que foi
guardada no momento da frenagem do veículo é reutilizada quando o piloto acionar um botão. O
resultado é um aumento de potência de 81,6 CV e aumento no tempo de 6,67s e está cogitada a sua
utilização já na temporada 2009 de Fórmula 1. Sem grande acolhida por todas as equipes, precisa
cuidar de pontos chave como a segurança dos pilotos e da equipe, visto que, mesmo sendo um
processo relativamente simples, requer um delicado conjunto de peças que trabalham em altíssima
velocidade (64500 rpm no sistema).

23. ADVANTAGES X DISADVANTAGES
VANTAGENS
 Veículos de alto desempenho
 Alta Resposta
 Silenciosos
 Sem poluição no nível de veículo
 Menor custo de manutenção
 Altamente seguro
 Transmissão de velocidade simples
 Alta relação Torque & Potencia
 Controle efetivo de Tração
DESVANTAGENS
 Alto tempo de recarga (uma hora)
 Baixa autonomia
 Alto Custo

24. TESLA MODEL S
The 2012 Tesla Model S Performance model
has a three phase, four pole AC induction 416 hp (310
kW) and 443 ft·lb (600 N·m) rear-mounted electric
motor with copper rotor.[66] The base model uses a 362
hp (270 kW) and 325 ft·lb (440 N·m) motor.
Drag Coefficient of Cd=0,24
The Model S P90D has a top speed of 155 mph (250
km/h) and it accelerates from 0 to 60 miles per hour (0 to
97 km/h) in 2.8 seconds, despite the lower total motor
power, in part due to the improved traction of the all-
wheel drive powertrain. The Model S P85D, a dual motor
all-wheel drive vehicle has a governed top speed of 155
mph (250 km/h)[71] and it accelerates from 0 to 60 miles
per hour (0 to 97 km/h) in 3.2 seconds (tested to 3.1
seconds), under "Insane Mode“
Battery Pack Weight = 544Kg

25. TESLA MODEL S

26. TESLA MODEL S

27. TESLA MODEL 3

28. NISSAN LEAF
O VE puro mais vendido no mundo até 2014, era o Nissan LEAF e os engenheiros que o projetaram
optaram por um motor CA Síncrono de Imãs Permanentes no Rotor (PMAC). Este não é o motor CA mais
simples e isso poderá vir a ser revisto futuramente pois, não há nada que efetivamente impeça a
aplicação do motor CA assíncronos, com rotor do tipo "gaiola de esquilo" - o motor CA mais simples que
existe - nos VEs, de um modo eficiente e competitivo.

29. NISSAN LEAF
Um motor CA síncrono 80 kW (aprox. 109 hp métricos ou aprox. 109 CV) pode operar numa gama de
variação de rotação de 0 a 9.000 rpm, enquanto que a velocidade de movimento do carro vai variar de 0
a 90 mph (0 a 145 km/h). É exatamente assim que ocorre com o Nissan LEAF, cuja relação Velocidade x
Torque pode ser observada nos gráficos de eficiência e performance dinâmica mostrado a seguir:
Podemos constatar que a curva de Velocidade x Torque do motor tem um pico de potência, muito próximo de
2730 rpm (equivalendo aproximadamente a 27,3 mph ou 44 km/h) de modo que, acelerando desde 0 a 27,3
mph o torque é constante e a potência varia, crescendo junto com a velocidade e, deste ponto em diante em
diante, o motor gira com prejuízo de torque a medida que a velocidade aumenta, de 2.730 rpm até atingir
9.000 rpm (90 mph) final, mantendo, nesta faixa, a potência constante: Assim sendo, o torque máximo já é
disponível desde a velocidade zero, coisa complicada de se obter no sistema convencional com motor a
explosão. O sistema de motorização atinge uma elevada eficiência, de cerca de 95%, numa ampla faixa de
funcionamento. Mesmo na média ponderada dos pontos de operação utilizados com mais frequência pelo
veículo, a motorização elétrica ainda proporciona uma alta eficiência de mais de 90%.

30. NISSAN LEAF
A figura abaixo mostra também a performance dinâmica, com a relação entre as características do
motor elétrico e do desempenho do veículo necessário em termos de força de acionamento e a
velocidade do veículo. Com o motor elétrico fornecendo um torque máximo de 280 N.m e uma potência
máxima de 80 kW, o Nissan LEAF oferece desempenho suficiente e prático comparável aos veículos com
motor a gasolina, incluindo uma velocidade máxima condizente, de 150 km/h.
Ao contrário de um motor de combustão interna convencional, como o motor de um VE é puramente
elétrico e operado por um Inversor de Frequência, o qual possibilita oferecer um torque máximo desde
velocidade zero, isso resulta aceleração suave e consistente, eliminado trancos e solavancos que
normalmente ocorrem no sistema de fricção e ainda evita a manutenção periódica por queima da
mesma.