Como eletrificar uma máquina: motor, controlador, bateria, por onde começar?

Um kart, uma moto leve, um robô agrícola, um barco de passeio: todas essas máquinas podem ser eletrificadas, utilizando os mesmos componentes básicos. Um motor, um controlador que o gerencia, uma bateria e seu sistema de gerenciamento de bateria (BMS), e uma interface para o condutor. O que muda de uma máquina para outra é a forma como esses componentes são dimensionados. Este guia apresenta o método que seguimos em nossa oficina, independentemente do projeto.

O essencial

  • Um projeto começa com o uso, não com o motor: velocidade, peso, inclinação, duração de funcionamento, condições de uso.
  • O torque necessário e a velocidade desejada determinam o tipo de motor e sua transmissão.
  • O motor e a tensão da bateria determinam o controlador compatível.
  • A energia consumida durante um dia de uso determina a capacidade da bateria, e a corrente exigida define as células que a compõem.
  • Nada substitui os testes: primeiro em bancada, depois na máquina, com registro dos dados.

1. Elaborar as especificações técnicas

Antes de escolher qualquer peça, é necessário descrever a máquina e sua utilização. As perguntas são sempre as mesmas:

  • `Qual é a velocidade máxima e a que velocidade o veículo normalmente opera?`
  • Qual é o peso total, incluindo o condutor e a carga?
  • **Que tipos de inclinações**, quais as capacidades de aceleração: sem carga, com carga, em subida, em terrenos lamacentos?
  • Quanto tempo a máquina pode funcionar com uma única carga, e quanto tempo temos para recarregá-la?
  • **Em quais condições:** chuva, poeira, água, calor, vibrações?
  • Qual é a homologação que está sendo almejada, e em quantos exemplares?

São essas informações que permitem determinar as especificações adequadas. O mesmo motor pode ser perfeito para um kart de aluguel e completamente inadequado para um robô que se move lentamente durante todo o dia.

2. O motor e sua transmissão

O motor deve fornecer o torque necessário para as partidas e para subir inclinações, e atingir a velocidade máxima desejada. Entre os dois, a transmissão faz a conexão: um motor no cubo da roda (motor de cubo) não possui redução, enquanto um motor central aciona a roda por meio de uma corrente, uma correia ou uma caixa de redução, o que permite que ele gire mais rápido e seja mais compacto para o mesmo torque na roda.

A escolha entre as tecnologias de motor é detalhada em nossos guias sobre a diferença entre PMSM e BLDC e sobre os motores com ímãs internos. A relação entre tensão, velocidade e torque é explicada em nosso guia sobre o Kv, o Kt e os polos.

3. O controlador

O controlador converte a corrente contínua da bateria em corrente alternada para o motor, e decide a cada instante quanta corrente enviar a ele. Ele deve suportar a tensão da bateria com carga total, com uma margem de segurança, fornecer a corrente necessária para o torque desejado, e se comunicar com o restante do sistema: acelerador, freio, display, BMS. Nosso guia do controlador detalha esses pontos, e nosso guia sobre controle vetorial explica como ele controla o motor.

4. A bateria e o BMS (Sistema de Gerenciamento da Bateria)

A capacidade da bateria é calculada a partir da energia consumida em um dia de uso real, e não a partir de um consumo teórico. O tipo de célula é escolhido posteriormente, de acordo com a corrente solicitada: algumas células armazenam muita energia, mas fornecem pouca corrente, enquanto outras fazem o contrário. Consulte nosso guia para ver a ficha técnica de uma célula. O BMS (Battery Management System) protege a bateria e, em uma máquina bem projetada, se comunica com o controlador através do barramento CAN.

5. O condutor e a frota

Um display indica a velocidade, a carga e as falhas. Para uma frota de aluguel ou de uso profissional, também é necessário monitorar cada máquina remotamente: carga, falhas, horas de funcionamento, limites de velocidade por usuário. É aí que entra o RageLink, nosso sistema de monitoramento.

6. Os testes

Um sistema de propulsão é primeiramente validado em um dinamômetro, onde se medem torque, velocidade, eficiência e aquecimento em condições reproduzíveis, e depois na própria máquina, em seu uso real. Consulte nosso guia sobre a medição em dinamômetro.

Dica para a oficina.

A primeira versão de um documento de requisitos geralmente é excessivamente otimista em relação à autonomia e muito conservadora em relação à capacidade de subir inclinações. É fundamental testar o desempenho do equipamento atual em condições reais antes de definir as especificações para o novo modelo.

Nossos guias, organizados por modelo

Para um projeto profissional, nosso departamento de engenharia projeta toda a cadeia, dimensionada para a máquina.

Perguntas frequentes

Por qual peça devo começar?

Não há uma ordem rígida: comece definindo as especificações. Em seguida, escolha o motor, e a partir daí, selecione o controlador e a bateria.

É possível montar peças de marcas diferentes?

Sim, desde que o controlador seja compatível com o motor escolhido e que a bateria, o controlador e o display utilizem a mesma linguagem de comunicação. Muitas vezes, é nesse último ponto que ocorrem problemas de compatibilidade.

Um kit completo não seria suficiente?

Para uma máquina comum, às vezes. Mas um kit genérico raramente é dimensionado para o seu peso, as suas inclinações e a sua duração de uso, e muitas vezes não recebe o acompanhamento adequado após a venda.

Quanto tempo leva a conclusão de um projeto?

Depende da máquina e do número de unidades. Um protótipo sempre passa pelas etapas de dimensionamento, montagem e testes antes de uma possível produção em série.