Como funciona o carregamento indutivo do novo Cayenne Electric?

Carregar pode ser muito fácil. O Cayenne Electric, que no futuro será oferecido paralelamente aos veículos a combustão e híbridos da série de modelos do SUV, vai demonstrar na prática: a Porsche desenvolveu a tecnologia de carregamento sem fio como opcional para a produção em série do novo SUV. Ou seja: em breve não haverá cabo de carregamento, wallbox ou manuseio – bastará estacionar o carro na garagem para iniciar o abastecimento de energia. Como funciona?

O sistema de carga consiste em apenas dois componentes: uma base de carregamento para garagem ou estacionamento e um receptor atrás do eixo dianteiro do Cayenne. “A Porsche é atualmente o único fabricante de automóveis que oferecerá carregamento sem contato com um inovador One Box System de 11 kW”, diz Christian Holler, coordenador da área de sistemas de carregamento. Já faz tempo que essa forma de carregamento se tornou comum no cotidiano de muitas pessoas – em fogões de indução, smartphones ou escovas de dentes elétricas, por exemplo. Mas fornecer energia sem contato a um veículo elétrico? Esse é o próximo nível.

A instalação é intuitiva e sem esforço. A base de carregamento é posicionada centralizada na frente do eixo dianteiro do SUV estacionado. Na placa de 6 centímetros de altura, 78 centímetros de largura e 117 centímetros de comprimento, vem tudo que é necessário. “As soluções anteriores exigiam componentes adicionais, como um wallbox”, explica o gerente de produto Simon Schulze. No entanto, a nova base de carregamento só precisa ser conectada à rede elétrica – vem pronta para uso. 

Antes da primeira recarga, os sistemas precisam se conhecer. Tal como acontece na comunicação entre smartphone e o Porsche Communication Management (PCM), o veículo e a base trocam seus dados para a inicialização, incluindo a senha. Isso só é feito na primeira vez e serve, sobretudo, para proteger o cliente contra usos indevidos, como roubo de energia elétrica. Para esse fim, um módulo Wi-Fi é integrado na base de carregamento, com o qual o veículo entra em contato a cada nova aproximação.

Como saudação, o motorista recebe, literalmente, sinal verde. O Cayenne aparece no visor do PCM na função de estacionamento Surround View. Na área do eixo dianteiro, um ponto verde brilhante no visor identifica o receptor. Um círculo, também iluminado em verde, simboliza a bobina do sistema de carregamento.

A mensagem desse intuitivo auxiliar de manobras é clara: com o ponto sobre o círculo, o SUV está na posição correta. “Usamos a tecnologia do sistema Keyless Go no posicionamento, que é usado para destrancar veículos sem usar a chave”, explica o engenheiro de desenvolvimento Simon Klein. Dois sensores no veículo correspondem-se com quatro unidades na base de carregamento.

O princípio básico para a carga é simples e conhecido há mais de 100 anos. Na linguagem técnica, é chamado de acoplamento indutivo. Duas bobinas de fio de cobre são exatamente sobrepostas, uma de frente para a outra. Quando uma corrente elétrica passa por uma das bobinas, forma-se um campo magnético que gera tensão na segunda bobina.

Como os já conhecidos sistemas de carregamento indutivo, como os dos smartphones, operam com baixa potência, os engenheiros da Porsche enfrentaram um desafio com a nova tecnologia: um simples aumento de escala não bastaria para tornar o carregamento indutivo de veículos elétricos eficiente, seguro e econômico. A Porsche optou então por um conceito direto: com o mínimo de desvios necessários.

Na base de carregamento, a tensão alternada da rede é inicialmente convertida em tensão contínua. O motivo: em vez da frequência de rede usual de 50 hertz na Europa ou 60 hertz nos EUA, o sistema de carregamento funciona com tensão alternada de 85 quilohertz. Isso corresponde a 85.000 hertz. Para isso, é necessário o passo intermediário por corrente contínua. Em seguida, ela é convertida em corrente alternada de 85 quilohertz e 2.000 volts no circuito ressonante.

“Com esse formato, garantimos uma transmissão de energia suficiente mesmo sem as bobinas do transmissor e do receptor perfeitamente sobrepostas”, explica o engenheiro de desenvolvimento Dominik Scherer. O software identifica o desalinhamento e ajusta continuamente os parâmetros de carregamento. Até dez centímetros de desalinhamento entre a base de carregamento e o módulo receptor no veículo não são problema. “Já incorporamos intencionalmente alguma tolerância”, acrescenta Simon Schulze.

Assim que o motorista ativa o freio de estacionamento, o processo de carregamento começa. O sistema pode transmitir até 11 quilowatts de potência sem fio. Apesar do vão de 12 a 18 centímetros entre a base de carregamento e a unidade receptora no piso do carro, a eficiência é superior a 90%. Essa é a distância do solo padrão do Cayenne Electric. A placa receptora é instalada de forma imperceptível e protegida na parte inferior da carroceria. A potência e o tempo de carregamento equivalem ao uso de um wallbox com conexão via cabo e plugue. Ou seja, tudo como antes – mas sem precisar fazer mais nada.

Uma série de medidas garante que não haja danos causados pelas altas correntes de energia. A placa receptora é embutida em uma chapa de blindagem que impede a dispersão para cima do campo magnético e protege os componentes no veículo. Sob a bobina da base de carregamento e acima da bobina receptora no veículo, ferrites garantem que o fluxo magnético seja devidamente direcionado. A tecnologia de reconhecimento de objetos estranhos integrada na base de carregamento detecta objetos metálicos como chaves. E o sistema de detecção de objetos vivos protege, por meio de sensores de movimento, animais de estimação ou pessoas que coloquem a mão por baixo do veículo.

Ambos os sistemas avisam o condutor ao se aproximar da base de carregamento ou interrompem imediatamente a recarga. “Uma peça de metal se aqueceria, como em um fogão de indução”, diz Simon Schulze. “Isso pode ser evitado graças às nossas precauções de segurança.” Falhas em outros sistemas também: o sistema de carregamento sem contato fica bem abaixo de todos os limites para compatibilidade eletromagnética (EMC).

O futuro deve reservar ainda mais comodidade no carregamento: a Porsche está trabalhando em uma combinação de estacionamento automático e carregamento sem contato. A ideia: parar o carro em frente à garagem, pressionar o botão e pronto. O carro se estaciona sozinho, começa a carregar e fica pronto para a próxima saída – totalmente carregado, é claro.