White electric car being recharged with high-voltage charger

Conexões confiáveis para compressores elétricos em condicionadores de ar para veículos elétricos

A vedação e transmissão de energia ideais em aplicações de alta tensão e sistemas de 48 V permitem uma melhor fonte de alimentação para compressores elétricos.

A tendência para a eletromobilidade significa que os compressores de ar condicionado cada vez mais são operados eletricamente. As tensões de operação e, consequentemente, os requisitos para os terminais de alimentação de tensão diferem consideravelmente. A SCHOTT desenvolveu condutores de compressores elétricos ideais para sistemas de alta tensão e 48 V. Os condutores de cobre para alta corrente e isolamento adicional por meio de um elastômero sintético especial para aplicações de alta tensão são únicos no mercado.

O ar condicionado agora é uma característica padrão dos carros. Mesmo na Europa, com zonas climáticas muito diferentes, a proporção de veículos que saem das linhas de produção com ar condicionado é de cerca de 92%, enquanto nos EUA é de praticamente 100%. Por exemplo, especialistas esperam altos índices de crescimento na Índia.

Promover a experiência de condução ideal

O conforto não é a única função do ar condicionado do veículo. Estudos mostram que a segurança nas estradas está em grande risco se os motoristas forem expostos a temperaturas superiores à marca de 30 graus. Os sistemas de ar condicionado também protegem o motorista e os passageiros contra determinados poluentes atmosféricos, uma vez que substâncias como poeira são removidas juntamente com a umidade.

A eletromobilidade apresenta novos desafios para o ar condicionado. Uma razão é que, em determinadas situações, as baterias de íon de lítio usadas para alimentar os veículos também devem ser resfriadas, pois as altas temperaturas reduzem a vida útil dessas baterias. Eles operam com sua eficiência máxima entre 15 e 35 graus Celsius. Acima desta temperatura, o processo de envelhecimento acelera. Várias abordagens tecnológicas são usadas para reduzir a temperatura de operação. Isto é conhecido como condicionamento da bateria, e a maneira mais comum de conseguir isso é utilizar o próprio sistema de ar condicionado, já instalado no veículo. A fonte de resfriamento típica é um compressor.

Alta tensão e 48 V

Em um veículo totalmente elétrico, o compressor também deve ser operado eletricamente. O mesmo se aplica, naturalmente, a veículos híbridos, para que possam percorrer longas distâncias alimentados por energia elétrica. Caso contrário, o ar condicionado da célula de passageiro e o ar condicionado da bateria para condução já não seriam garantidos neste modo de funcionamento. Atualmente (2020), sete por cento dos novos veículos entregues em todo o mundo estão equipados com um compressor elétrico. A maioria possui uma alimentação de alta tensão. Os sistemas de 48 V ainda são raros, mas estão ganhando importância. Em ambos os casos, o motor motriz está integrado no compressor. Por outro lado, nos veículos convencionais, o motor da combustão interna aciona o compressor através de uma correia. No caso de um compressor elétrico, a energia deve ser alimentada diretamente ao gabinete. Isso é possível através de condutores apropriados. Eles são componentes essenciais, dos quais a SCHOTT é a principal fornecedora.

Visor digital do painel no interior de um veículo elétrico

Demandas ao isolamento

Em sistemas de alta tensão, a tensão de serviço disponibilizada pela bateria para condução é sempre superior a 200 V, muitas vezes superior a 500 V. Alguns OEMs usam até mesmo cerca de 800 V. Essas altas tensões impõem exigências muito altas no isolamento elétrico. Os terminais de passagem são um desafio especial para a indústria automotiva e seus fornecedores. Durante muito tempo, a área de alta tensão não fazia parte do DNA deste setor. “A SCHOTT, no entanto, pode contar com mais de 80 anos de experiência em vedação de metal em vidro”, afirma o gerente de P&D, Akira Fujioka. “Temos produzido tais componentes para condicionadores de ar estacionários e refrigeradores há mais de 60 anos”, acrescenta.

As condições nos veículos rodoviários são extremas. Atender aos requisitos comuns da indústria em termos de fatores ambientais, vibrações e flutuações severas de temperatura é um desafio difícil. Além disso, há as condições no próprio compressor. O terminal deve suportar os vários tipos de refrigerantes, como R134a, R1234yf e R744 (CO₂). A uma pressão operacional de até 200 bar (20 megapascais), o dióxido de carbono apresenta a maior demanda. O isolamento também deve ser capaz de suportar a alta tensão. As distâncias de fuga de corrente são particularmente críticas. A SCHOTT usa vários materiais de alta qualidade para otimizar o design, incluindo o vidro. Ele atua como um isolante elétrico e separa os pinos de contato de metal da placa de suporte. O vidro é uma competência central da SCHOTT. Há 130 anos, a empresa é conhecida por produzir tipos especiais de vidro de alta qualidade. A empresa também possui um alto nível de conhecimento na ligação do vidro com o metal.

 

Elastômero sintético para maior proteção

Há outro material que torna os terminais de compressores elétricos da SCHOTT exclusivos, ou seja, um elastômero. Embora o vidro seja responsável pela conexão mecânica real, as peças feitas de borracha sintética impedem a condensação, o que poderia encurtar o caminho de fuga de corrente e promover a ignição. Obviamente, o elastômero pode suportar os diferentes óleos lubrificantes para compressores, como PAG e POE. A SCHOTT usa diferentes materiais de vedação no interior e exterior. “Depois de conduzir uma ampla série de testes, nossos engenheiros encontraram a combinação ideal”, afirma Akira Fujioka. Os componentes elásticos tornam as conexões mais confiáveis e duráveis. Os mais altos padrões de qualidade também se aplicam às placas portadoras. Elas devem ser bastante planas e lisas para que também fiquem bem rentes ao gabinete do compressor.

Veículo elétrico e compressor elétrico

Os veículos elétricos e híbridos são equipados com compressores a bateria.

O desafio das altas correntes

Os compressores de 48 V impõem diferentes requisitos daqueles de modelos projetados para tensões mais altas. Especialmente para o desenvolvimento de veículos novos e conceitos elétricos alternativos, a alimentação de corrente de um sistema de 48 V já tem um papel importante na eletrificação do veículo. Estão sendo desenvolvidos carros que podem percorrer distâncias de até 30 quilômetros com esta baixa tensão. No entanto, a conexão elétrica para o compressor e, portanto, os condutores também são críticos aqui, mas por razões diferentes das de uma conexão de alta tensão. As demandas ao isolamento e às distâncias de fuga de corrente não são tão sérias quanto as demandas à transmissão de altas correntes. Os compressores de ar-condicionado exigem mais de dois quilowatts de potência. A 48 V, que corresponde entre 100 e 150 ampères. Isso exige uma seção transversal igualmente grande para os terminais da fonte de alimentação.

 

O cobre é o melhor condutor

A SCHOTT tem um produto exclusivo em seu portfólio para essa exigência. Os condutores são feitos inteiramente de cobre, que possui excelente condutividade. Os condutores padrão para compressores usam condutores de aço inoxidável. A razão é que o coeficiente de expansão desse material e sua dureza são comparáveis aos do vidro. No entanto, ela tem uma condutividade elétrica menor que o cobre, o qual se expande de forma menos favorável. É aí que entra a inovação patenteada da SCHOTT. Ela compensa as diferenças na expansão de condutores de cobre e isoladores de vidro. A melhor condutividade do cobre permite que as seções transversais sejam menores e as conexões sejam mais compactas.

A SCHOTT já fornece seus condutores elétricos a alguns dos principais fabricantes de compressores elétricos. O portfólio da empresa inclui componentes padronizados e personalizados.

Design padrão de um compressor elétrico com borracha e cerâmica

Compressor elétrico com design de borracha e cerâmica

Designs padrão

Designs padrão dos terminais de compressores elétricos SCHOTT®.

Designs padrão

Designs padrão dos terminais de compressores elétricos SCHOTT®.

Capacidade de alta corrente

Seção transversal dos terminais de compressor elétrico SCHOTT® com capacidade de alta corrente.

Capacidade de alta corrente

Terminais de compressor elétrico com capacidades de alta corrente

Isolamento de borracha interno e externo

Seção transversal dos terminais de compressores elétricos SCHOTT® com isolamento de borracha interno e externo.

Isolamento de borracha interno e externo

Terminais de compressor elétrico com isolamento de borracha interno e externo