Energia Inteligente

PET ELÉTRICA UFJF

Como funcionam os carregadores de carros elétricos?

Como funcionam os carregadores de carros elétricos?

Introdução

Os carregadores de veículos elétricos (também conhecidos como estações de recarga ou EVSE — Electric Vehicle Supply Equipment) são equipamentos essenciais para o funcionamento da mobilidade elétrica. Eles fazem a ligação entre a rede elétrica e a bateria do veículo, transferindo energia de forma segura e controlada. Existem diferentes tipos de carregadores, que variam de simples versões residenciais, conectadas a tomadas domésticas, até sistemas de recarga rápida utilizados em rodovias e centros urbanos.

Como surgiram os carros elétricos

Os veículos elétricos surgiram ainda no final do século XIX, sendo inclusive mais populares do que os automóveis a combustão por um curto período. Entretanto, limitações tecnológicas das baterias e o avanço dos motores a combustão interna fizeram com que os carros elétricos praticamente desaparecessem do mercado por décadas. O cenário começou a mudar no início dos anos 2000, com o desenvolvimento das baterias de íon-lítio, da eletrônica de potência e da preocupação global com o meio ambiente. A combinação desses fatores impulsionou o ressurgimento dos veículos elétricos, que hoje são vistos como fundamentais para a transição energética e a redução das emissões de carbono.

BYD Seal, um dos carros elétricos mais vendidos no Brasil.

Tipos de carregamento e conectores

O carregamento pode ocorrer de duas formas principais: em corrente alternada (AC) ou em corrente contínua (DC). Nos carregadores AC, a energia fornecida pela rede é entregue ao veículo, que faz a conversão de AC para DC internamente por meio de um componente chamado on-board charger (OBC). Já os carregadores DC fazem essa conversão externamente, entregando corrente contínua diretamente à bateria, o que permite potências muito maiores e tempos de recarga bem menores. No Brasil, há uma variedade de padrões de conectores em uso, como o Tipo 2 (Mennekes), o CCS Combo e o CHAdeMO, o que exige compatibilidade entre veículos e estações.

Como são montados

A estrutura elétrica de um carregador depende do tipo e da potência do equipamento. Em um carregador residencial de corrente alternada, a parte externa — chamada EVSE — contém os sistemas de proteção, como disjuntores e dispositivos diferenciais, além da comunicação com o veículo para garantir que a recarga só aconteça de forma segura. O carregador interno do carro (OBC) realiza a conversão de energia de AC para DC por meio de um retificador controlado e, em seguida, regula a tensão e a corrente para carregar as células da bateria de maneira adequada. Esse processo é controlado pelo BMS (Battery Management System), responsável por monitorar temperatura, tensão e estado de carga de cada célula, garantindo eficiência e segurança.

Funcionamento de um BMS.

Nos carregadores rápidos de corrente contínua, a conversão de energia ocorre dentro da própria estação. A energia trifásica da rede é primeiro retificada e filtrada, passando por um barramento DC intermediário. Depois, os conversores DC-DC ajustam a tensão de saída para o nível adequado da bateria do veículo. Como esses sistemas operam em altas potências, utilizam dispositivos semicondutores avançados, como IGBTs e MOSFETs de carbeto de silício (SiC), e necessitam de sistemas de refrigeração ativa para evitar o superaquecimento. Além disso, possuem circuitos de proteção, isolamento galvânico e comunicação digital para controlar todo o processo de carga em tempo real.

Finalidade e funcionalidade dos carregadores e postes de carregamento

Os carregadores têm como principal finalidade fornecer energia elétrica de maneira segura e eficiente para os veículos elétricos. Além da simples transferência de energia, esses equipamentos também realizam a comunicação entre a rede e o automóvel, trocando informações sobre corrente máxima, estado da bateria e parâmetros de segurança. Postes de carregamento públicos, por exemplo, possuem sistemas de autenticação e medição de energia, permitindo o controle de acesso, cobrança e monitoramento remoto.

Esses dispositivos também podem integrar-se a sistemas inteligentes de energia, permitindo o carregamento em horários de menor tarifa (carregamento inteligente) e, futuramente, até a devolução de energia à rede elétrica (tecnologia Vehicle-to-Grid, ou V2G). Assim, as estações de recarga não são apenas pontos de consumo, mas também elementos ativos de um sistema elétrico mais dinâmico e sustentável.

Esquemático de funcionamento dos postes de carregamento.

Aplicação desses carregadores no Brasil

No Brasil, a infraestrutura de recarga ainda está em fase de expansão, mas vem crescendo rapidamente. Diversas montadoras e empresas do setor elétrico têm instalado postos de recarga em rodovias e centros urbanos. A Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) regulamenta os aspectos técnicos e comerciais desses serviços, garantindo segurança e padronização.

A maioria dos pontos de recarga no país ainda utiliza carregadores de corrente alternada, adequados para uso residencial ou em estacionamentos de curta duração. Já as estações de carga rápida em corrente contínua, instaladas principalmente em rodovias e centros comerciais, são mais caras, mas permitem recuperar grande parte da bateria em poucos minutos. O Brasil enfrenta o desafio da padronização dos conectores e da expansão da rede elétrica em áreas onde há maior demanda por carregamento rápido.

Pontos de recarga instalados pela Intelbras, em São Paulo.

Quanto é gasto para carregar um carro elétrico no Brasil?

O custo para carregar um veículo elétrico depende principalmente do preço da energia elétrica na região e da eficiência do automóvel. Considerando uma tarifa média residencial de cerca de R$ 0,80 por kWh, carregar completamente uma bateria de 60 kWh custaria aproximadamente R$ 48,00. Em locais com tarifas mais altas, esse valor pode chegar a R$ 70,00. Já em estações de recarga pública rápida, onde há cobrança adicional pelo serviço, o custo pode variar entre R$ 1,50 e R$ 2,50 por kWh, resultando em uma recarga total que pode ultrapassar R$ 100,00.

Apesar desse custo parecer elevado, ainda é mais econômico do que abastecer um veículo a combustão com autonomia semelhante, além de haver a possibilidade de carregamentos ainda mais baratos em residências com energia solar fotovoltaica.

Desvantagens e desafios

Entre as principais desvantagens da tecnologia, destacam-se os altos custos de instalação dos carregadores rápidos, que exigem infraestrutura elétrica robusta e transformadores de grande capacidade. Além disso, a recarga ainda é mais demorada que o abastecimento convencional com combustíveis fósseis, o que pode limitar o uso em viagens longas se não houver estações suficientes no trajeto.

Do ponto de vista elétrico, há também o desafio do impacto na rede de distribuição. Carregadores rápidos demandam potências elevadas em períodos curtos, o que pode gerar picos de consumo e exigir reforços nas redes urbanas. Outra limitação está na falta de padronização completa dos conectores e protocolos de comunicação entre veículos e estações, o que ainda causa incompatibilidades entre os modelos.

Conclusão

Os carregadores de veículos elétricos representam uma das áreas mais promissoras da Engenharia Elétrica moderna, reunindo conceitos de eletrônica de potência, controle, comunicação e eficiência energética. Com o avanço da tecnologia e o aumento do número de veículos elétricos, espera-se uma expansão acelerada da infraestrutura de recarga no Brasil, tornando o transporte mais sustentável e eficiente. Para engenheiros eletricistas, compreender o funcionamento detalhado desses sistemas é essencial para o desenvolvimento de soluções mais acessíveis, rápidas e integradas à rede elétrica inteligente.

Referências:

Maria Paula Martins