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ZF apresenta o e-drive mais compacto para carros de passeio

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Veículo conceito elétrico EVbeat conta novo acionamento elétrico de 800 volts e define padrões de resistência, leveza e alta eficiência

A ZF apresentou na última semana, na Alemanha, o veículo conceito elétrico EVbeat, projetado para obter máxima resistência e eficiência em operação, e baixo peso.  Neste veículo- conceito elétrico da ZF, os componentes do e-drive (sistema de propulsão elétrico) foram otimizados e combinados em um sistema holístico. Isso inclui o sistema de transmissão leve e ultracompacto de 74 kg com uma densidade de torque de 70 Nm/kg, gerenciamento térmico holístico e software de transmissão em rede, na nuvem. Em temperaturas baixas em torno do ponto de congelamento, a autonomia na operação aumenta em mais de 30% em comparação com a tecnologia atual.

“A mobilidade sustentável está no centro de nossa estratégia corporativa”, explicou Stephan von Schuckmann, membro do Board Mundial e Head da Divisão de Tecnologia de Powertrain de Carros de Passeio da ZF. “Com base em um veículo de produção extremamente eficiente, estamos mostrando o potencial que os futuros componentes de acionamento elétricos oferecem quando os combinamos em um sistema geral ainda mais eficiente”.

O veículo-conceito ZF EVbeat é baseado em um Porsche Taycan e tem como referência a tecnologia de série líder da ZF e de outros players do mercado.

“Nossa meta era tornar o veículo o mais compacto e leve possível, mantendo alta dinâmica de direção e aumentando a eficiência na operação”, disse o Dr. Otmar Scharrer, Head de Desenvolvimento de Sistemas de Acionamento Elétrico da ZF. “Em termos de densidade de torque, estamos no topo quando nos comparamos com os e-drives para carros de passeio atualmente disponíveis no mercado. Ao mesmo tempo, focamos no aspecto da sustentabilidade durante o desenvolvimento”.  O motor elétrico não usa baterias pesadas e o sistema de gerenciamento térmico também não usa elementos à base de flúor. O número reduzido de componentes, além da redução geral de 30% no peso do sistema para o acionamento elétrico, e o sistema de gerenciamento térmico, contribuem duplamente para uma maior sustentabilidade – tanto na produção como na operação.

EVSys800: unidade ultracompacta e leve, de 800 volts

O EVSys800 é um drive modular de 800 volts e consiste em eletrônica de potência de carboneto de silício, motor elétrico e uma caixa de redução. Apesar de seu design extremamente compacto e peso leve, o EVbeat não economiza em desempenho: o veículo-conceito tem um torque máximo de 5.200 Nm disponíveis no eixo traseiro – com uma densidade de torque excepcionalmente alta para carros de passeio de 70 Nm/kg. A potência contínua e de pico do motor elétrico é de 206 e 275 quilowatts, respectivamente. Assim, a ZF atinge uma potência contínua de cerca de 75 % da potência de pico.

Em termos de dimensões, o acionamento economiza 50 mm de largura graças à caixa de redução compacta e à tecnologia patenteada ZF de ‘Enrolamento trançado’ do motor elétrico, permitindo assim uma instalação coaxial com economia de espaço no eixo motor. *(O enrolamento trançado significa o entrelaçamento de vários filamentos ou fios individuais uns nos outros em uma sequência cruzada. Esse padrão de trançado cria uma estrutura mais flexível, resistente à torção, com maior resistência mecânica em comparação com outros métodos).

Com um peso total de 74 kg, o EVSys800, normalizado para a mesma potência do mais recente drive da série ZF de 800 volts, é cerca de 40kg ou 30% mais leve e, portanto, contribui significativamente para a economia de peso do veículo-conceito.

O motor elétrico foi essencial para alcançar um novo conceito de refrigeração e uma nova tecnologia de enrolamento trançado.  Para resfriamento, o veículo-conceito da ZF permite que o óleo flua diretamente ao redor das hastes de cobre, exatamente no ponto onde a maior parte do calor é gerada durante a operação. Esse resfriamento altamente eficiente aumenta significativamente o desempenho com o mesmo peso e espaço de instalação. Além disso, o uso de baterias pesadas pode ser dispensado e o motor elétrico pode ser produzido de forma mais sustentável.

A tecnologia com ‘Enrolamento trançado’ patenteada pela ZF é um desenvolvimento adicional do chamado enrolamento de onda e permite 10% menos espaço de instalação. A cabeça do enrolamento trançado, sozinha, é até 50 % menor do que abordagens convencionais. Isso economiza cerca de 10% de cobre.

O inversor do acionamento elétrico foi redesenhado. Todos os componentes essenciais foram revisados. Melhorias significativas foram alcançadas em cada uma das áreas de compatibilidade eletromagnética, módulos de potência e capacitores em termos de espaço de instalação, peso e sustentabilidade.

Uma nova caixa de redução coaxial transmite as forças de acionamento do motor elétrico por meio de dois conjuntos de engrenagens planetárias. Eles não apenas geram a relação de transmissão final desejada, mas também executam a função diferencial totalmente integrada. Em comparação com os conceitos de deslocamento convencionais, nos quais os eixos de entrada e saída não estão no mesmo eixo, a solução coaxial reduz os requisitos de peso e espaço de instalação sem comprometer a eficiência, ruído e vibração. Em combinação com a tecnologia ‘Enrolamento trançado’, esta unidade pode ser significativamente mais curta, permitindo a acomodação em praticamente qualquer espaço de instalação do veículo.

“Com este sistema, podemos atender perfeitamente aos principais requisitos de nossos clientes – ou seja, eficiência, desempenho e custos”, disse Dr. Otmar Scharrer. As primeiras tecnologias da nova transmissão ZF estarão disponíveis no mercado a partir de 2026.

Gerenciamento térmico

O controle de temperatura de um veículo pode responder por uma parte significativa de suas necessidades energéticas no inverno, que pode estar entre três e seis quilowatts, especialmente durante o aquecimento. A sensação de frescor no verão e de calor no inverno são os principais fatores de conforto para os ocupantes. A temperatura certa também é um fator essencial para o desempenho do motor elétrico, da eletrônica de potência e da bateria.

O primeiro sistema central de gerenciamento térmico (TherMaS) desenvolvido pela ZF para veículos elétricos é integrado ao veículo-conceito EVbeat. O TherMaS usa uma unidade central e um software inteligente para controlar todos os processos térmicos do sistema de transmissão e do interior.  O novo design reduz significativamente os requisitos de espaço e peso em comparação com as abordagens anteriores para resfriamento e aquecimento de carros elétricos. Um acionamento de 800 volts à base de propano também requer significativamente menos energia. Devido ao seu design compacto e simples, pode ser facilmente integrado em veículos.

Pela primeira vez, o conceito TherMaS tem três circuitos designados: No centro está um pequeno circuito de refrigerador pré-cheio (projetado para operar em temperaturas mais baixas) e hermeticamente fechado, portanto, livre de manutenção. Além disso, o conceito não tem interface com outras áreas do veículo, como o interior. A ZF usa o refrigerador natural sem flúor propano. Embora apenas metade do refrigerador anterior seja usado, a capacidade de resfriamento dobra em relação aos refrigeradores comumente usados na atualidade.

Se necessário, o circuito central de refrigeração atende a dois circuitos de refrigeração controláveis em separado,  nos quais a água protegida contra congelamento flui de forma normal: o primeiro é projetado para as temperaturas comparativamente altas do motor elétrico, enquanto o segundo regula a temperatura do sistema eletrônico de alimentação e carregamento. O software de controle regula a capacidade de refrigeração.

Graças a esse gerenciamento térmico geral, a autonomia do EVbeat aumenta em mais de 30% durante uma operação exigente de inverno. O desempenho de resfriamento significativamente melhor torna possível a saída contínua mais alta do veículo.

Powertrain: unidade de veículo em nuvem

As propriedades dos sistemas de hardware estabelecem uma base importante para a operação sustentável do veículo; seu gerenciamento ideal é obtido por meio do software. A ZF desenvolveu seu próprio software do motor elétrico que interliga todos os sistemas do veículo entre si e estabelece a conexão com a nuvem da ZF.

Como a eficiência de um motor elétrico depende de seus pontos de operação térmica, é importante mantê-los sempre na faixa ideal: em baixas velocidades e altos requisitos de torque, o ponto de operação térmica ideal é muito baixo, enquanto em altas velocidades com requisitos de baixo torque, altas temperaturas não são um problema. No entanto, as condições térmicas não podem ser estabelecidas a curto prazo.

O software de linha de transmissão da ZF pode antecipar os pontos operacionais ideais dos perfis de condução individuais e preparar o sistema. Ele “aprende” o comportamento dos motoristas e pode antecipar a probabilidade de perfis de direção individuais por meio de um serviço de nuvem baseado em IA – Inteligência Artificial. Por exemplo, o ar-condicionado e o resfriamento do sistema são reduzidos quando distâncias curtas são detectadas.

Com base nisso, o sistema de assistência também pode dar conselhos diretos aos motoristas sobre como usar o veículo elétrico de forma eficiente. Por exemplo, são exibidas acelerações e desacelerações eficientes, bem como uma velocidade máxima otimizada. Isso é particularmente valioso quando se trata de calcular uma autonomia precisa antes da viagem, que é respeitada pelo sistema de forma confiável.

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