Como Corvette e Porsche 911 usam a eletrificação para ter mais potência?

Os carros elétricos podem parecer conceitualmente entediantes. Há um motor, algumas baterias e carregam como seu iPhone. Mas quando essa mesma tecnologia é aplicada a um carro que já tem um motor de combustão, as coisas ficam muito mais interessantes.

A combinação dos dois trens-de-força torna-se mais desafiadora, a escolha dos tipos de baterias e químicas é muito mais crítica e as inúmeras maneiras pelas quais a energia elétrica reforça um trem de força a combustão tornam-se fascinantes. 

Um excelente exemplo de duas abordagens decididamente diferentes para alcançar resultados semelhantes é o Chevrolet Corvette E-Ray e o recém-hibridizado Porsche 911 GTS. Ambos têm baterias com aproximadamente a mesma capacidade, os trens de força usam um único motor elétrico para acionar as rodas e ambos não têm um sistema híbrido plug-in. Além disso, porém, há diferenças maravilhosas entre o Corvette e o Porsche. 

De forma tradicional, o E-Ray faz o trabalho com uma solução surpreendentemente simples e econômica. Como o Porsche tem um preço mais alto - até mesmo um 911 básico custa mais do que um E-Ray completo - seu carro utiliza uma solução mais complexa: um turbocompressor elétrico no estilo F1 sem wastegate convencional.

As diferenças entre esses dois sistemas híbridos estão nas células da bateria, ou como e por que cada montadora decidiu usar seus respectivos fatores de forma. O E-Ray tem apenas 80 células em forma de bolsa, todas conectadas em série, aninhadas na coluna vertebral do chassi como uma grande barra de chocolate. Por outro lado, o Porsche usa um banco menor de células cilíndricas conectadas em paralelo, de tamanho semelhante ao de uma bateria de carro convencional de 12 volts. Esse pacote opera em uma voltagem ainda mais alta do que a do Corvette, mas, pelo menos no papel, oferece menor autonomia elétrica. Isso não é uma crítica ao Porsche; o motivo pelo qual cada montadora desenvolveu esses sistemas diferentes é fascinante. 

As células de íons de lítio do Corvette são monstruosas, do tamanho aproximado de um prato de jantar quadrado. Cada uma pode descarregar incríveis 525 amperes em um curto período. Seu tamanho e sua química permitem esse tipo de corrente, que é fundamental para oferecer alta potência - e especialmente torque - em uma tensão relativamente baixa.

A configuração 80S 1P do pacote (todas as células em série, nenhuma em paralelo) fornece um valor nominal de 288 V para todo o sistema bruto de 1,9 quilowatt-hora, dos quais muito menos é realmente usado. Tensão mais baixa significa velocidades mais baixas do motor (geralmente), e corrente mais alta significa mais torque. O trem de força elétrico do Corvette produz 160 cavalos de potência (119 kW). Com o trem de força híbrido completo - incluindo o V8 de 6,2 litros e 495 cv - a potência total é de 655 cv.

Uma célula da bateria do E-Ray Corvette

A bateria do Porsche também é de 1,9 kWh bruto e, para ser honesto, ainda há muito que não sabemos sobre ela. Ela é muito menor porque a montadora usa células cilíndricas, provavelmente 21700s, nomeadas por seu diâmetro de 21 milímetros e comprimento de 70 milímetros. O mesmo fator de forma é usado na linha atual de veículos elétricos da Rivian, em alguns Teslas e no Lucid Air. Parece que há mais de 200 deles enfiados na pequena caixa sob o capô, com 96 a 112 provavelmente conectados em série. 112 daria uma tensão nominal de 403,2 V e uma configuração de 112S 2P (definitivamente há dois grupos em paralelo). Elas são mais densas em termos de energia do que as células usadas no E-Ray, mas não mais densas em termos de potência. 

A densidade de potência descreve a capacidade de um pacote de descarregar altas correntes, e as células 21700 geralmente são inferiores a bolsas maiores ou prismáticas nesse aspecto. O sistema do Porsche provavelmente pode descarregar cerca de 50 kW. Mas isso é apenas uma estimativa. Embora saibamos a potência máxima do motor gerador na transmissão (40 kW), o consumo de energia do turbo elétrico é um mistério. O Porsche híbrido, incluindo seu flat-six de 3,6 litros, produz 532 cv no total.

Por que eles seguiram caminhos diferentes? Os dois fabricantes querem coisas diferentes, que exigem aproximadamente a mesma quantidade de energia. O E-Ray aciona todo o eixo dianteiro somente com energia elétrica. A General Motors queria um pacote pequeno que pudesse descarregar altas correntes para fazer isso. Sua barra de lítio montada no túnel é uma ótima solução.

A Porsche, por outro lado, produz outros veículos híbridos usando hardware que opera a 400 V, como seus sistemas de suspensão ativa. Os 400 V também são melhores para uso em velocidades mais altas do motor, o que é uma coisa boa de se ter se você quiser girar um turbocompressor a mais de 100.000 rpm. Uma corrente mais alta não é estritamente necessária, especialmente se o motor de 40 kW que alimenta as rodas traseiras já estiver recebendo uma redução de velocidade - e o respectivo aumento de torque - da transmissão, como é o caso do 911. 

Esse turbo elétrico é uma peça de engenharia extremamente interessante. Se você conhece o funcionamento de um turbo convencional , sabe que operar um turbo sem wastegate não é uma boa ideia. Bem, é muito divertido por um curto período de tempo, pelo menos. Então, como a Porsche consegue fazer isso? Um motor elétrico é colocado entre as extremidades quente e fria do turbo. O rotor desse motor e o eixo do turbo são acoplados um ao outro; na verdade, eles provavelmente são inseparáveis - eles se amam muito. 

Assim como um motor elétrico em um veículo elétrico convencional, esse motor pode alimentar o turbo com um fluxo de corrente da bateria ou enviar energia de volta para o outro lado por meio da frenagem regenerativa. Ao frear o eixo do turbo, é possível limitar a velocidade da turbina e do compressor, limitando, portanto, o impulso, além de criar energia no processo. A Porsche afirma que o carro pode extrair até 11 kW (15 cv) somente do turbocompressor. Os motores de Fórmula 1 funcionam da mesma maneira. Não é legal? Para aqueles que estão familiarizados com o turbo-compounding (não confundir com turbos compostos), é disso que se trata. 

Como observação adicional, o turbo tem seu próprio inversor que provavelmente ditará a velocidade da turbina/compressor com precisão em toda a faixa de RPMs do motor e posições do acelerador. Dessa forma, o atraso do turbo devido à inércia do eixo da turbina não é uma grande preocupação, embora eu tenha certeza de que foi uma grande consideração de engenharia. 

O gerador de partida integrado do motor pode extrair energia em marcha lenta como um alternador. O turbocompressor também pode carregar as baterias durante a aceleração. Em comparação, o E-Ray só pode coletar energia durante a desaceleração. Sua função "Charge+" ajuda nesse sentido, limitando a corrente de descarga e obtendo "cerveja grátis" em todas as oportunidades possíveis. Isso é o que o engenheiro-chefe do Corvette, Josh Holder, chama de energia de frenagem regenerativa. Eu o tenho em uma fita.

Com esses dois carros apresentados no papel, é difícil entender por que muitos ainda se opõem aos híbridos de desempenho. Ambos os sistemas fornecem potência e capacidade consideráveis. No caso do Porsche, ele ganha apenas 46 kg em comparação com o antigo GTS não híbrido. O E-Ray pesa mais 118 kg em comparação com um Z06 (ainda menos que um novo BMW M2!). Se você está tão preocupado com o peso, expulse seu passageiro. Ou, no caso da Porsche, não marque a caixa de opção para os assentos traseiros. Eles não são mais padrão no 911.

Nada disso menciona outras maneiras interessantes de usar a corrente elétrica, como alimentar acessórios do motor sem uma correia serpentina ou adicionar força descendente como o Gordon Murray T.50 com seu enorme ventilador montado na traseira. Com o aprimoramento da tecnologia de baterias, essa tecnologia ficará mais leve, mais barata e mais interessante. Quando você tiver eletricidade armazenada a bordo, o mundo será sua ostra. 

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