Fluidos para veículos elétricos
Fluidos para veículos elétricos – Os fluidos de transmissão para veículos eletrificados (EVs), tanto híbridos como totalmente elétricos, têm requisitos diferentes dos fluidos convencionais. As necessidades tradicionais de desempenho, como proteção contra oxidação, compatibilidade de materiais, resistência à aeração e proteção contra desgaste, ainda são importantes, mas existem novos desafios na forma de condutividade elétrica, transferência de calor, durabilidade em alta velocidade, compatibilidade com materiais novos e diferentes e resfriamento da bateria. Por outro lado, o desempenho quanto ao atrito – crítico para aplicações que empregam embreagens úmidas – agora é de menor importância, pois a faixa de velocidades de operação do sistema agora é coberta por motores de velocidade variável, em vez de transmissões convencionais de engrenagens escalonadas.
Além da complexidade do espaço do trem de força eletrificado, estão as inúmeras configurações de hardware, pois cada fabricante de unidade de acionamento busca sua própria solução para transmitir potência às rodas. Não existem soluções de “tamanho único”.
Embora muitos sistemas existentes empreguem fluidos de transmissão automática em suas transmissões eletrificadas, esses fluidos podem não ser ideais para cada solução, pois foram projetados em torno das necessidades de aplicações mais convencionais. Para melhorar o desempenho do fluido em veículos eletrificados, é vitalmente importante que os formuladores que projetam esses fluidos tenham testes à sua disposição que se correlacionem adequadamente com os sistemas do mundo real.
Testes adequados para fluidos convencionais foram desenvolvidos e aprimorados ao longo de décadas. Esses métodos de teste controlados são usados para avaliar o desempenho do fluido e permitir a avaliação das alterações da formulação em relação aos padrões conhecidos. Infelizmente, testes semelhantes para veículos eletrificados simplesmente não existem ou estão, na melhor das hipóteses, em estágios iniciais de desenvolvimento.
Existem esforços da indústria em andamento para identificar adequadamente as necessidades de desempenho dos fluidos EV e desenvolver testes para avaliá-los. A SAE International é autora do “Information Report J3200 on Electric Drivetrain Fluids (EDF)” como um guia para entender os termos relacionados às propriedades do fluido EV e testes que podem ter aplicabilidade na avaliação do fluido EV.
O Consórcio de Fluidos Avançados para Veículos Eletrificados (AFEV) do Southwest Research Institute é um projeto conjunto da indústria pelo qual as empresas associadas reúnem recursos para explorar conceitos pré-competitivos para caracterizar adequadamente os fluidos EV.
Em última análise, novos testes precisarão ser desenvolvidos para atender às necessidades específicas dos fluidos EV. Esses novos testes precisarão avaliar o desempenho em relação às propriedades elétricas e térmicas, compatibilidade com materiais exclusivos dos sistemas EV, durabilidade em alta velocidade, resistência à oxidação e aeração e desempenho da bateria.
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Propriedades elétricas
Entre os novos requisitos para fluidos EV, destacam-se as propriedades elétricas adequadas. Como os fluidos são expostos a campos elétricos dentro das unidades de acionamento, é vital entender os efeitos desses campos em seu desempenho. A composição química de um fluido (tanto óleo básico quanto pacote de aditivos) determinará como ele se comporta em um campo elétrico e como os efeitos do campo podem alterar o fluido à medida que envelhece.
Infelizmente, os testes padrão atualmente disponíveis para avaliar as propriedades elétricas de um fluido têm limitações quando aplicados a fluidos EV. Muitos são limitados por faixas restritas de frequência de operação, temperatura e espaçamento dos eletrodos. Entre eles estão os testes de condutividade elétrica (ASTM D1169), ruptura dielétrica (ASTM D1816), constante dielétrica (permissividade relativa) e fator de potência/fator de dissipação (ASTM D924).
Se a condutividade elétrica for muito alta, a corrente pode “vazar” do sistema, o que diminuirá sua eficiência e, em casos extremos, causará risco de choque. Se a condutividade elétrica for muito baixa, uma carga estática pode se desenvolver, cuja descarga pode causar danos aos rolamentos e outros componentes. Fluidos com constante dielétrica mais baixa demonstrarão uma capacidade reduzida de armazenar uma carga elétrica. Fluidos de baixo fator de potência são menos eficientes e podem perder energia elétrica para aquecer. Se um fluido não é capaz de suportar tensão aplicada suficiente, uma ruptura dielétrica pode ocorrer. A eletrorreologia (fluxo de fluido na presença de um campo elétrico) e a eletrotribologia (desgaste na presença de um campo elétrico) também são áreas importantes de estudo ao avaliar o desempenho do fluido EV.
Nas unidades de acionamento elétrico, há uma tendência de as correntes elétricas buscarem um caminho de aterramento através dos mancais. Isso pode levar a danos de estrias na pista do rolamento. O testador Flucon E-Lub replica a usinagem de descarga elétrica (EDM) usando rolamentos de teste e óleos ou graxas. Neste teste, o aterramento da corrente induzida pelo motor giratório ocorre através do mancal de teste. Este fenômeno também está sendo investigado pelo Consórcio AFEV.
Transferência de calor
À medida que os avanços nas unidades de acionamento elétrico continuam, existe a necessidade de aumentar os níveis de potência em motores menores. Os projetistas de motores úmidos usam o Fluido EV para resfriar as unidades de acionamento, tornando obrigatórias as boas propriedades de transferência de calor. A capacidade do fluido de armazenar e transferir calor é definida pela condutividade térmica, difusividade térmica e capacidade de calor específico.
