Graxas para veículos eléctricos
Graxas para veículos eléctricos – O Dr. Wenyang Zhang, engenheiro sénior da equipa de Tribologia e Engenharia de Sistemas de Óleo, dirige a equipa de lubrificantes e tribologia da Tesla. Sediado em Palo Alto, Califórnia, EUA, a sede da empresa até 2021, supervisiona a engenharia de fluidos, incluindo a conceção, seleção e desenvolvimento de especificações de lubrificantes. O seu mandato abrange todos os aspectos relacionados com os lubrificantes para as plataformas actuais e futuras da Tesla.
A Tesla continua a liderar o desenvolvimento de veículos eléctricos, produzindo 1,8 milhões de veículos em 2023. No ano passado, foram fabricados cerca de 10 milhões de veículos eléctricos a bateria (BEV) em todo o mundo, representando 11% do volume global de automóveis de passageiros. O crescimento anual dos VEs foi de cerca de 30%, em comparação com 60% no ano anterior. Embora a taxa esteja a abrandar, a adoção de VE continua a crescer rapidamente, afirma Zhang.
Zhang é um Especialista Certificado em Lubrificação da Sociedade de Tribologistas e Engenheiros de Lubrificação (STLE) e um Especialista Certificado em Massa Lubrificante do Instituto Nacional de Massa Lubrificante (NLGI). Tem uma licenciatura em Ciência dos Materiais e um doutoramento em Engenharia Mecânica e contribui ativamente para a comunidade académica, incluindo como Editor Associado do ASME Journal of Tribology. Com um currículo impressionante e um conhecimento profundo do pioneiro dos veículos eléctricos (VE), Zhang é um orador muito procurado no circuito internacional.
Testes avançados e conceção de sistemas para o desenvolvimento de lubrificantes
Em março, Zhang foi um dos principais oradores na F+L Week em Ho Chi Minh City, Vietname, onde destacou a abordagem inovadora da Tesla ao desenvolvimento de fluidos. Esta abordagem integra uma filosofia de conceção de sistemas para fluidos juntamente com o desenvolvimento de hardware. Salientou a extensa capacidade de testes internos da Tesla, que inclui mais de 80 dinamómetros (dynos) utilizados para simular condições de funcionamento reais e testar o desempenho de diferentes lubrificantes sob várias cargas, velocidades e temperaturas. A Tesla continua a expandir as suas capacidades de ensaio, com planos para aumentar o número de dinamómetros para mais de 100 nos próximos dois anos.
Esta capacidade de teste permite à Tesla validar rapidamente os projectos e tomar decisões informadas sobre a otimização dos lubrificantes. Zhang também referiu o desenvolvimento de um programa informático interno que permite ao fabricante de automóveis iterar rapidamente o design do lubrificante de um ponto de vista computacional.
Na 91ª Reunião Anual do NLGI, realizada no La Cantera Resort & Spa em San Antonio, Texas, EUA, em junho de 2024, Zhang apresentou “Tesla’s State-of-the-Art Approaches for Greases and Fluids in Electric Vehicles (EVs)”, onde sublinhou que uma abordagem de conceção do sistema é igualmente crítica no desenvolvimento de massas lubrificantes para EV da próxima geração.
Principais aplicações de massas lubrificantes nas plataformas de VE da Tesla
Zhang descreveu em pormenor as principais aplicações de massas lubrificantes para a plataforma e chassis do Tesla Model S, salientando a sua impressionante aceleração de 0-60 em menos de dois segundos e forças de aceleração que variam entre 1,3 e 1,4 G-force, semelhantes às dos actuais carros de corrida de Fórmula 1. Existem duas aplicações principais de massa lubrificante no chassis: Massa lubrificante para rolamentos de rodas, utilizada nos cubos das rodas, e massa lubrificante para juntas de velocidade constante (CV).
Estas duas aplicações de massa lubrificante, juntamente com o fluido da unidade de tração, constituem os principais lubrificantes utilizados nos veículos da Tesla.
Embora o fluido da unidade de tração tenha um volume mais elevado do que as massas lubrificantes do chassis, Zhang sublinhou a importância das massas lubrificantes nos veículos eléctricos, referindo que o seu volume corresponde a cerca de 37,5% do volume do fluido da unidade de tração. A Tesla considera tanto a massa lubrificante como o fluido da unidade de tração como lubrificantes primários para os veículos eléctricos. Embora os volumes de massa lubrificante possam ser mais pequenos, continuam a ser consideráveis e estão ao mesmo nível dos fluidos da unidade de tração, afirma Zhang. A abordagem da Tesla aos lubrificantes para VEs é “encher para toda a vida”, exceto em algumas circunstâncias especiais.
Durante a sua apresentação, Zhang salientou que as massas lubrificantes actuais são adequadas para VEs, proporcionando uma proteção robusta do hardware e cumprindo os requisitos de durabilidade. De um modo geral, não se verificaram alterações significativas no hardware para aplicação de massa lubrificante entre veículos eléctricos e veículos com motor de combustão interna (ICE), afirma.
A graxa NLGI HPM fornece uma base robusta para a formulação de graxa para rolamentos de roda, diz Zhang. A NLGI introduziu esta graxa de alto desempenho em 2021, superando a especificação GC-LB em vigor, há muito considerada a referência nas especificações de graxa. A graxa HPM oferece propriedades excepcionais, incluindo alta resistência do motor, resistência à corrosão, compatibilidade com ampla faixa de temperatura, vida útil prolongada da graxa e estabilidade estrutural, diz Zhang.
Sublinhou que o objetivo da Tesla é a melhoria contínua, visando reduzir ainda mais a fricção para melhorar o desempenho geral. A massa lubrificante do rolamento da roda passa por vários regimes de lubrificação, incluindo lubrificação de limite e proteção contra o desgaste, e tem de funcionar a velocidades variáveis e temperaturas elevadas – o que pode provocar alterações na viscosidade. O objetivo da Tesla é minimizar a fricção em todos os regimes de lubrificação do rolamento da roda para melhorar o desempenho.
A massa lubrificante para juntas homocinéticas é aplicada no eixo do cubo, abrangendo tanto a junta esférica de entrada como a junta esférica de saída, componentes cruciais do sistema de acionamento do veículo. Zhang observou novamente que a graxa HPM serve como uma excelente base, oferecendo caraterísticas adequadas. O objetivo continua a ser minimizar o atrito, embora a dinâmica do atrito seja diferente da da massa para rolamentos de rodas devido aos regimes de lubrificação e às alterações na mecânica de contacto. Este facto leva a uma abordagem diferente na conceção da massa lubrificante, afirma. Zhang também destacou a importância da proteção contra o desgaste recíproco, a proteção robusta contra o desgaste por fadiga e a garantia de redução do ruído a baixa temperatura.
Desafios e inovações na tecnologia de lubrificantes EV
Zhang destacou vários desafios que a indústria enfrenta no avanço da tecnologia de lubrificantes para veículos eléctricos, incluindo a gestão dos danos induzidos eletricamente nas chumaceiras (EIBD). Este tipo específico de danos em rolamentos induzidos eletricamente surge devido às condições eléctricas e de funcionamento únicas dos motores de veículos eléctricos. A EIBD pode ocorrer quando a corrente flui através do eixo do rotor, necessitando de ligação à terra para evitar o comprometimento dos rolamentos.
É utilizada uma aplicação especial de massa lubrificante condutora para ligar à terra a corrente do veio do rotor ao chassis. O volume desta massa lubrificante é diminuto, menos de 2 tambores com base nos volumes de produção de veículos em 2023. No entanto, trata-se de uma massa lubrificante de elevado valor, com uma resistência eléctrica extremamente baixa, afirma Zhang. A massa lubrificante tem de funcionar como um condutor; mesmo um semicondutor não seria suficiente para esta aplicação crítica, diz ele.
A graxa condutora é formulada com uma vida útil de graxa de alta temperatura capaz de suportar mais de 1.200 horas a 120°C. Deve também suportar uma elevada tensão dieléctrica, condições de alta velocidade, alta compressão e ambientes de cisalhamento. Por exemplo, se o motor rodar a 18.000 RPM, os pequenos rolamentos lubrificados com esta massa lubrificante têm de suportar a mesma velocidade. A Tesla pretende desenvolver modelos preditivos para o EIBD para mitigar estes desafios durante a fase de conceção do veículo, em vez de os resolver após a produção, afirma Zhang.
