Indústria de HVAC-R, desafios impostos pelos veículos elétricos

Montadoras e setor de HVAC-R trabalham juntos para criar soluções personalizadas, ajustadas às necessidades específicas de diferentes modelos de veículos elétricos.

O mercado de veículos elétricos (EVs) tem registrado um crescimento significativo nos últimos anos, impulsionado pela busca por soluções sustentáveis e pela transição para uma economia de baixo carbono. No Brasil, o mercado de carros elétricos é liderado principalmente por grandes montadoras que já têm experiência no segmento internacional e essa tendência também se reflete no aumento da adoção de carros elétricos e híbridos, especialmente nas grandes cidades.

Uma das áreas importantes para o conforto e a eficiência desses veículos é o sistema de ar-condicionado automotivo que desempenha um papel fundamental ao garantir a qualidade do ambiente interno do veículo, mas também representam um desafio técnico importante devido à demanda energética. Em veículos elétricos, onde toda a energia provém da bateria, o impacto do uso do ar-condicionado sobre a autonomia do carro torna-se ainda mais relevante.

Segundo a International Energy Agency (IEA), o mercado global de EVs cresceu 55% entre 2022 e 2023, com estimativas que indicam que cerca de 15% de todos os veículos vendidos no mundo em 2025 serão elétricos. No Brasil, mesmo com desafios relacionados à infraestrutura de carregamento, há previsão de que as vendas desses veículos superem os 10% até 2030.

Dados da Abrava (Associação Brasileira de Refrigeração, Ar Condicionado, Ventilação e Aquecimento) indicam que o setor automotivo responde por uma parcela significativa do consumo de produtos de HVAC-R, demonstrando sua relevância para a indústria de climatização.

De acordo com André Oliveira, presidente do DN Ar Condicionado Automotivo da Abrava, fabricantes de automóveis e empresas de HVAC-R trabalham juntos para criar soluções personalizadas, ajustadas às necessidades específicas de diferentes modelos de EVs: “Instituições como a Abrava tem promovido estudos e iniciativas para aprimorar essas tecnologias, explorando soluções com impacto mínimo no consumo energético. Essas inovações destacam o compromisso da indústria de HVAC-R em superar os desafios impostos pelo mercado de veículos elétricos, garantindo eficiência energética, conforto e sustentabilidade”.

As normas e regulamentações também desempenham um papel fundamental na direção das inovações no setor. A Resolução CONAMA 449/2012, que trata do uso de fluidos refrigerantes de baixo impacto ambiental, e as regulamentações globais de eficiência energética vêm impulsionando investimentos e ajustes das montadoras.

 

Diferenças estruturais

O funcionamento do ar-condicionado em veículos elétricos apresenta particularidades em relação aos veículos com motores a combustão interna. Nos carros elétricos, o compressor do ar-condicionado é alimentado diretamente pelo sistema de baterias de alta tensão, geralmente entre 300 V e 400 V. Essa alimentação direta permite que o sistema opere de forma independente do motor de tração, mas também implica que o uso do ar-condicionado impacta diretamente na autonomia do veículo.

“O uso do ar-condicionado em veículos elétricos pode reduzir a autonomia em até 17%, dependendo das condições de uso e do clima. Essa redução ocorre porque o sistema de climatização consome energia diretamente das baterias que alimentam o motor elétrico. Para mitigar esse impacto, recomenda-se o uso de tecnologias mais eficientes e a adoção de práticas como o pré-condicionamento térmico do veículo enquanto ele ainda está conectado à rede elétrica, permitindo que a cabine atinja a temperatura desejada sem consumir a carga da bateria”, aponta o engenheiro Ricardo Takahira, vice coordenador da comissão técnica de veículos elétricos e híbridos da SAE Brasil.

Inovações

Nos sistemas de climatização para veículos elétricos, as inovações tecnológicas têm sido importantes para melhorar a eficiência e maximizar a autonomia das baterias. A Octa-válvula desenvolvida pela Tesla para o Tesla Model 3 é um excelente exemplo disso. Esta tecnologia revolucionária permite um controle mais preciso do fluxo de ar dentro do sistema de climatização, otimizando tanto o conforto dos passageiros quanto o consumo de energia.

“A Octa-válvula utiliza oito válvulas independentes para direcionar o ar de forma mais eficiente pelos dutos de ventilação. Isso não apenas melhora a distribuição do ar dentro do veículo, proporcionando um ambiente mais confortável, mas também permite ajustes mais finos na velocidade do ventilador e na temperatura sem comprometer a eficiência energética. Quanto ao impacto no consumo de bateria, a Octa-válvula contribui para reduzir o uso de energia do sistema de climatização. Ao garantir uma distribuição mais eficiente do ar condicionado ou aquecimento, a tecnologia pode ajudar a minimizar o consumo elétrico, aumentando assim a autonomia do veículo entre as cargas”, dizem os membros do Tesla Motors Club, um dos maiores fóruns dedicados aos veículos Tesla, onde entusiastas e proprietários compartilham experiências e análises técnicas.

Além disso, a Octa-válvula exemplifica como a inovação no design dos sistemas de climatização pode acompanhar as necessidades específicas dos veículos elétricos, onde cada watt-hora de energia consumida impacta diretamente na performance e na capacidade de percorrer distâncias maiores com uma única carga de bateria. Essas características fazem da Octa-válvula não apenas uma tecnologia diferenciadora nos sistemas de climatização para veículos elétricos, mas também um exemplo de como a eficiência energética pode ser maximizada através de inovações técnicas específicas para o contexto dos EVs.

Outras tecnologias envolvem o desenvolvimento de sistemas baseados em bombas de calor que podem aquecer ou resfriar o interior do veículo, utilizando energia de forma mais eficiente em comparação com resistências elétricas tradicionais. As bombas de calor capturam o calor externo e o transferem para o interior do veículo. No modo reverso, extraem calor de dentro da cabine para resfriar o ar interno gerando maior eficiência energética, especialmente em climas extremos, com redução do impacto na autonomia em até 30% em comparação com sistemas convencionais.

A adoção de novos fluidos refrigerantes, como o R-1234yf, contribui para uma operação mais sustentável dos sistemas de climatização, reduzindo o impacto ambiental associado aos gases de efeito estufa, além de melhorar a troca de calor e desempenho térmico em condições extremas.

Materiais avançados para isolamento térmico também fazem parte das inovações para EVs, proporcionando melhoria na qualidade dos materiais usados na cabine aumentando a retenção de calor ou frio, reduzindo a carga no sistema de climatização.

Gerenciamento térmico das baterias

A integração dos sistemas de climatização com o gerenciamento térmico das baterias é uma tendência observada no mercado. O circuito de refrigerante pode ser utilizado tanto para resfriar a cabine quanto para manter a temperatura ideal das baterias, garantindo desempenho e longevidade dos componentes. Essa abordagem integrada exige um design cuidadoso dos sistemas de ar-condicionado para equilibrar as necessidades de conforto dos ocupantes e a eficiência energética do veículo.

Muitos fabricantes introduziram sistemas de pré-condicionamento, que permitem aquecer ou resfriar a cabine enquanto o veículo está conectado a uma fonte de energia externa (rede elétrica). O sistema é ativado por aplicativos ou timers antes do início da viagem, proporcionado economia significativa na energia das baterias durante o uso, ao manter a temperatura interna já ajustada. O circuito de ar-condicionado é integrado ao sistema que regula a temperatura das baterias, equilibrando o desempenho do veículo e o conforto dos ocupantes, prolongando a vida útil das baterias ao evitar sobreaquecimento e garante maior eficiência energética no consumo global do veículo.

Já a aplicação de sensores inteligentes, monitoram as condições internas e externas em tempo real, ajustando automaticamente o sistema de HVAC para máxima eficiência, além de gerenciar zonas climáticas independente em diferentes áreas da cabine reduzindo o desperdício energético ao focar o conforto diretamente onde necessário.

Casos de sucesso

Diversas marcas têm investido fortemente em tecnologias avançadas para tornar o ar-condicionado nos EVs mais sustentável, garantindo conforto e eficiência sem comprometer a autonomia.  Dentre as conhecidas estão:

BYD

– Bomba de calor integrada: A BYD utiliza sistemas de bomba de calor nos seus modelos, como o Dolphin e Seal, reduzindo significativamente o consumo de energia ao aquecer ou resfriar o veículo.

– Ar inteligente: Funções para purificação do ar interno e sensores de qualidade do ar.

Tesla

– Octa-válvula: Gerenciamento térmico eficiente que integra a climatização da cabine, bateria e motor, otimizando o consumo energético e aumentando a autonomia.

– Filtro HEPA: Em alguns modelos, como o Model X, melhora significativamente a qualidade do ar dentro da cabine.

Renault

– Eco-mode: Ajuste automático do sistema de climatização para reduzir o impacto no consumo de bateria em modelos como o Zoe.

– Conectividade avançada: Controle remoto da climatização via aplicativo.

Nissan

– Heat pump technology: Nos modelos como o Leaf, oferece aquecimento eficiente com menor impacto no consumo de bateria.

– Ventilação inteligente: Sensor de ocupação para otimizar a distribuição do ar.

Caoa Chery

– Filtros inteligentes: Sistema que monitora constantemente o ar interno e o externo, ajustando a climatização.

– Tecnologia dual-zone: Disponível em modelos como o iCar, que oferece configurações independentes para motorista e passageiros.

JAC Motors

– Bomba de calor: Presente em modelos como o e-JS4, economiza energia ao transferir calor em vez de criá-lo.

– Climatização pré-programada: Sistema que permite resfriar ou aquecer o carro remotamente.

GWM (Great Wall Motors)

– Sistemas de purificação: Climatizadores com filtragem PM2.5 para partículas finas.

– Gerenciamento térmico avançado: Utiliza módulos que integram climatização, bateria e powertrain.

Fiat

– Climatização integrada com a bateria: No modelo 500e, o sistema de ar-condicionado é otimizado para o consumo em condições urbanas.

– Funções de climatização pré-viagem: Controle via aplicativo para maior conforto e eficiência.

Volvo

– Tecnologia de bomba de calor de última geração: Usada no XC40 Recharge, aproveita o calor ambiente para maior eficiência.

– IA para personalização: Ajusta a climatização com base nas preferências dos passageiros e no clima externo.

Haval

– Smart Climate Control: Monitora as condições internas e externas para proporcionar conforto com menor uso de energia.

– Purificação integrada: Sistemas focados em qualidade do ar, presentes em modelos eletrificados.

BMW

– iZone individual: Disponível nos modelos i4 e iX, oferece controle personalizado para cada passageiro.

– Pré-condicionamento eficiente: Resfria ou aquece o veículo durante o carregamento para minimizar impacto na bateria.