A esmagadora maioria dos carros elétricos hoje em dia não usa caixa de câmbio. Existem três razões principais pelas quais isso acontece, mas antes de nos aprofundarmos nos detalhes, precisamos explicar o que é uma caixa de câmbio e o que ela faz em um carro ICE. Assim será mais fácil perceber porque a caixa de velocidades não tem uma importância fundamental nos carros elétricos. Também tentaremos explicar os casos em que pode ser uma adição útil e quais os benefícios que traz.
O que é uma caixa de câmbio e o que ela faz em um carro ICE?
Os motores ICE, ao contrário dos motores elétricos, não produzem torque suficiente em marcha lenta para poder movimentar o veículo, precisamos de rotações mais altas para produzir mais torque. Mas a gama de rotações do motor é limitada e, como resultado, a velocidade do carro seria limitada e é por isso que usamos caixas de velocidades. Em suma, uma caixa de velocidades combinada com a relação de transmissão final é um multiplicador de binário. Você pode já ter ouvido falar sobre relações de transmissão e transmissão final antes, mas talvez não soubesse o que esses números significam.
Vamos começar com a relação de transmissão. Vamos supor que você selecionou a 1ª marcha em seu carro ICE. Suponhamos também que a 1ª marcha tenha uma relação de 3:1. Isso significa que o torque produzido pelo motor é multiplicado por 3. Para determinar quantas vezes o torque é multiplicado nas rodas do carro, também temos que considerar a relação de transmissão final. Se, novamente, a relação de transmissão final for 3:1, o torque das rodas do carro será nove vezes o torque do motor. Se o motor do seu carro produz 200 Nm de torque na 1ª marcha com as relações acima, o torque da roda é 200 Nm x 9 = 1800 Nm.
Sem a caixa de câmbio essa multiplicação não seria possível, e o carro ficaria parado mesmo se acelerássemos fundo. A caixa de velocidades de um carro ICE deve ser concebida de forma a combinar perfeitamente as características de potência e binário do motor, a sua eficiência sob diferentes cargas e, claro, a velocidade máxima que os engenheiros especificaram para o veículo escolhido.
Estas soluções, apesar do grande desenvolvimento nas últimas décadas, ainda constituem um compromisso. As caixas de velocidades introduzem as suas próprias ineficiências em todo o sistema de transmissão, aumentando o consumo de combustível e as perdas de energia.
Qual é o caso dos carros elétricos?
Os motores elétricos possuem três propriedades nativas que resolvem problemas de engenharia no desenvolvimento de caixas de engrenagens e, na maioria dos casos, tornam a caixa de engrenagens desnecessária. Essas propriedades são alto torque a partir de zero rpm, capacidade de alta rotação dos motores elétricos e velocidades máximas limitadas eletronicamente. Vamos cobrir essas propriedades uma por uma.
O alto torque a partir de zero rpm é bastante óbvio. Lembre-se de que as caixas de câmbio são principalmente dispositivos multiplicadores de torque. Se você tiver alto torque a partir de zero rpm, não há necessidade de multiplicá-lo usando múltiplas relações de transmissão.
O que é de importância crítica, porém, é a capacidade de alta rotação. Como o motor elétrico pode girar até 20.000 rpm, com um alto torque disponível em toda a faixa, a velocidade máxima é facilmente alcançável com apenas uma relação. A velocidade máxima limitada eletronicamente de um carro elétrico é a razão final. Isto não acontece apenas pela falta de uma caixa de velocidades, mas pelo conteúdo energético relativamente baixo das actuais baterias de alta tensão, em comparação com os combustíveis líquidos.
Vamos dar uma olhada no BMW i4 eDrive 40 para entender melhor isso - ele tem torque máximo do motor de 430 Nm de 0 a 5.000 rpm e uma relação combinada de transmissão e transmissão final de 11,115:1. Isso significa que o torque da roda é de 4780 Nm! Agora é evidente por que os carros elétricos, em geral, são os reis dos semáforos.
Vamos supor que a velocidade máxima do carro seja 190 km/h. Na velocidade máxima, o motor gira a 16.500 rpm. A uma velocidade típica de rodovia de 130 km/h, o motor gira a aproximadamente 11.300 rpm. Como você pode ver neste exemplo, o motor elétrico possui faixa de rpm suficiente para atender a todos os requisitos sem a necessidade de caixa de câmbio.
O paradigma Porsche e Audi
O Porsche Taycan e o Audi E-Tron GT usam uma caixa de câmbio de duas velocidades no motor traseiro. Agora, antes de você dizer: “Ei, você acabou de nos dizer que caixas de câmbio não são necessárias em carros elétricos”. Idealmente, gostaríamos de ter uma relação de transmissão curta em velocidades baixas a médias para uma aceleração mais rápida e uma relação de transmissão mais longa em velocidades mais altas para reduzir as rpm do motor elétrico.
Por que precisamos reduzir a rotação do motor em velocidades mais altas? Bem, por dois motivos. Em primeiro lugar, ao reduzir as rpm do motor, melhoramos a sua eficiência (através de menos fem reversa e correntes parasitas) e, assim, a autonomia do carro também melhora. E a segunda razão é a possibilidade de atingir velocidades máximas mais elevadas sem rotação excessiva do motor.
O problema da adoção de caixas de câmbio de duas velocidades é a dificuldade técnica destas em lidar com o imenso e instantâneo torque que os motores elétricos produzem. No entanto, alguns fabricantes estão atualmente a desenvolver caixas de velocidades de duas velocidades para carros elétricos.
Se conseguirem fabricá-los em grande escala, com sólida confiabilidade e preços razoáveis, poderemos ver mais carros convencionais empregá-los, em vez de apenas supercarros como o Porsche Taycan e o Audi e-Tron GT. Porém, a complexidade extra e o alto preço superam em muito os benefícios potenciais.
