Inversor

O inversor é o módulo de eletrónica de potência que se interpõe entre a bateria de alta tensão de um veículo elétrico e o seu motor de propulsão, sendo, sem exagero, o cérebro do sistema de propulsão. A sua função central consiste em converter a corrente contínua e constante armazenada na bateria em corrente alternada com exatamente a frequência e a amplitude necessárias para fazer o motor girar à velocidade e ao binário pretendidos. Como os motores dos veículos elétricos são quase sempre máquinas de corrente alternada, ao passo que as baterias só conseguem armazenar corrente contínua, o automóvel não conseguiria sequer mover-se sem esta conversão.

Internamente, o inversor recorre a bancos de interruptores eletrónicos rápidos — historicamente IGBT de silício, cada vez mais MOSFET de carboneto de silício — dispostos em três pares, um por cada fase do motor. Uma unidade de controlo liga e desliga estes dispositivos muitos milhares de vezes por segundo, recorrendo a uma técnica designada por modulação por largura de impulso para fracionar a corrente contínua numa série de impulsos cuja média traça uma onda sinusoidal suave. Ao variar a frequência dessa onda sintetizada, o inversor define a velocidade do motor e, ao variar a sua amplitude e fase relativamente ao rotor, define o binário, tudo em resposta ao pedal do acelerador.

Para o condutor, isto traduz-se diretamente na resposta contínua e sem caixa de velocidades que caracteriza os automóveis elétricos. Carregar no pedal pede mais corrente ao inversor, que a fornece em milissegundos, razão pela qual os veículos elétricos entregam binário instantâneo e dispensam embraiagem ou transmissão de várias relações. O inversor gere ainda o motor de forma contínua para o manter dentro dos limites seguros de temperatura e corrente, protegendo o sistema de propulsão ao mesmo tempo que extrai o máximo desempenho e eficiência de uma dada carga da bateria.

O inversor é bidirecional, e é isso que torna possível a travagem regenerativa. Quando o condutor levanta o pé ou trava, o motor é autorizado a funcionar como gerador e o inversor passa a operar em sentido inverso: capta a corrente alternada produzida pelo motor em rotação e retifica-a de novo em corrente contínua para recarregar a bateria, proporcionando em simultâneo um efeito de travagem nas rodas. O mesmo equipamento move, portanto, o automóvel e recupera a energia que, de outro modo, se perderia sob a forma de calor nos travões de atrito.

A escolha dos semicondutores é o fator dominante no desempenho dos inversores modernos. Os dispositivos de carboneto de silício comutam mais depressa e desperdiçam menos energia sob a forma de calor do que os componentes de silício mais antigos, elevando a eficiência em alguns pontos percentuais, permitindo tensões de funcionamento mais altas, como as arquiteturas de 800 volts, e reduzindo as dimensões e as exigências de arrefecimento da unidade. Estes ganhos refletem-se diretamente em maior autonomia e numa gestão térmica mais rápida. Como parceiro intimamente ajustado tanto ao motor como à bateria, o inversor entende-se melhor como um elemento de um sistema de propulsão integrado do que como uma caixa isolada, e a sua potência nominal, em quilowatts, fixa na prática o limite máximo da potência do automóvel.