Com o projeto “Desarrollo y Validación de Cargador Modular Ultra-Rápido para Vehículos Eléctricos con Funciones de Carga Simultánea, Prioritaria y Vehicle-to-Everything (V2X)”, o Dr. Matías Díaz, acadêmico do Departamento de Engenharia Elétrica, adjudicou-se um dos 11 projetos aprovados pela Agência Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento (ANID, por sua sigla em espanhol), no P&D Tecnologias Avançadas 2025. O foco desta convocatória estava centrado nas temáticas sobre descarbonização justa, resiliência climática, transformação digital, diversificação da matriz produtiva, entre outras.
A convocatória financiava projetos de pesquisa aplicada e desenvolvimento tecnológico que requerem de ciclos extensos para validar suas tecnologias em escala de protótipo pequeno. O trabalho do Dr. Díaz está centrado na descarbonização justa e receberá um financiamento de $687 milhões, os que devem ser utilizados em um prazo máximo de até 48 meses, com possibilidade de se estender até em 12 meses adicionais, no caso que a iniciativa o requeira de maneira excepcional.
Para o acadêmico, o projeto “representa um novo passo na maturidade tecnológica do E2Tech. De 93 postulações, só 11 foram adjudicadas e, até onde sabemos, é o único do país no campo da Engenharia Elétrica. Esse é o quarto projeto IDEA (Pesquisa e Desenvolvimento em Ação) que dirijo e confirma a consolidação de nosso modelo de trabalho que leva nossas tecnologias desde o laboratório hacia o mercado, fortalecendo a capacidade do Departamento de Engenharia Elétrica para desenvolver tecnologia em eletromobilidade e energia”.
Projeto de Carregador Modular Ultra-Rápido
Atendendo às limitações dos carregadores DC atuais, que costumam ser unidirecionais, rígidos e com capacidade fixa de pontos de carregamento, tem se gerado uma crescente demanda por soluções que permitam um carregamento rápido e multiple, integrando serviços avançados como Vehicle-to-Everything (V2X) para a interação bidirecional com a rede e entre veículos. Neste contexto, o Dr. Díaz propôs um novo carregador baseado na topologia Conversor Modular Multinível Série-Paralelo (MMC-SP) para habilitar um carregamento DC rápido, ultra rápido e simultâneo.
Essa tecnologia foi desenvolvida no projeto ID21I10412, adjudicado na convocatória IDEA P&D 2021, onde foi construído e validado um protótipo funcional no laboratório. Esse avanço corresponde ao nível 4 da escala de Maturidade Tecnológica (Technology Readiness Level, TRL), proposta originalmente pela NASA. Esta, que vai do nível 1 ao 9, permite avaliar o grau de desenvolvimento de uma tecnologia, desde a observação de princípios básicos (TRL 1) até a demonstração comprovada em condições reais de operação (TRL 9). O TRL 4 indica validação experimental em um entorno controlado.
O projeto recém adjudicado propõe uma continuidade e aumento da escala da MMC-SP, que tem sido destacada por sua modularidade e escalabilidade. Segundo o Dr. Díaz, o objetivo geral deste trabalho é aumentar o TRL do carregador ultra rápido proposto, chegando até TRL 7, o que significa que o carregador deve ser redesenhado para não operar como um protótipo de laboratório, senão como um produto. Para isso, considera-se o desenvolvimento de algoritmos de controle hierárquico, simulações offline e em tempo real, e a construção de um protótipo de alta fidelidade de 100 kW validado em entornos relevantes e operativos. Esse carregador vai garantir eficiência energética, qualidade de energia e flexibilidade com capacidades de expansão modular, gestão de carregamento múltiplo e prioritário, e serviços Vehicle-to-Everything.
Desafios da pesquisa
A equipe de pesquisa do projeto do Carregador Modular Ultra-Rápido para Carros Elétricos está composta pelo Dr. Enrique Espina, o Dr. Karel Toledo, os pesquisadores de E2Tech, Cristóbal Rodríguez e Tomás Ravet, além dos acadêmicos da Universidade do Chile, o Dr. Roberto Cárdenas e a Dra. Constanza Ahumada.
Em relação aos principais desafios da pesquisa, esses se associam com:
- Algoritmos de controle hierárquico: desenvolvimento e validação de algoritmos em níveis primário, secundário e terciário para modularidade, escalabilidade e serviços avançados V2X.
- Plataforma de controle de baixo custo: substituição de plataformas comerciais por sistemas embarcados personalizados, integrando padrões de carregamento de VE (Veículos elétricos) como CCS e CHAdeMO.
- Transformadores de média frequência (TMF): implementação de TMF modulares em cada ponto de carregamento para garantir a isolação galvânica e o cumprimento normativo.
- Escalabilidade de potência: iteração do desenho para alcançar níveis industriais de até 4.5 MW, assegurando eficiência e robustez. Os resultados deste projeto serão um protótipo de alta fidelidade validado operativamente em TRL 7.
Projeções
O carregador MMC-SP, devido ao seu desenho modular e escalável, poderá se adaptar a diferentes cenários e condições de operação, desde pequenas instalações domiciliares e comerciais até aplicações industriais de alta potência. Os principais beneficiados serão os usuários de VE, que vão se beneficiar de tempos de carregamento reduzidos, acesso a infraestrutura flexível e serviços V2X que otimizam custos e aportam estabilidade à rede elétrica.
Nesse sentido, considera-se também a implementação de estratégias de aumento da escala da produção em massa, proteção intelectual e comercialização, formação de capacidades técnicas e a geração de conhecimento científico-tecnológico.