BATERIA DE UM VEÍCULO ELÉTRICO
Uma das principais diferenças entre carros a combustão interna e carros elétricos é a fonte de energia para alimentar o motor e tracionar as rodas. Enquanto os carros a combustão utilizam a energia da queima de combustível para movimentar os pistões e locomover o automóvel, os veículos elétricos apresentam uma bateria como fonte de energia.
Nesse artigo saiba como funciona a bateria de um Veículo Elétrico, valores, vida útil e a segurança do equipamento.
Índice: Tudo sobre Bateria de Veículo Elétrico
Nos veículos elétricos a bateria, também chamados de BEV, a bateria age como o coração do carro elétrico, já que é o principal local de armazenamento da energia necessária para tração das rodas. Eles ainda possuem uma bateria auxiliar de segurança apenas para alimentação de acessórios internos, assim como todos os automóveis.
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Em outros tipos de veículos como o elétrico híbrido plugin (PHEV), a bateria também é utilizada para tracionar as rodas e o veículo ainda possui o motor a combustão para complementar o trabalho, garantindo assim maior autonomia nas viagens e prevenindo a descarga completa da bateria.
Embora seja parecida com as utilizadas por celulares, nos veículos elétricos a bateria é formada por um pacote composto de milhares de células trabalhando juntas.
COMO FUNCIONA A BATERIA DE UM CARRO ELÉTRICO
Os veículos elétricos a bateria têm um motor elétrico no lugar do motor de combustão interna e usam uma bateria tracionária (geralmente de íons de lítio) para armazenar a eletricidade que será usada pelo motor para acionar as rodas do veículo. Quando o pedal do acelerador é pressionado, o carro instantaneamente fornece energia ao motor, que gradualmente consome a energia da bateria.
O motor elétrico também pode funcionar como um gerador em momentos de desaceleração, conhecido como frenagem regenerativa (kers). A frenagem recupera a energia que seria perdida em forma de calor nas pastilhas de freio é armazenada na bateria – melhorando assim a autonomia do veículo.
Quando descarregada, ela é recarregada utilizando a energia da rede elétrica, seja de uma tomada de parede ou por um carregador dedicado para isso.
Nos veículos elétricos híbridos plugin, o motor é alimentado por uma bateria semelhante à de um BEV. A principal diferença é que a bateria possui um tamanho menor e o motor elétrico é utilizado como complemento do motor de combustão.
Via de regra, os PHEVs funcionam incialmente com a função “prioridade elétrico” até que a bateria se esgote, e depois, passam automaticamente para o combustível alimentar o motor de combustão interna. No entanto, é possível alterar estes modos de operação no veículo. A bateria, pode ser recarregada pelo carregador específico, frenagem regenerativa (kers) e até mesmo pelo motor a combustão. Ou seja, o motor a combustão ajuda na recarga da bateria.
A combinação de bateria e combustível oferece aos híbridos plugins uma autonomia maior do que seus equivalentes - totalmente elétrico. Tanto para os elétricos a bateria quanto híbridos plugin, a bateria é normalmente carregada em corrente alternada através de um carregador com conector padrão. Para as estações de carga rápida ou eletropostos, os plugues utilizados são diferentes pelo fato de a recarga acontecer em corrente contínua (entenda sobre plugues e tomadas clicando aqui). O tipo de veículo que você comprar determinará o tipo de conector utilizado para recarregar a bateria.
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TIPOS DE BATERIA
A comparação dos seguintes tipos de baterias de carros elétricos pode ser vista na tabela a seguir.
| Íon de Lítio |
Níquel Hidreto Metálico
NiMH
|
Chumbo-ácido | Supercapacitor | |
|---|---|---|---|---|
| Densidade energética (Wh / kg) |
100 - 300 | 40 - 120 | 30 - 40 | 1 - 10 |
| Densidade de potência (W / kg) |
1.000 - 5.000 | 300 - 1.000 | 180 | 1.000 - 10.000 |
| Ciclo de vida |
500 - 15.000 | 500 - 1.000 | 500 - 800 | Ilimitado |
| Eficiência de carga e descarga | 95 - 99% | 65 - 80% | 70 - 92% | 98% |
| Taxa de descarga própria | 1 - 5% / mês | ~30% / mês | 3 - 20% / mês | - |
| Tolerância a sobrecarga | Baixa | Baixa | Alta | - |
| Manutenção | Sem necessidade | 60 - 90 dias | 3 - 6 meses | Sem necessidade |
| Tempo de carga rápida | 1 hora ou menos | 2 - 4 horas | 8 - 16 horas | Segundos |
Bateria de íon de lítio - Li-íon
O tipo mais comum de bateria utilizada em carros elétricos é a bateria de íons de lítio. Esse tipo de bateria pode parecer familiar – já que também é usada na maioria dos eletrônicos portáteis, incluindo telefones celulares e computadores.
Elas não sofrem do famoso efeito de memória, o que significa que podem ser carregadas novamente - sem antes ter sido completamente descarregadas – não comprometendo seu desempenho. Por serem mais eficientes e consistentes, as baterias de íon de lítio não requerem manutenção.
Sua relação de peso/potência e eficiência energética são altas e possuem bom desempenho em altas temperaturas. Na prática, isso significa que as baterias retêm bastante energia para seu peso, o que é vital para carros elétricos - menos peso significa que o carro pode viajar mais com apenas uma única carga. A imagem a seguir mostra a equivalência do peso da bateria ao longo do tempo.
Embora a bateria seja de íons de lítio, ela não contém nenhum metal lítio, apenas íons. Os íons são átomos ou moléculas com cargas elétricas causadas pela perda ou ganho de um ou mais elétrons. Além disso, estas baterias são as mais seguras dentre as diversas opções e os fabricantes asseguram esta segurança a fim de proteger os consumidores de eventuais falhas.
A maioria das peças de baterias de íon de lítio são recicláveis, tornando essas baterias uma boa opção para os ambientalmente conscientes. Este tipo de bateria é usado em veículos totalmente elétricos (BEVs) e em híbridos plug in (PHEVs), embora a química exata dessas baterias varie da encontrada nos eletrônicos de consumo.
Bateria de hidreto metálico de níquel - NiMH
As baterias de hidreto metálico de níquel são amplamente utilizadas em veículos elétricos híbridos (HEV), mas também são usadas com sucesso em alguns veículos totalmente elétricos (BEVs). Os veículos elétricos híbridos não derivam energia de uma fonte externa plugin e, em vez disso, dependem do combustível e motor a combustão para recarregar a bateria, o que, segundo alguns especialistas, os excluem da definição de carro elétrico.
As baterias de níquel hidreto metálico têm um ciclo de vida mais longo do que as baterias de íon-lítio ou chumbo-ácido, porém um dos maiores problemas destas baterias são o alto custo, a alta taxa de autodescarga, além da geração de calor em altas temperaturas. Esses problemas tornam estas baterias menos eficazes para veículos elétricos recarregáveis, e por conta disto são usadas principalmente em veículos elétricos híbridos.
Bateria de chumbo-ácido
Atualmente, as baterias de chumbo-ácido estão sendo utilizadas em veículos elétricos apenas para complementar outras cargas, como as de acessórios. Essas baterias são de alta potência, baratas, seguras e confiáveis, mas sua curta vida útil e o baixo desempenho em temperaturas frias dificultam o uso em veículos elétricos. Existem baterias de chumbo-ácido de alta potência em desenvolvimento, mas no momento estas baterias estão sendo usadas apenas em veículos comerciais como armazenamento secundário.
Supercapacitores
O supercapacitor não é uma bateria no sentido tradicional, no entanto são dispositivos que armazenam energia com baixa densidade energética, alta densidade de potência e possuem um excepcional ciclo de vida. Em outras palavras, armazenam menos energia, mas possuem a capacidade de carga e descarga muito maior que as baterias tradicionais.
Diferentemente das baterias comuns que armazenam um líquido entre um eletrodo e um eletrólito, os supecapacitores são capacitores com alta capacidade de armazenamento que utilizam eletricidade estática para armazenar energia. Eles são componentes elétricos com dois terminais que armazenam energia eletromagnética na forma de um campo elétrico. Os terminais são conectados a duas placas condutoras que possuem um material isolante entre elas – o dielétrico.
Quando carregado, o capacitor fica com um dos terminais repletos de elétrons, que são incapazes de passar para o outro terminal devido ao material isolante e criando assim uma diferença de potencial. Quando liberados, os elétrons são utilizados para realizar trabalho, como movimentar o motor do carro elétrico, por exemplo.
Supercapacitores, como baterias de chumbo-ácido, são principalmente úteis como dispositivos de armazenamento secundário em veículos elétricos, porque eles ajudam as baterias eletroquímicas a nivelar sua carga. Além disso, podem fornecer energia extra aos veículos elétricos durante a aceleração e a frenagem regenerativa.
SISTEMA DE GERENCIAMENTO DE BATERIA - BMS
O sistema de gerenciamento de bateria, do inglês BMS – Battery Magement System, é um sistema de tecnologia que funciona para otimizar e maximizar a vida útil de baterias recarregáveis. Seu principal objetivo é garantir a segurança e conformidade de operação, monitorando os parâmetros associados às células e banco de bateria. Dentre os parâmetros de monitoramento encontram-se: tensão, temperatura, corrente, estado de carga (SOC) e balanço de carga nas células de íon-lítio.
Algumas composições químicas de bateria (como o ácido de chumbo) são bastante tolerantes ao desgaste e uso incorreto, mas o lítio e o NiMH podem ser danificados permanentemente em casos de mau uso, como por exemplo carregamento e descarregamento excessivo ou superaquecimento. Recomenda-se que todos os veículos elétricos tenham instalados o BMS.
Se necessário, o BMS pode ajustar o resfriamento e dar início a outros mecanismos para encerrar algumas operações e minimizar riscos, como por exemplo em caso de sobreaquecimento da bateria, onde a potência do veículo é automaticamente limitada e o carro entra em um modo de segurança.
PREÇO DA BATERIA
O preço de uma bateria de veículo elétrico é determinado por sua capacidade de armazenamento, dada em quilowatts-hora (kWh), que define a autonomia e o nível de potência do motor que fornece. Segundo a BloombergNEF, este preço já representou mais da metade do custo de produção do veículo, mas o desenvolvimento envolvido no mercado de veículos elétricos fez com que o preço por quilowatt-hora baixasse.
A queda no custo do lítio também deve diminuir o preço das baterias por conta da abertura de novas minas para atender a alta demanda esperada do mercado. O mesmo deve acontecer com o cobalto, outro material caro utilizado na produção das baterias, que também precisa ser minerado. Com a queda dos componentes que fazem parte da fabricação da bateria, consequentemente o preço do veículo elétrico também reduzirá.
VEJA PASSO A PASSO DE COMO CARREGAR UM CARRO ELÉTRICO
INTERAÇÃO COM ENERGIA SOLAR
O carro elétrico por si só é uma alternativa para reduzir suas emissões de gases de efeito estufa. Utilizar energia renovável como fonte de energia possibilita tornar toda a cadeia de produção e consumo mais limpa e sustentável. Conforme a Resolução Normativa nº 482 de 2012 da Aneel, é possível instalar um sistema de energia solar e ser autossuficiente.
Em média, 80% do carregamento de carros elétricos é feito em casa. O uso de painéis solares pode reduzir ou até mesmo zerar os custos de carregamento de um veículo, além de reduzir o uso de combustíveis não renováveis no processo de recarga. Muitos carregadores públicos usam painéis solares como forma de reduzir o uso de energia durante o processo.
Além da possibilidade de uma residência ter um sistema de energia solar em seu telhado e, dessa forma, utilizar a energia consumida pelos painéis para carregar o veículo, existe um outro tipo de solução que tem se tornado cada vez mais comum: o “Carport”.
O Carport é, basicamente, uma estrutura com os painéis fotovoltaicos em sua cobertura, tornando-se uma vaga coberta, que utiliza a energia ali gerada diretamente também para abater da energia consumida pelo imóvel ou veículo.
VIDA ÚTIL E PÓS USO
Apesar de cada tipo de bateria ter seu próprio uso, a bateria dos veículos elétricos foi projetada para uma vida útil prolongada devido a repetição do processo de carga/descarga podendo durar até 20 anos em climas moderados ou até 12 anos em climas extremos. O processo cíclico de descarga para alimentação do motor elétrico e a recarga da bateria afeta a quantidade de energia que pode ser armazenada. Ao longo do tempo, a repetição deste processo acaba diminuindo a autonomia do carro e o tempo entre as cargas.
O modo de uso da bateria influencia diretamente em sua eficiência e durabilidade, e alguns fatores como frequência de carga, profundidade e taxa de descarga, temperatura e condições de operação podem colaborar para que a bateria tenha sua vida útil diminuída.
No final de sua vida útil, a bateria continua tendo valor. Ela não poderá mais alimentar o carro elétrico plenamente, mas pode ser utilizada para armazenamento de energia em um sistema de energia solar, por exemplo.
Os veículos elétricos são relativamente novos no mercado automotivo, portanto, apenas um pequeno número deles se aproxima do fim de sua vida útil. Como resultado, poucas baterias pós-uso de veículos elétricos estão disponíveis para reciclagem. No entanto, conforme os veículos elétricos se tornam cada vez mais comuns, o mercado de reciclagem de baterias pode se expandir.
A reciclagem de baterias evitaria que materiais perigosos entrassem no fluxo de resíduos, tanto no final de sua vida útil quanto durante sua produção. O trabalho está em andamento para desenvolver processos de reciclagem de baterias que minimizem os impactos do ciclo de vida do uso de íon-lítio e outros tipos de baterias em veículos.
SEGURANÇA
A segurança das baterias de íon-lítio em veículos elétricos é prioridade para a indústria automotiva e todos os esforços de desenvolvimento estão focados na redução dos riscos.
Para se ter uma ideia do nível de segurança de uma bateria, o sistema do veículo elétrico como um todo geralmente é dividido em diversas camadas como: composição química, célula, banco de bateria, veículo, bem como ambiente e infraestrutura e resgate. Cada nível é estudado profundamente e possui uma tecnologia para reduzir os riscos e melhorar a segurança.
Em algumas situações de projeto, o compartimento da bateria é integrado à estrutura do veículo e sua posição pode ser crucial em um momento de extinguir um incêndio. Por outro lado, a disposição do banco de bateria na parte de baixo do carro, próximo ao solo, oferece maior rigidez estrutural contra colisões laterais e puxa o centro de gravidade para próximo do solo tornando-o mais estável.
Os fabricantes de baterias para carros elétricos vêm instalando sistemas de gerenciamento inteligentes para evitar superaquecimento e outros problemas, além de apresentarem um sistema líquido de refrigeração para ajudar a mantê-las frias. Estas soluções dão a certeza de que os veículos elétricos são tão seguros quanto os carros convencionais.
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