Curiosidades sobre baterias de veículos elétricos

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A bateria é a parte mais cara, importante e controversa de todo o carro elétrico.

A imagem dos veículos elétricos (VEs) geralmente acaba sendo vinculada de forma negativa devido às baterias. Além de seus preços elevados, mencionam a vida curta, necessidade de substituição precoce, autonomia insuficiente e os danos causados ao meio ambiente.

Muitas dessas alegações já foram verdadeiras, mas estão longe de serem validadas atualmente. Nosso objetivo é compreender cada um desses pontos.

Design da bateria

As baterias dos veículos elétricos variam de acordo com o fabricante, mas basicamente todas são construídas da mesma forma. Consistem em diversas de células, que são conectadas em série ou em paralelo para atingir a tensão e a corrente necessárias.

Design da bateria - célula, módulo banco de bateria - Fonte: Shunlongwei

Cada célula da bateria tem uma tensão aproximada de 3-4V. Atualmente, são utilizados três tipos: cilíndrico, prismático e bolsa, cada um com suas vantagens e desvantagens.

  • Cilíndricas: sua principal vantagem é a maturidade e alta otimização na fabricação, além de ser a opção mais barata com a maior eficiência.
  • Prismáticas: são mais compactas, mais fáceis de resfriar e possuem custo baixo de produção, porém possui baixa densidade de energia e problemas com o número de ciclos de carga e descarga.
  • Bolsa: são as mais flexíveis em termos de design e capacidade de módulo individual, mas tanto a temperatura quanto a pressão precisam ser controladas com atenção.
 

O conjunto de células da bateria formam módulo, e a união dos módulos constitui o banco de bateria. O arranjo de instalação do módulo facilita a produção, instalação, gerenciamento e manutenção da bateria. Se necessário, esses módulos podem ser substituídos individualmente, e em caso de incêndio, o formato do arranjo ajuda na redução da expansão.

Os módulos de bateria contém uma unidade de resfriamento, um monitor de temperatura e geralmente outro monitor de tensão que envia informações para o Sistema de Gerenciamento de Bateria (BMS), responsável otimizar e maximizar a vida útil de baterias, garantindo segurança na operação. Somado a isso, existem relés e outros componentes que garantem a correta distribuição da eletricidade e tensão.

Graças a isso, é possível garantir que todas as células sejam carregadas e descarregadas uniformemente, gerando um efeito positivo na vida útil da bateria do carro elétrico.

Parâmetros importantes das baterias

Os fabricantes de baterias para veículos eletrificados precisam equilibrar alguns requisitos importantes. O peso e o tamanho da bateria são extremamente cruciais. Por esta razão, pesquisadores e fabricantes se preocupam com a energia específica ou densidade de energia – esta é a energia por unidade ou volume (Wh/kg ou Wh/l).

O foco dos pesquisadores é a bateria com a maior densidade de energia possível. Enquanto uns se concentram na densidade de energia das células individuais da bateria, outros empenham-se na densidade de todo o módulo.

O número de ciclos de carga e descarga que a bateria pode manter suas propriedades também é importante, pois indica a vida útil geral da bateria. Normalmente as baterias duram 1 mil – 1,5 mil ciclos, mas já existem outras que suportam até 7 mil cargas.

Por último, mas não menos importante, é o preço da bateria. O valor é determinado a partir da sua capacidade de armazenamento, em quilowatts-hora (kWh).

O gráfico abaixo mostra os valores das baterias ao longo dos anos e a previsão até 2030.

Valor das baterias ao longo dos anos - Fonte: Bloomberg

Capacidade e alcance da bateria

Tudo que mencionamos até agora ajuda a entender a capacidade e o alcance da bateria do VEs.

Em geral, as baterias que compões os atuais veículos elétricos variam de 320 a 480 km.

A frenagem regenerativa, tecnologia que transforma a energia cinética do seu carro em eletricidade para carregar a bateria e aumentar a eficiência, pode estender o alcance em 10-15% no tráfego normal da cidade e em condições extremas em até 50%.

Além disso, o alcance das baterias depende de alguns fatores como o clima. Você pode conferir esse tópico neste texto.

Vida útil da bateria

Uma das preocupações mais comuns é a perda precoce da capacidade e a necessidade de substituição da bateria. No entanto, a experiência da maioria dos motoristas mostrou que esse medo é infundado para baterias com sistemas avançados de gerenciamento de bateria (BMS).

Com o tempo, a sequência de recargas do veículo acabam afetando a autonomia, reduzindo o tempo entre as cargas.

Geralmente, apenas algumas células da bateria de um veículo elétrico apresentam defeito, mas podem ser facilmente substituídas, graças ao arranjo modular que mantém funcionalidade da bateria. Além disso, estima-se que as baterias de lítio tenham uma vida útil de mais de 20 anos.

Segunda vida, cuidados e reciclagem da bateria

A vida útil da bateria depende não apenas do seu tipo e reação química que nela ocorre, mas também do comportamento do motorista e de seus cuidados.

Deve-se evitar de descarregar as baterias de lítio de ciclo profundo abaixo de 20% de sua capacidade total. No caso das gerações mais novas, é possível descarregá-las um pouco mais, porém nunca devem atingir 0%.

É extremamente importante que a bateria seja recarregada em pontos de recarga CA (Corrente Alternada), considerados “lentos”, sempre que possível. As estações de carregamento CC (Corrente Contínua) são projetadas para viagens longas, então é recomendado utilizá-las em momentos de emergência.

Se a bateria já não for adequada para o funcionamento de um veículo elétrico, é possível conceder uma segunda vida que não exija uma capacidade tão alta. As baterias são frequentemente usadas como armazenamento de energia de bateria estacionária.

O principal problema com a energia de fontes renováveis ​​sempre foi a discrepância entre sua produção e consumo, além das opções de armazenamento insuficientes, sendo exatamente esse ponto que as baterias de carros elétricos podem resolver. Em vez de se tornarem um fardo para o meio ambiente, eles podem ajudar a aumentar a participação das energias renováveis.

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