Bateria de veículo eléctrico

Componentes internosEditar

Concepção da bateria para Veículos Eléctricos (VE) são complexas e variam muito conforme o fabricante e a aplicação específica. Entretanto, todos eles incorporam uma combinação de vários sistemas simples de componentes mecânicos e elétricos que executam as funções básicas necessárias da embalagem.

As células de bateria reais podem ter diferentes formas químicas, físicas e tamanhos, como preferido por vários fabricantes de embalagens. As baterias incorporarão sempre muitas células discretas ligadas em série e em paralelo para alcançar os requisitos totais de tensão e corrente do pacote. Os packs de baterias para todos os EVs de accionamento eléctrico podem conter várias centenas de células individuais. Cada célula tem uma tensão nominal de 3-4 volts, dependendo da sua composição química.

Para ajudar na fabricação e montagem, a grande pilha de células é tipicamente agrupada em pilhas menores chamadas módulos. Vários destes módulos serão colocados em um único pacote. Dentro de cada módulo as células são soldadas para completar o caminho elétrico para o fluxo de corrente. Os módulos também podem incorporar mecanismos de resfriamento, monitores de temperatura e outros dispositivos. Na maioria dos casos, os módulos também permitem monitorar a tensão produzida por cada célula de bateria na pilha usando um Sistema de Gerenciamento de Bateria (BMS).

A pilha de células de bateria tem um fusível principal que limita a corrente do pacote sob uma condição de curto-circuito. Uma “ficha de serviço” ou “desconexão de serviço” pode ser removida para dividir a pilha de baterias em duas metades isoladas eletricamente. Com o plugue de serviço removido, os terminais principais expostos da bateria não apresentam alto potencial de perigo elétrico para os técnicos de manutenção.

A bateria também contém relés, ou contatores, que controlam a distribuição da energia elétrica da bateria para os terminais de saída. Na maioria dos casos haverá um mínimo de dois relés principais que ligam a pilha de células da bateria aos terminais de saída principais positivos e negativos da bateria, que depois fornecem corrente elevada ao motor de accionamento eléctrico. Alguns projetos do pacote incluirão caminhos de corrente alternativos para pré-carga do sistema de acionamento através de uma resistência de pré-carga ou para alimentação de um barramento auxiliar que também terá seus próprios relés de controle associados. Por razões de segurança estes relés estão todos normalmente abertos.

O pack de baterias também contém uma variedade de sensores de temperatura, tensão e corrente. A coleta de dados dos sensores do pacote e a ativação dos relés do pacote são realizadas pela Unidade de Monitoramento de Bateria (BMU) ou pelo Sistema de Gerenciamento de Bateria (BMS) do pacote. O BMS também é responsável pela comunicação com o veículo fora da bateria.

RechargingEdit

Batteries in BEVs devem ser recarregados periodicamente. Os BEVs normalmente carregam da rede elétrica (em casa ou usando um ponto de recarga de rua ou loja), que por sua vez é gerada a partir de uma variedade de recursos domésticos, tais como carvão, hidroeletricidade, nuclear, gás natural, e outros. A energia doméstica ou da rede elétrica, como painéis solares fotovoltaicos, vento ou microhídricas também podem ser usados e são promovidos devido a preocupações com o aquecimento global.

Com fontes de alimentação adequadas, uma boa vida útil da bateria é normalmente atingida a taxas de carga não superiores a metade da capacidade da bateria por hora (“0.5C”), levando assim duas ou mais horas para uma carga completa, mas o carregamento mais rápido está disponível mesmo para baterias de grande capacidade.

O tempo de carregamento em casa é limitado pela capacidade da tomada elétrica doméstica, a menos que seja feito um trabalho especializado de fiação elétrica. Nos EUA, Canadá, Japão e outros países com 110 volts de eletricidade, uma tomada doméstica normal fornece 1,5 quilowatts. Em países europeus com eletricidade de 230 volts entre 7 e 14 kilowatts podem ser entregues (monofásica e trifásica 230 V/400 V (400 V entre fases), respectivamente). Na Europa, uma ligação à rede de 400 V (trifásica 230 V) é cada vez mais popular, uma vez que as casas mais recentes não têm ligação a gás natural devido às normas de segurança da União Europeia.

Tempo de recargaEdit

Carros eléctricos como Tesla Modelo S, Renault Zoe, BMW i3, etc., podem recarregar as suas baterias a 80 por cento nas estações de carga rápida em 30 minutos. Por exemplo, um Tesla Modelo 3 de carregamento de longo alcance num Supercharger Tesla Versão 3 de 250 kW passou de 2% de estado de carga com 6 milhas (9,7 km) de alcance para 80% de estado de carga com 240 milhas (390 km) de alcance em 27 minutos, o que equivale a 520 milhas (840 km) por hora.

ConnectorsEdit

A potência de carregamento pode ser ligada ao carro de duas maneiras. A primeira é uma conexão elétrica direta conhecida como acoplamento condutivo. Isto pode ser tão simples como um cabo de alimentação numa tomada à prova de intempéries através de cabos especiais de alta capacidade com conectores para proteger o utilizador de altas tensões. O padrão moderno para carregamento de veículos plug-in é o conector condutivo SAE 1772 (IEC 62196 Tipo 1) nos EUA. A ACEA escolheu o VDE-AR-E 2623-2-2 (IEC 62196 Tipo 2) para implantação na Europa, o que, sem um trinco, significa requisitos desnecessários de energia extra para o mecanismo de travamento.

A segunda abordagem é conhecida como carga indutiva. Uma ‘palheta’ especial é inserida numa ranhura no carro. A pá é um enrolamento de um transformador, enquanto a outra é embutida no carro. Quando a pá é inserida, completa um circuito magnético que fornece energia ao conjunto de baterias. Num sistema de carga indutivo, um enrolamento é ligado à parte inferior do carro e o outro fica no chão da garagem. A vantagem da abordagem indutiva é que não há possibilidade de electrocussão, uma vez que não existem condutores expostos, embora os encravamentos, conectores especiais e detectores de falhas de terra possam tornar o acoplamento condutivo quase tão seguro. A carga indutiva também pode reduzir o peso do veículo, ao mover mais componentes de carga para fora de bordo. Um defensor da carga indutiva da Toyota argumentou, em 1998, que as diferenças de custo geral eram mínimas, enquanto um defensor da carga condutiva da Ford argumentou que a carga condutiva era mais eficiente em termos de custo.

Pontos de recargaEditar

As de Abril de 2020, existem 93.439 locais e 178.381 estações de recarga EV em todo o mundo.

Gama de viagem antes da recargaEditar

A gama de um BEV depende do número e tipo de baterias utilizadas. O peso e o tipo de veículo, bem como o terreno, o clima e o desempenho do motorista também têm impacto, assim como na quilometragem dos veículos tradicionais. O desempenho da conversão de veículos eléctricos depende de uma série de factores, incluindo a química da bateria:

• As baterias de chumbo-ácido são as mais disponíveis e baratas. Tais conversões geralmente têm um alcance de 30 a 80 km (20 a 50 milhas). Os EVs de produção com baterias chumbo-ácido são capazes de até 130 km (80 mi) por carga.
• As baterias NiMH têm maior energia específica do que as baterias chumbo-ácidas; os EVs protótipos fornecem até 200 km (120 mi) de alcance.
• Novos EVs equipados com baterias de iões de lítio fornecem 320-480 km (200-300 mi) de alcance por carga. O lítio também é mais barato do que o níquel.
• As baterias de níquel-zinco são mais baratas e mais leves do que as baterias de níquel-cádmio. Também são mais baratas do que (mas não tão leves como) as baterias de iões de lítio.

A resistência interna de algumas baterias pode ser significativamente aumentada a baixa temperatura, o que pode causar uma redução notável no alcance do veículo e na vida útil da bateria.

Encontrar o equilíbrio económico do alcance versus desempenho, capacidade de bateria versus peso, e tipo de bateria versus desafios de custo cada fabricante de EV.

Com um sistema AC ou sistema DC avançado, a travagem regenerativa pode aumentar o alcance até 50% em condições de tráfego extremas sem paragem completa. Caso contrário, o alcance é alargado em cerca de 10 a 15% em condução urbana, e apenas de forma insignificante em condução em auto-estrada, dependendo do terreno.

BEVs (incluindo autocarros e camiões) também podem utilizar reboques com grupo gerador e reboques com empurrador, a fim de alargar o seu alcance quando desejado, sem o peso adicional durante a utilização normal de curto alcance. Reboques de cestos descarregados podem ser substituídos por reboques recarregados no percurso. Se alugados, os custos de manutenção podem ser diferidos para a agência.

alguns BEVs podem tornar-se veículos híbridos, dependendo do reboque e dos tipos de carros de energia e do grupo propulsor.

TrailersEdit

A capacidade da bateria auxiliar transportada em reboques pode aumentar a gama geral de veículos, mas também aumenta a perda de energia decorrente do arrasto aerodinâmico, aumenta os efeitos de transferência de peso e reduz a capacidade de tracção.

Trocar e removerEditar

Uma alternativa à recarga é trocar baterias drenadas ou quase drenadas (ou módulos extensores de gama de baterias) por baterias totalmente carregadas. Isto é chamado de troca de baterias e é feito em estações de troca.

As características das estações de troca incluem:

1. O consumidor não está mais preocupado com o custo de capital da bateria, ciclo de vida, tecnologia, manutenção ou questões de garantia;
2. Swapping é muito mais rápido que o carregamento: o equipamento de troca de baterias construído pela empresa Better Place demonstrou trocas automáticas em menos de 60 segundos;

As estações de troca aumentam a viabilidade de armazenamento de energia distribuída através da rede elétrica;

Concertezas sobre estações de troca incluem:

1. Potencial para fraudes (a qualidade da bateria só pode ser medida durante um ciclo completo de descarga; a duração da bateria só pode ser medida durante ciclos repetidos de descarga; aqueles na transação de swap não podem saber se estão recebendo uma bateria gasta ou de eficácia reduzida; a qualidade da bateria degrada-se lentamente ao longo do tempo, pelo que as baterias gastas serão gradualmente forçadas a entrar no sistema)

li>A falta de vontade dos fabricantes para padronizar o acesso à bateria / detalhes de implementação

2. Preocupações com a segurança

Re-fillingEdit

As baterias de fluxo de bromo-zinco podem ser recarregadas usando um líquido, em vez de recarregadas por conectores, poupando tempo.

Ciclo de vida das baterias EVEdit

Down-cycling das baterias EV em fim de vidaEdit

As baterias eléctricas de veículos que se encontram na fase de fim de vida (tendo uma capacidade de energia reduzida e já não sendo adequadas para alimentar veículos eléctricos) podem ser reutilizadas para aplicações de segunda vida, tais como a utilização em packs de alimentação e-bus, backups para grandes edifícios, uso no armazenamento de energia doméstica, estabilização do fornecimento para geradores de energia solar e eólica, energia de reserva para estações de base de telecomunicações e centros de dados, a alimentação de empilhadeiras, scooters e bicicletas elétricas, etc. A reutilização de baterias automotivas em aplicações de segunda vida requer conhecimentos especiais em logística reversa. Alexander Kupfer, responsável pelo desenvolvimento sustentável de produtos/economia circular na Audi, afirma que “uma interface de conexão comum através da qual essas baterias automotivas possam ser controladas por um sistema de gerenciamento de armazenamento estacionário” precisaria ser desenvolvida. Esse tipo de interface proporcionaria um mecanismo de comunicação com o sistema de controle de armazenamento independente do fabricante da bateria. A interface precisaria ser desenvolvida em conjunto com os fornecedores de armazenamento.

Pacific Gas and Electric Company (PG&E) sugeriu que as concessionárias poderiam adquirir baterias usadas para fins de backup e nivelamento de carga. Eles afirmam que embora essas baterias usadas possam não ser mais utilizáveis em veículos, sua capacidade residual ainda tem valor significativo.

LifespanEdit