Ecotime Fiep: Sistemas de Armazenamento de Energia: Parte I

Neste e nos próximos 2 artigos, trataremos de todas essas questões relacionadas aos Sistema de Armazenamento de Energia Recarregável, começando pelas tecnologias de pilhas e baterias

Texto: Valério M. Marochi

Fotos: Divulgação

O tanque de combustível você já conhece: primeiro componente do powertrain, é basicamente um reservatório em metal ou plástico com a finalidade de armazenar energia suficiente para suprir a demanda de autonomia do veículo. De construção simples, possui alguns elementos auxiliares, como o bocal de abastecimento, válvulas de controle de pressão, bomba e filtro e sistema de controle de evaporação de combustível (canister). Mas, e nos carros elétricos, como armazenamos o ‘combustível’? Quais são os dispositivos presentes dentro de uma bateria? Quais são as tecnologias de baterias utilizadas nos veículos?

Neste, e nos próximos 2 artigos, trataremos de todas essas questões relacionadas aos Sistema de Armazenamento de Energia Recarregável (do inglês RESS, Rechargeable Energy Storage System), começando pelas tecnologias de pilhas e baterias.

Jornada eletroquímica

Pilhas e baterias são dispositivos que geram energia elétrica a partir de reações químicas entre as substâncias nelas contidas (eletroquímica). Hoje em dia são encontradas em praticamente tudo, de dispositivos eletrônicos a veículos, e não nos damos conta da sua importância. A história da primeira pilha remonta ao final do século XVIII (1798), construída por Alessandro Volta a partir de discos de zinco e prata, permitindo a estabilização da corrente elétrica e acelerando as descobertas no campo da eletricidade. Desde então inúmeras melhorias foram feitas e diferentes configurações com diversas substâncias e arranjos foram propostas.

Em 1859, Gaston Planté desenvolveu a bateria chumbo-ácido que acabou se consolidando como a tecnologia mais aplicada no ramo automotivo. Não são adequadas para sistemas de propulsão, pois são relativamente pesadas e não suportam aplicações de alta potência (descargas e recargas rápidas e intensas). Ainda hoje são baterias relativamente baratas e confiáveis, e estão presentes nos veículos híbridos e elétricos para alimentar os sistemas auxiliares. Foi a partir de 1970 que tecnologias mais eficientes surgiram, possibilitando desenvolver baterias melhores, são elas: Níquel-hidreto metálico (NMH), Lítio-polímero (Li-Po) e íons de Lítio (Li-ion). As vantagens dessas tecnologias são o aumento da vida útil e da densidade energética, que é a capacidade de armazenar mais energia em volume e peso menores. Essa é a característica que alavancou o desenvolvimento, por exemplo, de celulares menores, mais leves e com maior duração de carga. De forma análoga, tem impulsionado a construção de veículos elétricos onde a tecnologia mais utilizada é a de íons de lítio, que na verdade é uma categoria de baterias, pois existem diversos tipos, de acordo com os materiais utilizados.

Para cada aplicação, uma tecnologia

“Então as baterias de veículos elétricos são iguais às de smartphones, só que maiores?” Sim e não. São semelhantes na tecnologia, porém nos dispositivos de pequeno porte geralmente uma única célula já é suficiente, enquanto nos carros são necessárias várias delas, arranjadas em conjuntos chamados de packs (pacotes, em inglês). Existem três formatos de células aplicadas em veículos (figura abaixo): cilíndrico (como pilhas comuns), prismático (baterias de celular) e pouch ou bolsa (bateria de drones). Por exemplo, fabricantes como Tesla e Renault usam células cilíndricas, Nissan pouch e Toyota utiliza cilíndrica e prismática, dependo do modelo de veículo. Cada célula possui uma tensão nominal de 3,7 Volts e, dependendo da forma como são interligadas, podem-se construir packs com 200, 450 até 700 Volts!

É válido lembrar que nada é de graça nessa vida. As vantagens das células de lítio vêm com um alto preço, literalmente. Por ser uma tecnologia recente, a baixa escala de produção e o custo de matéria-prima, dentre outros fatores, fazem com que a bateria de um veículo puramente elétrico represente mais da metade do valor do carro.

Fonte: https://www.richtek.com/battery-management/en/designing-liion.html

Nunca sozinhas

“Só isso? Já temos uma bateria automotiva?”. Ainda não. A jornada nem começou. Embora apresentem vantagens, as baterias de lítio são muito mais sensíveis em operação, problema que se multiplica com os packs. Torna-se então necessário controlar de forma balanceada e individual a carga e descarga de cada célula e a temperatura, dentre outros parâmetros críticos, que impactam na vida útil do RESS e no risco de incêndios e explosões. Sendo assim, as células não funcionam sozinhas, mas demandam um sistema de controle dedicado e também dispositivos que possibilitem a interface com o powertrain. Mas esses são assuntos para as próximas edições. Até lá!

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