Sistema Fiep – Sistemas de Armazenamento de Energia: Parte II

Neste segundo artigo sobre o tema, falaremos agora sobre o sistema de carga e descarga das células

Texto: Valério M. Marochi

Fotos: Divulgação

No artigo anterior iniciamos o estudo das pilhas e baterias, falando um pouquinho do histórico e características das células eletroquímicas que compõe um RESS (do inglês RESS, Rechargeable Energy Storage System) de um veículo elétrico. Nesta edição trataremos do sistema responsável por controlar os processos de carga e descargas das células, garantindo segurança e desempenho.

Controle da energia

Mesmo em veículos convencionais os sistemas elétricos já possuem tecnologia de eletrônica embarcada, ou seja, são gerenciados por microcontroladores que, a partir de uma programação pré-definida, executam tarefas baseados em informações do próprio sistema (por meio de sensores e transdutores), como por exemplo o sistema de gerenciamento eletrônico do motor. Em veículos elétricos, o RESS também possui um sistema de gerenciamento de bateria, o BMS (do inglês, Battery Management System) que realiza funções importantes para o veículo como um todo, principalmente para o powertrain. Dentre as principais funções está o monitoramento dos “sinais vitais” das células: tensão, corrente, impedância e temperatura. A partir destes, é possível estimar o estado de saúde ou SOH (do inglês, State of Health) e o estado de carga ou SOC (do inglês, State of Charge) das células e dos packs individualmente. Analogamente, o SOC é o nível de combustível do tanque apresentado no painel e o SOH é um misto da qualidade do combustível e o estado do tanque.

Segurança em foco

Não basta monitorar os parâmetros de cada célula. A fim de garantir vida útil prolongada e eficiência é necessário balancear o conjunto, transmitindo energia das células mais carregadas para as menos carregadas e equalizando o nível de tensão e energia disponível entre todas. Isto ocorre simultaneamente ao controle dos processos de carga e descarga, baseado nos parâmetros já mencionados e também na interface com o veículo através de protocolos de comunicação, atendendo às demandas de torque e potência do sistema de propulsão e também permitindo a regeneração de energia em frenagens, por exemplo. Esta tarefa não é muito fácil, uma vez que o BMS precisa satisfazes às necessidades tanto das baterias quanto da propulsão. Isto implica em fornecer energia para o motor sempre que solicitado e controlar o processo de carga quando conectado a um carregador sem extrapolar os limites operacionais de segurança, evitando descargas profundas, superaquecimentos, desbalanceamento de células e sobrecargas.

Todas estas funcionalidades são gerenciadas pelo BMS e realizadas por dispositivos e subsistemas dedicados integrantes do RESS. Em caso de necessidade de manutenção ou mesmo situações adversas como acidentes, há estratégias de emergência e dispositivos de proteção, responsáveis por garantir a segurança do veículo e dos seus ocupantes, como: relés de bloqueio, destinados a isolar a bateria do restante dos sistemas do veículo; fusíveis de proteção, que se rompem em caso de curtos-circuitos e sobrecargas; e o plugue de serviço, utilizado em manobras de bloqueio da bateria para a realização de manutenções no powertrain elétrico.

 “E se o sistema superaquecer? E durante um acidente, como é garantida a segurança do veículo, já que as baterias são tão sensíveis?” Calma. Além dos dispositivos que vimos neste artigo, responsáveis por garantir a segurança elétrica do RESS, há também as proteções mecânicas, relacionadas às variações de temperatura e choques mecânicos. No próximo artigo trataremos de gerenciamento térmico e também dos encapsulamentos e alocações das baterias nos veículos.