Equilibrando as inhomogeneidades, ou por que um ônibus LFP às vezes para [O Ciclo da Bateria #5 | LANÇAMENTO EM 2026]

Há cinco anos, com as contribuições de Claudius Jehle, CEO da volytica diagnostics GmbH, lançamos a série de artigos “The Battery Cycle”, com o objetivo de esclarecer as complexidades das baterias Li-Ion.

A série forneceu uma grande quantidade de informações valiosas para todos os envolvidos com a mobilidade elétrica.

Agora, cinco anos depois, voltamos a esses mesmos temas – ainda graças à colaboração com Claudius Jehle –, enriquecidos por dados do mundo real e lições aprendidas.

Toda a série de artigos, atualizada recentemente, também é publicada em uma edição especial monográfica que acompanha as edições da Sustainable Bus (e das plataformas irmãs Sustainable Truck & Van e Powertrain International) ao longo de 2026.

Agradecemos suas perguntas, comentários e contribuições em info@sustainable-bus.com.

Crédito da imagem: Forsee Power

A bateria não é formada por uma única célula, embora em conversas cotidianas possamos querer simplificá-la dessa forma. Idealmente, ela deveria se comportar como se fosse uma única célula, mas, como sempre, na realidade as coisas são mais complexas.

Em um sistema de baterias, dezenas ou, normalmente, centenas de células individuais são conectadas em série (ou seja, o polo positivo de uma é conectado ao polo negativo da seguinte, e assim por diante), formando uma cadeia. Cada célula adicional aumenta a tensão total do sistema. Como “potência” é igual a “tensão x corrente”, dobrar a tensão (ao conectar as células em série) reduz a corrente necessária pela metade. Como o diâmetro dos cabos é determinado principalmente pela corrente máxima, aumentar a tensão do sistema ao conectar as células em série basicamente ajuda a reduzir o tamanho, o peso e os custos dos cabos. É tão simples quanto isso*. Se quisermos maior capacidade, conectamos cadeias inteiras em paralelo.

Mas com esse truque simples surgem novos problemas: desequilíbrio, inhomogeneidade, energia inacessível e a necessidade de equilíbrio.

Inhomogeneidade: um experimento mental

Se partirmos de um sistema em que todas as células são iguais, deparamo-nos com problemas sérios que explicaremos aqui. Como de costume, começamos com analogias simples que são (quase) perfeitamente adequadas para conversas cotidianas. Considere um sistema de uma única corda (funciona da mesma forma perfeita com sistemas de múltiplas cordas) e imagine – atenção: é uma metáfora – como uma cascata dos copos já apresentados, conectados uns aos outros.

Você concordaria que, desde que não haja vazamentos, a quantidade de líquido que entra pela parte superior passa completamente inalterada por cada uma das células?

Portanto, se agora todas tiverem exatamente a mesma capacidade (SoH, artigos futuros), e todas começarem na mesma altura de carga (tensão), então todas terão o mesmo conteúdo inicial (SoC). Se a corrente fluir pela cascata, cada célula neste exemplo perfeito será preenchida/esvaziada pela mesma quantidade exata de líquido. Se você continuar descarregando-as, todas atingirão 0% de SoC simultaneamente**. Por outro lado, se você continuar carregando-as, todas ficarão 100% cheias ao mesmo tempo.

A bateria parece esvaziar de repente. A consequência é o desligamento de emergência do sistema, que às vezes chamamos de Evento de Esgotamento Súbito (SDE) – um veículo que, até poucos minutos atrás, apresentava um nível de carga significativo e sem problemas, de repente para e seu nível de carga cai para 0%. A propósito: se você seguiu todos os artigos até agora, deve ter uma ideia de por que o LFP é especialmente propenso a esse efeito.

O equilíbrio é fundamental!

O que o balanceamento está fazendo agora? Em termos muito simples: o circuito de balanceamento no Sistema de Gerenciamento de Baterias deve garantir que todas as células tenham o mesmo SoC (nível de carga), idealmente o tempo todo, para que o elo mais fraco não limite o desempenho geral da maneira descrita. A abordagem mais simples, mas também a mais comum, é frequentemente chamada de balanceamento passivo, e parece desperdiçadora: uma lógica mestre determina o SoC da(s) célula(s) problemática(s) e descarrega todas as outras células****. Sim, no exemplo acima, um sistema de balanceamento passivo começaria a drenar cerca de 5% de todas as 99 células boas, quase “esvaziando”-as*****. Essa energia é perdida.

Também existem sistemas de balanceamento ativo em funcionamento, que são muito mais sofisticados e, por sua própria complexidade, propensos a falhas, além de exigirem mais investimentos. O resultado é que todas as 100 células acabariam com o mesmo nível de carga, mas, ao transferir ativamente a carga excedente das 99 outras para sustentar aquela com problema, nenhuma carga é perdida no processo.

Quando ocorre o balanceamento?

Em sistemas estacionários grandes e muito movimentados, o balanceamento ativo está ganhando espaço. No entanto, a simplicidade e a robustez dos sistemas passivos ainda os tornam a opção preferida em quase todas as aplicações, incluindo ônibus e caminhões. Portanto, para manter as coisas simples, o que se segue aplica-se apenas aos sistemas passivos.

Como mencionado, um sistema de balanceamento deve primeiro determinar o SoC de cada célula. Como você aprendeu no artigo anterior, isso é particularmente difícil para eletrônicos em situações dinâmicas ou “espumosas”, ou seja, durante a operação ou carregamento, e para químicas de baterias com curvas OCV planas – como a LFP. Portanto, o sistema de balanceamento precisa de períodos longos e “relaxados” em modo de espera, sem nenhuma corrente fluindo, e fica ainda mais satisfeito se o SoC estiver muito alto, já que a “forma de vidro” da maioria das químicas permite uma conversão precisa de tensão para SoC quando a bateria está quase cheia (ou vazia, aliás). Quanto mais tempo em modo de espera, mais desequilíbrio pode ser “eliminado” por vazamentos.

Dicas práticas: 1) Planeje o balanceamento passivo. Após carregar até 100%, siga as recomendações do fabricante para o tempo de inatividade, a fim de permitir que o BMS balanceie as células de forma eficaz. 2) Solicite dados diagnósticos detalhados da bateria. Peça informações sobre a variação de SoC, as tensões das células e as métricas de desvio, idealmente em nível de célula ou, no mínimo, por módulo ou string. 3) Especifique isso em licitações. Exija uma estratégia de balanceamento definida, um limite máximo para o desequilíbrio das células e acesso a longo prazo aos dados brutos da bateria.

Agora você entende por que os fabricantes recomendam uma fase prolongada de inatividade logo após o carregamento até 100%? Exatamente: a inatividade com alto SoC facilita o balanceamento – quanto mais tempo, melhor.

Nós ainda não respondemos às perguntas sobre por que todas as células não se comportam da mesma maneira. Apresentamos o exemplo em que uma célula está ligeiramente mais vazia do que as outras (ou seja, SoC). A realidade é muito complexa, com muitas interações. Para destacar um motivo bastante importante – e autoaplicável –: devido a imperfeições na fabricação, fluxos irregulares de resfriamento/aquecimento, problemas de soldagem, imperfeições eletrônicas etc., algumas células se degradam ligeiramente mais rápido do que outras – realmente apenas um pouco –, o que leva a uma variação na capacidade (SoH). Quando carregadas e descarregadas continuamente, essas diferenças no SoH fazem com que os SoCs de todas as células comecem a divergir de maneira semelhante ao exemplo mencionado anteriormente.

Para piorar a situação, uma célula ligeiramente menor que as outras recebe mais corrente por unidade de capacidade (taxa C), o que aumenta ainda mais a pressão decorrente da degradação, fazendo com que fique ainda menor que as demais. Além disso, é provável que ela apresente uma resistência ligeiramente maior, o que leva ao aumento da temperatura. Também a janela de SoC é afetada. Assim, uma “célula pré-lemon” provavelmente continuará em uma espiral descendente irreversível.

Embora o sistema de balanceamento esteja sempre tentando equalizar o SoC, ele não consegue influenciar a diferença irreversível no SoH. Isso pode ser atenuado por meio de um sistema de balanceamento por alguns meses ou anos; pelo menos, o operador não sentirá diretamente esse processo contínuo. Mas em determinado momento, os tempos de balanceamento ficarão tão longos que levariam para equalizar completamente tudo, o que afetaria gravemente as operações. Ou, se esse período for muito curto, o risco de SDEs aumentará significativamente.

E então, o que fazer?

Os OEMs e fabricantes têm plena consciência do que escrevemos acima, e os sistemas costumam estar bem equipados com as configurações de balanceamento adequadas. No entanto, é fundamental que os clientes estejam cientes do desequilíbrio e do risco de baixo desempenho do sistema em cada ativo, bem como da necessidade de adotar uma estratégia de balanceamento adequada e seguir as recomendações do OEM.

Em resumo

Os sistemas de baterias são complexos. Eles consistem em centenas de células que agem como se fossem uma só: se isso não acontecer, não é possível extrair toda a energia aparentemente disponível.

Nas situações mais críticas, sistemas desequilibrados podem sofrer “esgotamento repentino” durante eventos de esgotamento súbito, causando paradas abruptas, dispendiosas e potencialmente perigosas durante o uso.

O balanceamento requer tempo e condições específicas. Geralmente ocorre durante fases prolongadas de inatividade após uma carga completa.

As razões para o desequilíbrio e a inhomogeneidade são complexas. Um pré-desequilíbrio pode levar a uma degradação interna auto-reforçadora, o que piora ainda mais o problema.

É aconselhável seguir as recomendações do OEM e acompanhar de forma independente a inhomogeneidade (reversível e irreversível) bem como a eficácia do balanceamento.

* Muitos leitores podem objetar – a eletrônica de potência também tem melhor desempenho em tensões mais altas! Correto, mas principalmente por motivos semelhantes, ou seja, densidade de corrente.

** Note que, por enquanto, consideramos o processo extremamente rápido, ou seja, que a resistência das células é extremamente baixa, e o mesmo vale para cada uma delas. Claro, na realidade isso não acontece.

*** Na verdade, é 49,95% (1×45% + 99×50%), mas um SoC nunca é apresentado com duas casas decimais.

**** Na verdade, cada célula com SoC > limão é descarregada usando pequenos resistores de aquecimento.

****** Na verdade, esse processo é às vezes chamado de ‘bleeding’, e o circuito utiliza ‘resistores de bleeding’.

O artigo “Equilibrando as inhomogeneidades, ou por que um barramento LFP às vezes para” [The Battery Cycle #5 | LANÇAMENTO 2026] foi publicado pela primeira vez no Sustainable Bus.