O desvio das células tem como objetivo prolongar a vida útil das baterias de veículos elétricos.

Um estudo da Universidade de Tecnologia Chalmers analisa pacotes de baterias reconfiguráveis que podem ignorar seletivamente as células mais fracas. Em condições ideais, isso poderia prolongar a vida útil das baterias em determinados veículos de alta tensão em mais de 20 por cento.

Imagem: Universidade de Tecnologia Chalmers | Albert Skegro

Os pacotes de baterias em veículos elétricos são compostos por inúmeras células interconectadas que não envelhecem na mesma taxa. Em arquiteturas convencionais, uma célula particularmente fraca pode, portanto, limitar a capacidade útil e a vida útil de todo o pacote.

É exatamente aqui que entra um novo estudo realizado por pesquisadores da Universidade de Tecnologia Chalmers. Ele analisa os chamados conjuntos de baterias reconfiguráveis, nos quais interruptores e sistemas de controle podem alterar o conexão dos células individuais ou grupos de células. Assim, as células mais fracas podem ser contornadas seletivamente, enquanto a capacidade restante continua sendo utilizada.

No caso mais avançado, em que cada célula pode ser controlada individualmente, simulações mostram que a vida útil de certos veículos de alta tensão pode ser prolongada em mais de 20 por cento. De acordo com o estudo, o potencial é particularmente significativo para caminhões elétricos e carros elétricos de longo alcance com muitas células conectadas em série.

Conjuntos de baterias reconfiguráveis visam contornar células fracas

Para ilustrar a escala do efeito, os pesquisadores utilizam um exemplo com uma bateria de 80 kWh e uma quilometragem anual de 12.000 km. Se um conjunto de baterias convencional for substituído após dez anos, o conjunto reconfigurável atinge o mesmo estado de envelhecimento no modelo somente após cerca de onze anos – ou seja, aproximadamente 14 meses depois.

Além disso, o valor residual é maior porque o conjunto envelheceu menos. Embora a tecnologia exija eletrônicos adicionais e, portanto, gere custos iniciais mais elevados, o estudo sugere que a vida útil maior e o valor residual mais alto podem compensar esses custos adicionais em condições realistas.

A tecnologia ainda não está disponível em veículos de produção. No entanto, já foi testada em protótipos de pesquisa e industriais. Na prática, é mais provável que sejam utilizados grupos de células em vez do controle individual de cada uma delas. Portanto, o tempo de vida 20% maior representa um limite teórico máximo.

Além de prolongar o tempo de vida, os pesquisadores também identificam vantagens na produção. Atualmente, as células com propriedades mais semelhantes precisam passar por testes extensivos e serem combinadas entre si. Os pacotes reconfiguráveis poderiam tolerar diferenças maiores entre as células, reduzindo assim o esforço necessário para a chamada correspondência de células.

A arquitetura também poderia trazer benefícios para aplicações em segundo uso. Os conjuntos de baterias poderiam permanecer em uso nos veículos por mais tempo e, posteriormente, serem melhor reaproveitados como sistemas de armazenamento estacionários, já que as células individuais mais fracas não necessariamente forçariam todo o conjunto a parar de funcionar.

A Chalmers já está pesquisando várias abordagens para prolongar a vida útil das baterias. Em maio, uma equipe da universidade apresentou uma estratégia de carregamento rápido baseada em IA que adapta o processo de carregamento às condições da bateria e deve prolongar sua vida útil em cerca de 23% nas simulações. A nova arquitetura de bateria reconfigurável, por sua vez, funciona diretamente dentro do conjunto de baterias e foi projetada para ignorar seletivamente as células mais fracas.

O estudo, intitulado “Avaliação em nível de sistema da reconfiguração dinâmica para resultados relacionados à vida útil e ao custo em baterias de veículos elétricos”, foi publicado na revista _Nature Communications_. Pesquisadores da Universidade de Tecnologia Chalmers, bem como representantes da PHINIA e da Scania, participaram do trabalho.