Sistemas aprimorados de gerenciamento de bateria podem prolongar a vida útil das baterias de lítio

Sep 13, 2023

Os pesquisadores de Stanford estão procurando construir um sistema de gerenciamento de bateria melhor baseado na experiência do mundo real.

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Há teoria e depois há realidade. A conexão entre eles muitas vezes pode ser tênue, na melhor das hipóteses. No mundo dos carros elétricos, cada bateria possui um sistema de gerenciamento de bateria que usa algoritmos para monitorar sua saúde geral e condição operacional. “O algoritmo informa coisas como se a bateria está funcionando bem ou até onde você pode dirigir antes de precisar recarregar. O problema é que os algoritmos BMS são projetados em condições laboratoriais ideais que não refletem o que uma bateria vê no mundo real”, diz Simona Onori, professora assistente de ciência e engenharia energética na Escola de Sustentabilidade Stanford Doerr.

Para demonstrar a lacuna entre os testes laboratoriais controlados e a experiência real na estrada, Onori e colegas de Stanford colaboraram com pesquisadores do Centro de Inovação e Engenharia da Volkswagen, localizado perto do campus universitário. “Algoritmos baseados em dados de condução irrealistas provavelmente serão imprecisos em campo”, disse Onori, principal autor do estudo. “Nosso objetivo é aumentar a longevidade da bateria projetando algoritmos treinados a partir de dados do mundo real.”

Os resultados da pesquisa foram publicados em 18 de agosto de 2023 na revista científica Joule (paywall). Aqui está um resumo desse relatório:

“A implantação de algoritmos de estimativa e previsão do estado de saúde da bateria é fundamental para garantir o desempenho confiável dos veículos elétricos a bateria. Os algoritmos SoH são projetados e treinados a partir de dados coletados em laboratório durante o ciclo de células sob cargas e temperaturas predefinidas.

“Os dados de campo da bateria coletados ao longo de 1 ano de operação do veículo são usados ​​para definir e extrair indicadores de desempenho/saúde e correlacioná-los com características reais de condução (hábitos de carga, aceleração e frenagem) e temperatura ambiente dependente da estação. Os indicadores de desempenho durante eventos de condução e carregamento são definidos através do estabelecimento de um pipeline de dados para extrair os principais sinais do sistema de gerenciamento de bateria.

“Este trabalho mostra o desalinhamento existente entre os testes de laboratório e o uso real da bateria, e a oportunidade que existe no aprimoramento dos testes experimentais da bateria para desconvolucionar o tempo e a temperatura para melhorar as estratégias de estimativa de SoH.”

Crédito da imagem: Universidade de Stanford via Joule

Um sistema de gerenciamento de bateria hoje registra rotineiramente dados durante frenagem, aceleração, desaceleração e carregamento. O segredo para uma longa vida útil das baterias recarregáveis ​​pode estar na compreensão das diferenças entre as células individuais na operação no mundo real. A nova modelagem de como as células de íons de lítio em um pacote se degradam mostra uma maneira de adaptar o carregamento à capacidade de cada célula, para que as baterias EV possam suportar mais ciclos de carga e uma vida útil mais longa.

“A direção no mundo real é específica do motorista”, diz o coautor Gabriele Pozzato, engenheiro de pesquisa de Stanford. “Você pode ser um motorista agressivo ou alguém que carrega o carro apenas parcialmente. Diferentes estilos de condução e carregamento resultarão em diferentes trajetórias de degradação da bateria. No entanto, esse tipo de dados de campo não está incluído nos algoritmos de bateria convencionais.”

Para o estudo, a Volkswagen forneceu à equipe de Stanford cerca de 3.750 horas de dados de direção BMS coletados de um SUV Audi e-tron totalmente elétrico dirigido na área da baía de São Francisco durante um ano, de novembro de 2019 a outubro de 2020. Esses dados permitiram que a equipe de Stanford equipe para calcular a resistência elétrica na bateria durante esse período. Os dados permitiram à equipe avaliar duas métricas principais da bateria – energia e potência.

“A energia fornece a autonomia ou quantos quilômetros você pode dirigir com uma bateria totalmente carregada”, diz Pozzato. “Poder é a capacidade de extrair energia rapidamente. Ao acelerar, você deseja ter acesso à energia e descarregar a bateria muito rapidamente. Quanto menos resistência elétrica você tiver na bateria, mais energia você terá.”