Bateria de carro hibrido – Problemas e soluções
Os carros híbridos precisam de eletricidade para funcionar, e precisam contar com essa energia em uma bateria. O desafio para os desenvolvedores automotivos é, portanto, construir sistemas de bateria que possam absorver o máximo de energia possível e, ao mesmo tempo, gerenciar com o menor peso possível.
A solução técnica atual para este problema é o uso de baterias de íons de lítio. Nos carros elétricos e nos híbridos, essas baterias consistem em um grande número de células de bateria individuais, que são combinadas com um controlador de bateria e ar condicionado para formar um sistema de bateria.
Os carros híbridos e elétricos começam agora a representar uma fatia significativa do mercado automóvel, por isso, é importante conhecer os problemas que mais ocorrem com as baterias desses veículos, e as soluções.
Nós, da K2 Imports, somos especialistas em manutenção e troca de baterias de carros híbridos, e vamos agora te mostrar como funcionam esses avançados sistemas de fornecimento de energia.
Confiabilidade de carros híbridos: problemas potenciais
Os carros híbridos são, acima de tudo, carros convencionais aos quais foi adicionado um dispositivo de assistência elétrica para ajudar o motor de combustão ou mesmo substituí-lo completamente durante certas fases de condução.
Haverá, no entanto, dois tipos principais de montagem, o primeiro consiste em colocar o dispositivo elétrico na mesma corrente de tração que o motor de combustão, e o outro consiste em separar os dois eixos (podemos até ter uma mistura dos eixos).
A segunda é, portanto, motorizar um eixo apenas eletricamente, então acabamos com um problema de confiabilidade semelhante a um carro elétrico.
Agora vamos ver os elementos que podem causar problemas
As baterias perdem sua capacidade simplesmente pelo uso
As baterias de íons de lítio oferecem muitas vantagens em termos de densidade de energia e possível velocidade de carregamento. No entanto, os componentes também são usados devido a processos físicos. As baterias de íons de lítio não podem ser carregadas e descarregadas indefinidamente.
Em algum momento, a capacidade de energia armazenável cai porque os materiais usados nas baterias alteram suas propriedades físicas negativamente. Esse processo de perda, que é desencadeado apenas pelo envelhecimento, é chamado de degradação.
A falta de manutenção coloca a bateria do carro elétrico sob estresse
Um fator significativo no processo de envelhecimento é a corrente com a qual uma bateria é carregada ou descarregada. Há também outros fatores que podem sobrecarregar a bateria, como descarga completa ou carregamento constante até 100% de carga. É por isso que o comportamento do usuário é tão importante para manter a vida útil de uma bateria.
Existem alguns mitos sobre baterias de carros elétricos
A vida útil alegadamente curta dos sistemas de bateria desempenha um papel importante na discussão pública sobre eletromobilidade. Neste contexto, são reiterados os mitos de que estas baterias têm apenas um alcance de 100.000 km. Também é frequentemente argumentado que a vida útil da bateria é limitada a 1.000 ou 2.000 cargas.
Em geral, pode-se dizer que tais declarações simplificam demais os processos físicos complexos em uma bateria. Por exemplo, o que exatamente 1.000 processos de recarga significam?
Uma bateria carregará de 0 a 100% 1.000 vezes? No entanto, este não é um cenário realista, porque apenas em muitos poucos casos os carros elétricos são carregados apenas quando estão completamente vazios.
Resumindo: essas declarações gerais fornecem poucas informações sobre a situação real. Em todos os casos, é preciso recorrer somente a oficinas especializadas na manutenção de carros elétricos, e que dispõe de mão de obra e equipamentos voltados para carros elétricos, como a K2 Imports.
O valor C
As propriedades físicas de uma bateria são mantidas por mais tempo quando ela é carregada com baixas correntes. Isso significa tanto o processo de carregamento quanto o processo de descarga.
Em ambos os processos, o chamado valor C não deve ser maior que 1. O valor C é usado pelos engenheiros para calcular a corrente máxima de descarga. Ele descreve a relação entre o tamanho da bateria e a corrente com a qual a bateria está sendo carregada no momento.
Um exemplo do cálculo do valor C
Vamos supor que uma bateria tenha uma capacidade de 50 kWh.
- Se esta bateria for carregada com uma potência de 50 kW, o valor C = 1.
- Se um veículo com tal bateria for fortemente acelerado, uma potência de 100 kW pode ser extraída dele. O valor C é então 2.
- No caso de uma carga de 11 kW, o valor C é 0,22.
- Ao carregar com uma corrente de 100 kW, o valor C também é 2.
A regra geral se aplica: é benéfico para a vida útil de uma bateria se o valor C for menor que 1 ao descarregar e carregar. Somente dessa forma, será possível garantir a eficiência da vida útil da bateria. Nós da K2 Imports sempre indicamos aos nossos clientes a forma correta de carregar as baterias de seus carros elétricos.
Baterias de carros elétricos não toleram temperaturas extremas
Primeiro, a boa notícia: nos carros elétricos, o ar condicionado automático garante que as baterias não sejam sobrecarregadas por temperaturas extremas.
Isso faz sentido, porque temperaturas entre -10 e +40 graus Celsius são geralmente os limites mínimos e máximos absolutos aos quais uma bateria deve ser exposta durante a operação. Valores abaixo ou acima podem danificá-la gravemente.
Portanto, os sistemas de bateria em carros elétricos têm um controle de temperatura correspondente. Isso garante que a bateria seja sempre aquecida ou resfriada adequadamente.
Mas qual é a temperatura ideal? A temperatura operacional ideal para uma bateria é aquela em que as pessoas se sentem mais confortáveis - pouco menos de 20 graus. No entanto, 10 graus Celsius para armazenamento quando não estiver em uso é ainda melhor.
Este é sem dúvida o risco mais conhecido e temido dos proprietários de carros híbridos e elétricos. Porque se com um veículo a combustão o tanque de combustível não possui limite de uso, o equivalente do carro elétrico tem um, e todos nós sabemos muito bem disso sabendo que somos usuários atuais de objetos recarregáveis (telefones, computadores etc.).
E para se ter uma ideia, saiba que as marcas geralmente garantem 5 anos e 100.000 km, o que no final das contas não é tão ruim como muitos podem pensar. A Tesla está avançando até 8 anos sem limite de quilometragem em sua versão mais robusta e cara (100d).
Em suma, a partir deste prazo você terá uma bateria que só pode armazenar 70 a 80% de sua carga original e, portanto, sua autonomia terá derretido em torno de 20 a 30%.
Observe também que muitos fabricantes têm que realizar recalls, porque as baterias às vezes são mal montadas: alinhamento dos eletrodos, anodos não montados, curtos-circuitos diversos.
A maneira de usar a bateria de um carro híbrido pode encurtar bastante sua vida útil, ao contrário de mais uma vez nosso bom e velho tanque de combustível.
As baterias não gostam de ser expostas ao calor, temperaturas acima de 50° geralmente a fazem perder capacidade de armazenamento.
Outro fator é o nível de energia. Uma bateria que fica vazia por muito tempo acabará perdendo parte de sua capacidade, assim como sobrecarregar e manter a bateria continuamente cheia.
Uma bateria contém uma solução química que é frágil e que não deve ser muito alterada, o que complica ainda mais um uso já bastante tedioso (usar um carro elétrico exige antecipação e uma organização que quase faria você pensar que está dando um passo atrás em termos de conforto de utilização dos veículos).
A manutenção da bateria dos carros híbridos
Nos carros híbridos, os motores a combustão são menos usados, e isso representa um problema sério… Porque, como você sabe, um motor a combustão funciona corretamente apenas quando está quente.
Quando frio, polui e se desgasta rapidamente, pois as partes móveis internas não atingiram seu tamanho correto: quando aquecido, a expansão do metal as aumenta e tudo se encaixa perfeitamente.
O óleo também fica mais fino e as câmaras de combustão quentes queimam melhor o combustível.
Por isso, esse problema é tão importante que alguns fabricantes adaptam os motores para que aqueçam mais rápido.
Apesar de todos esses esforços, um motor a combustão em um carro híbrido sempre será menos estressado quando estiver frio, e podemos acabar com um motor que funciona principalmente a frio… dos carros híbridos têm uma vida muito menos alegre do que os carros convencionais.
O funcionamento de um motor elétrico
Composto por ímãs e bobinas (bobinas que se tornam ímãs ao alimentá-los: eletroímã), o motor elétrico continua sendo uma peça relativamente simples (relativamente porque ainda é uma mecânica de alta precisão com amplo desenvolvimento para melhorar a eficiência) que normalmente não é muito propenso a problemas.
Podemos, no entanto, citar o risco de degradação do verniz isolante localizado nas espiras das bobinas de cobre (em caso de superaquecimento) que pode então destruir a eficiência do motor elétrico por um curto-circuito.
Se um fio de cobre quebrar ou derreter, há um curto-circuito… E, portanto, não é mais possível a propulsão. Para evitar esse e mais uma série de outros problemas na bateria do seu carro híbrido, sempre recorra a uma oficina de carros híbridos com capacidade para reconhecer e oferecer as melhores soluções em São Paulo, como a K2 Imports.
Destinado a gerenciar e direcionar fluxos elétricos (puxar, recarregar por tomada ou frenagem regenerativa, alternar de corrente alternada para corrente contínua, etc.), a eletrônica de potência é um componente fundamental na operação de um carro híbrido ou elétrico. Este é, portanto, outro elemento potencial que pode trazer possíveis danos à bateria ou ao motor elétrico se as tensões emitidas estiverem incorretas.
Redutor de engrenagens
No caso de um carro híbrido, com um motor elétrico sozinho em um eixo (geralmente traseiro), você precisa de uma relação de transmissão que consiste em girar as rodas mais lentamente que o motor elétrico (10 vezes menos em um Tesla para exemplo). E essas marchas podem falhar como qualquer transmissão.
Fiação de carregamento
Esse é um problema que poucas pessoas poderiam pensar. Algumas fiações não são muito resistentes ao tempo, o que pode impedir os proprietários de carros elétricos de recarregarem corretamente seu carro.
Qual é a maneira correta de carregar uma bateria de carro híbrido?
Correntes fortes sobrecarregam uma bateria principalmente porque podem aquecê-la. Este é particularmente o caso durante o carregamento de uma bateria de carro híbrido, porque a corrente atua na bateria por um longo período de tempo. No entanto, a rede elétrica oferece diferentes amperagens com as quais você pode extrair eletricidade.
- A tomada doméstica.
A clássica tomada tem uma potência máxima de 3,6 kW. Carregar 50 kWh de 0 a 100% com esta corrente leva muito tempo: mais de 13 horas. É por isso que os proprietários de carros elétricos evitam esse tipo de carregamento. Por outro lado, a vantagem é o baixo valor de C. No nosso caso de exemplo: 3,6 kW divididos por 50 kWh = 0,072. - Estações de carregamento normais.
Estas estações de carregamento geralmente têm uma potência de 11 ou 22 kW. Estes são postos de carregamento na esfera privada ou os públicos encontrados em áreas urbanas. Por exemplo, se uma bateria de 50 kWh for carregada com 11 kW, o valor C será 0,22. - Estações de carregamento rápido.
Estas estações de carregamento públicas ainda são bem raras no Brasil, mas fornecem correntes de carregamento de 50 a 450 kW. Veículos mais novos, como o Tesla Model 3, carregam com até 200 kW nesses carregadores de alta potência (HPC). Com uma capacidade de bateria de 75 kWh, o valor C está bem acima de 1 e pode até subir acima de 2. No entanto, a curva de carga em um HPC não é linear. Isso significa que a potência total só é consumida quando o nível de carga da bateria está em torno de 20 a 50%. Dependendo do modelo, a potência consumida é reduzida entre 50 e 80%. De cerca de 80%, o desempenho diminui significativamente. Os últimos 5% para chegar a 100% são carregados com uma corrente muito pequena. No entanto, pode-se ver que o controle climático geralmente precisa fornecer resfriamento durante um processo de carregamento do HPC em carga total para evitar danos à bateria.
Em resumo, quanto mais lenta a carga da bateria, melhor. Portanto, o carregamento constante em estações de carregamento rápido com altas correntes com um valor C > 1 não é recomendado.
Em uma viagem de longa distância, o carregamento em estações de carregamento rápido pode ser inevitável e esse processo de carregamento não causa danos totais à bateria imediatamente. Mas na vida cotidiana você deve evitá-lo, se possível.
Como evitar uma grande série de problemas na bateria do seu carro híbrido: Não deixe a bateria completamente vazia, e não deixe sempre completamente cheia
A lenda que circula em público é que é bom para uma bateria se ela for completamente descarregada repetidas vezes. Só então ele pode manter totalmente sua receptividade. Em relação às baterias de íon-lítio comumente usadas em carros híbridos, essa visão é fundamentalmente errada e o oposto é correto.
É muito melhor para a preservação do desempenho da bateria do carro híbrido se ela for recarregada antes de ser completamente descarregada. O esgotamento total estressa o sistema quando os últimos íons precisam ser espremidos.
Portanto, você nunca deve descarregar seu veículo abaixo de uma faixa de 20% do estado de carga. E se você já atingiu um nível de bateria tão baixo, é importante evitar uma descarga o mais forte possível. Porque isso significa estresse real para esse componente caro.
No outro extremo da escala, você também pode se comportar de uma maneira mais suave para preservar a parte física da bateria. Seria ideal terminar o processo de carregamento quando o nível de carga for 90 ou melhor 80%. Portanto, se você sempre operar sua bateria entre 20 e 80% de carga, estará protegendo a bateria e contribuindo para sua preservação. Você só cobra 100% em casos excepcionais, por exemplo, antes de uma viagem de longa distância.
Nesse sentido, não é apropriado simplesmente divulgar um número máximo de ciclos de carregamento, após o qual a capacidade da bateria diminui inevitavelmente. Esses cálculos simplificados não mostram nenhuma instrução confiável.
Como manter a vida útil da bateria do seu carro híbrido
Para a física de uma bateria, é irrelevante se as cargas são causadas por fortes correntes durante o carregamento ou descarregamento. Portanto, além de um carregamento cuidadoso, o comportamento de condução contido do motorista do carro elétrico também é crucial.
É bem conhecido que os carros elétricos têm valores de aceleração significativamente melhores do que os veículos com motor convencional. Isso faz com que muitos usuários acelerem o carro o máximo possível, porque, afinal, você costuma ser o mais rápido no início do semáforo.
Aceleração forte significa usar muita potência. Constantemente e sempre “aceleração total” é prejudicial à “saúde da bateria”.
Este fenômeno é novamente devido à temperatura. Quando o pedal do acelerador é pressionado, uma forte corrente é puxada, que a bateria também fornece. Como resultado, ele aquece por um curto período de tempo, pois o ar condicionado não pode garantir a redução de temperatura correspondente no mesmo período de tempo.
Ela é muito lenta. É verdade que aqui também não há perda total, apenas porque a aceleração total foi chamada uma vez. O controle da bateria evita comportamentos realmente prejudiciais. A remoção de uma saída de alta potência é simplesmente impedida por uma trava correspondente. Os carros híbridos não devem, portanto, ser conduzidos por horas a plena carga.
Para qualquer problema relacionada a bateria do seu carro, não deixe de comparecer a uma oficina K2 Imports, onde você poderá receber o diagnóstico preciso da situação da sua bateria.