Veículos Elétricos
Contents in this article

Veículos eléctricos - a necessidade de bateria

Desde tempos imemoriais, o homem tem inventado máquinas mais novas para melhorar seu conforto de vida e ter mais produtividade nas fábricas. Os veículos eléctricos nasceram por volta da metade do século XIX e os veículos eléctricos modernos / veículos híbridos eléctricos foram desenvolvidos no final do século XX. Estes veículos eléctricos foram vistos como mais confortáveis e fáceis de operar em comparação com os veículos com motor ICE. Mas agora este último criou um problema ambiental. Na busca de hoje para salvaguardar o nosso ambiente e ter mais formas de utilizar fontes de energia sustentáveis e renováveis, a indústria automóvel tem o papel mais importante a desempenhar.

Esta indústria é a mais poluente em termos de emissões de gases de escape dos seus produtos. As indústrias de baterias também têm um papel importante a desempenhar. Cada vez mais são utilizadas baterias para aplicações como veículos eléctricos (veículos eléctricos), fontes de energia renováveis (FER) como as energias solar e eólica. A propulsão eléctrica através de baterias ajuda a reduzir o nível de poluição na atmosfera, bem como os custos operacionais. Além disso, também reduz a dependência do petróleo bruto. A propulsão eléctrica dos veículos é o tema mais falado hoje em dia.

Todos os fabricantes de automóveis têm o seu próprio design de veículos eléctricos e baterias de veículos eléctricos (EVB). Embora a bateria de chumbo-ácido fosse a EVB mais utilizada até há pouco tempo, a bateria de iões de lítio assumiu agora o papel principal. Mas considerando o custo inicial e os aspectos de segurança, a bateria de chumbo-ácido não pode ser totalmente destronada até que o custo da bateria dos veículos Li-ion Electric desça a um nível acessível e os aspectos de segurança sejam melhorados ainda mais.

Todos os fabricantes de automóveis têm o seu próprio design de veículos eléctricos e baterias de veículos eléctricos (EVB). Embora a bateria de chumbo-ácido fosse a EVB mais utilizada até há pouco tempo, a bateria de iões de lítio assumiu agora o papel principal. Mas considerando o custo inicial e os aspectos de segurança, a bateria de chumbo-ácido não pode ser totalmente destronada até que o custo da bateria dos veículos Li-ion Electric desça a um nível acessível e os aspectos de segurança sejam melhorados ainda mais.
Por volta do ano de 2010, o número de VE nas estradas era muito inferior a 20.000 no mundo. No entanto, no ano de 2019, o número tinha aumentado mais de 400 vezes e estava perto dos sete milhões.

Quase 80% dos problemas de qualidade do ar estão relacionados com as emissões dos automóveis. Nos países industrializados do Ocidente e do Japão, foi estabelecido que dois terços das emissões de CO, um terço dos óxidos de azoto e quase metade dos hidrocarbonetos se deveram às emissões acima mencionadas. Quando tal era o caso das nações industrializadas, não era melhor nos países em desenvolvimento, onde os controles ambientais não eram rigorosamente aplicados.

Os veículos ICE ineficientes contribuíram significativamente para a poluição do ar, embora a densidade do tráfego fosse reduzida. Além das razões acima, as emissões veiculares produzem grandes quantidades do “gás de efeito estufa” (GHG), ou seja, CO2. Em média, um carro irá produzir quase quatro vezes o seu peso de CO2. As emissões dos veículos são responsáveis por 20, 24 e 26 por cento de todas as emissões de CO2 no Reino Unido, EUA e Austrália, respectivamente. Todas estas razões e crises petrolíferas das décadas de 1960 e 1970 e 1973 e 1979 foram os verdadeiros motivos por detrás do desenvolvimento de veículos eléctricos e baterias adequadas para veículos eléctricos.

Veículos Elétricos - emissão zero

Um veículo eléctrico utiliza um ou mais motores eléctricos alimentados apenas por baterias para fins de tracção (veículos Pure Electric) sem qualquer motor de combustão interna (ICE). Portanto, não tem emissões de escape e é tão conhecido como veículo com emissões zero (ZEEV). Os veículos eléctricos híbridos (HEV) têm duas fontes de energia, uma com alto conteúdo energético (combustível fóssil) e a outra é uma bateria com alta taxa de descarga.
O tema dos veículos eléctricos e suas variantes é vasto e deve ser tratado em detalhe separadamente. Basta conhecer aqui a breve definição de veículos eléctricos e HEV.

Componentes de Veículos Puros Elétricos

I. Armazenamento de Energia Elétrica (Bateria)
II. Módulo de controle eletrônico (ECM)
III. Um sistema de gestão de baterias (BMS )
IV. Trem de acionamento elétrico

Cada automóvel eléctrico tem um indicador de alcance, e o alcance é exibido de forma proeminente no painel de instrumentos. Em alguns veículos elétricos, as luzes começam a piscar quando restam cerca de 25 km de alcance.

Componentes de um Veículo Híbrido Elétrico Convencional

I. Armazenamento de Energia Elétrica (Bateria)
II. Armazenamento de Energia Química (tanque de combustível)
III. Trem de acionamento elétrico
IV. Combustão Comboio de tracção

Uma introdução às baterias para veículos eléctricos

Características exigidas de uma bateria de veículo eléctrico

Existem várias características exigidas de uma bateria de veículos eléctricos, mas as seguintes são de primordial importância e fornecem uma avaliação razoavelmente precisa da viabilidade da bateria.
a. Custo inicial de aquisição do conjunto de baterias (custo por kWh, incluindo todas as parafernálias)
b. Energia específica, que é um indicador do tamanho da bateria (Wh/kg)
c. Potência específica, que é um indicador de aceleração e capacidade de subida de colinas (W/kg)
d. Custo de operação (custo/km/passageiro)
e. Longa vida útil do ciclo com características livres de manutenção
f. Recarregabilidade rápida (80% em 10 minutos)
g. Capacidade de absorver altas correntes durante a frenagem regenerativa.
h. Segurança, confiabilidade e facilidade de reciclagem.

Veículos eléctricos & Veículos eléctricos híbridos

Em veículos puramente eléctricos, a energia deve ser fornecida pela bateria num modo contínuo. A capacidade de energia da bateria é concebida de forma a poder fornecer esta classificação de descarga contínua para a gama total projectada dos veículos eléctricos. Normalmente, a bateria dos veículos eléctricos não pode descarregar para além de 80% da capacidade, de modo a que o seu estado de carga (SOC) não desça abaixo de 20 a 25%.

Gama de baterias de veículos eléctricos

Isto é para proteger a bateria contra sobre-descargas e para evitar as dificuldades encontradas no caso de a bateria ser descarregada em excesso. Além disso, a bateria também deve ser capaz de aceitar a entrada de energia do sistema de frenagem regenerativa. Se a bateria estiver totalmente carregada, a energia de travagem regenerativa não pode ser aceite pela bateria.
A tendência atual na taxa de descarga contínua acima mencionada é uma vez a classificação de capacidade. Por exemplo, se a capacidade é de 300 Ah, a taxa de descarga é de 300 amperes. Invariavelmente, a bateria de um veículo eléctrico irá sofrer uma descarga total uma vez por dia. Naturalmente, ele receberá a energia de retorno da frenagem regenerativa como quando aplicado.

A percentagem média de energia regenerativa é de cerca de 15%. Este número pode ir até mais de 40% em alguns casos. A potência regenerativa não vai além dos 40 kW. O seu valor mais alto está a uma desaceleração particular.

Actualmente, os fabricantes de baterias de veículos eléctricos reivindicam uma duração de cerca de 1000 a > 10.000 ciclos.

Uma bateria de carro elétrico requer nominalmente uma bateria de 36 a 40 kWh (capacidade de energia utilizável) para um alcance de ida e volta de 300 a 320 km. Mas a maioria dos fabricantes OEM especifica mais do que este valor, normalmente, 40 a 60 por cento mais. Isto irá compensar a diminuição da vida útil devido à ciclagem, de modo que mesmo após a vida útil da bateria garantida, exista uma margem de capacidade segura para uma operação normal de um EV. A bateria de 96 kWh em um EV tem uma capacidade utilizável de 86,5 kWh.

Embora as actuais células de iões de lítio forneçam facilmente 170 Wh/kg de energia específica, a energia específica da embalagem diminui em 35 %. Como resultado, a energia global específica reduz-se para 120 Wh/kg. Em 2019, a porcentagem de componentes não-celulares da embalagem desceu de cerca de 35% para cerca de 28%. Mas inovações tecnológicas como a tecnologia cell-to-pack (eliminando o agente intermediário, o módulo) podem melhorar ainda mais a energia específica das futuras baterias EV. As características actuais de potência específica das baterias EV são altamente satisfatórias e, por isso, os engenheiros e cientistas de P&D estão visando energias específicas mais elevadas.

Trem de acionamento elétrico em veículos elétricos

Motores de tracção alimentam veículos totalmente eléctricos. Mas existem controladores para manipular o desempenho dos motores eléctricos. Existem dois tipos de motores eléctricos, motores CA e motores CC. Estes últimos são mais fáceis de controlar e também são menos dispendiosos; as desvantagens são o seu peso mais pesado e o seu volume maior. Os rápidos avanços na eletrônica de potência adicionaram motores CA altamente eficientes com uma janela mais ampla de alcance operacional, mas, com o conseqüente custo mais alto. No EV, a entrada de energia para o motor é controlada pelo circuito eletrônico altamente complicado chamado módulo de controle eletrônico (ECM). O operador EV dá a entrada através do pedal do acelerador.

Sistema de gestão de baterias (BMS) em veículos eléctricos

Tal como o módulo de controlo electrónico acima mencionado, existe também um sistema de controlo de bateria, denominado sistema de gestão de bateria (BMS), que controla o desempenho da bateria EV. A BMS também pode ter instalada uma electrónica separada nos níveis da célula ou do módulo que monitoriza a temperatura e a tensão das células, muitas vezes referida como placa de monitorização da temperatura da tensão (VTM).

Além destes, haverá um sistema de gerenciamento térmico, que pode variar desde uma solução passiva, como o uso do invólucro como um dissipador de calor térmico, até um sistema de resfriamento ativo por líquido ou ar, que força o ar resfriado (ou aquecido) ou líquido através do conjunto de baterias. Os interruptores para ligar e desligar o fluxo de corrente e a cablagem também fazem parte do sistema. Todos esses diferentes sistemas devem se unir em uma única solução de sistema para o funcionamento seguro da bateria e atender às suas expectativas de vida e desempenho.

História da Electricidade, Baterias e Veículos Eléctricos

Electricidade e Baterias

Por que devemos discutir a história da bateria elétrica e dos veículos elétricos? Há um velho ditado: “aqueles que não se lembram do passado estão condenados a repeti-lo”. Por isso, vale a pena ter uma compreensão básica de como a tecnologia evoluiu. Isto terá um papel importante na compreensão do seu caminho futuro e de quais foram os principais interessados em torná-lo verdadeiramente bem sucedido. Como afirmou John Warner em seu livro sobre baterias de íons de lítio, “As Feiras Mundiais da época proporcionam uma boa representação da velocidade da inovação tecnológica e das mudanças no mundo em geral” [1]. John Warner, The Handbook of Lithium-Ion Battery Pack Design, Elsevier, 2015, página 14].

Pode-se compreender que as feiras mundiais deram uma imagem desses dias sobre o estado das diferentes tecnologias. O desenvolvimento da tecnologia de baterias só foi possível devido à disponibilidade, expansão e crescimento da eletricidade e da rede elétrica daquela época. Aqui temos que entender que somente por causa do “fornecimento” de eletricidade foi criada a “demanda” para a bateria (armazenamento de energia). Caso contrário, o armazenamento de energia pode não ter surgido de todo.

Desenvolvimento de baterias para veículos eléctricos

Os leitores geralmente pensam em baterias como sendo de invenção recente; eles sabem principalmente sobre células Leclanché e células de chumbo-ácido; no entanto, há evidências de que as baterias estavam em uso em cerca de 250 AC. Nos anos 30, um arqueólogo alemão estava trabalhando em um canteiro de obras em Bagdá e encontrou algo que literalmente reescreveu a história da bateria O que ele descobriu durante a escavação parecia uma célula galvânica capaz de gerar cerca de 1-2 V de eletricidade.

Até meados dos anos 1700 pouco progresso foi feito no desenvolvimento da bateria. Foi em 1745-1746 que dois inventores, em pistas paralelas mas separadas, descobriram o que ficou conhecido como o pote “Leyden” para armazenar eletricidade. Depois apareceram eletroquímicos como Benjamin Franklin, Galvani, Volta, Ampere, Faraday, Daniel e Gaston Planté, para mencionar alguns inventores, nos horizontes da Eletricidade e da Eletroquímica. A tabela seguinte ilustra em ordem cronológica a evolução das baterias.

História Fascinante do desenvolvimento de baterias

Tabela 1 –

Cerca de 250B.C. Bagdá ou Bateria Parthian (Bagdá) Os egípcios provavelmente usaram baterias para electroplacar prata em jóias finas
BANCO LONGO E POUCO PROGRESSO
1600 Gilbert (Inglaterra) Estabelecimento do estudo electroquímico
Out 1745 Kliest, Físico Alemão Frasco Leyden
1745-1746 O cientista holandês Pieter van Musschenbroek da Universidade de Leyden, Frasco Leyden
Meados de 1700s Benjamin Franklin O termo "bateria" cunhado
1786 Luigi Galvani (1737-1798) Foram colocados os fundamentos para a descoberta de uma bateria primária ("Animal Electricity")
1796 Alessandra Volta (1745-1827) Descobriu que diferentes discos metálicos ("Volta pilha") quando empilhados de forma alternada com separadores de placas de pasta húmida (saturados com salmoura) a serem interpostos entre eles, poderiam fornecer uma corrente eléctrica significativa de forma contínua
1802 Cruickshank (1792 - 1878) Folhas de Cu arranjadas com folhas de tamanho igual de Zn numa caixa selada. A salmoura era o electrólito.
1820 A.M. Ampere (1755 - 1836) Electromagnetismo
1832 & 1833 Michael Faraday leis de Faraday
1836 J F Daniell Cu no CuSO4 e Zn no ZnSO4
1859 Raymond Gaston Plantae (1834-1889) (França) Invenção da célula de chumbo-dióxido de chumbo
1860 Raymond Gaston Plantae (1834-1889) (França) Apresentação na Academia Francesa, Paris
1866 [5] Werner von Siemens, engenheiro elétrico alemão Desenvolvimento de um dínamo electromecânico
1873 Zenobe Gramme, um cientista belga Invenção de gerador eléctrico magneto e primeiro motor CC
1866 Geroge-Lionel Leclanche Geroge-Lionel Leclanche (França) (1839 - 1882) Invenção da célula Leclanche
1881 Camille A Faure (França) 1840 - 1898) Colagem de grelhas de chumbo
1881 Sellon Sellon Ligas de chumbo com antimónio
1880s- -- Foram iniciadas produções comerciais em vários países como França, Reino Unido, EUA e URSS.
1881 - 1882 Gladstone e Tribe Teoria do sulfato duplo para a reação de células ácidas de chumbo
1888 Gassner (EUA) Conclusão da célula seca
1890s- -- Veículos rodoviários eléctricos
1899 Jungner (Suécia) (1869-1924) Invenção da célula de níquel-cádmio
1900 Nos EUA e em França 1900 Iluminação de casas, fábricas & comboios.
1900 a.Phillipart com anéis individuais Placas de células tubulares de chumbo-ácido
1900 b.Woodward Placas de células tubulares de chumbo-ácido com sacos tubulares
1901 T A Edison (EUA) (1847-1931) Invenção do casal níquel-ferro
1902 Wade, Londres Livro "Baterias Secundárias
1910 Smith Tubos de borracha com ranhuras (Exide Ironclad
1912 100 EV Nos EUA Os fabricantes construíram 6000 automóveis eléctricos de passageiros e 4000 automóveis comerciais
1919 G. Shimadzu (Japão) Moinho de bolas para fabricação de óxido de chumbo
1920 -- Utilização de ligninas nas placas negativas das células de chumbo-ácido.
1920 em diante Em todo o mundo Aplicações mais recentes como alimentação de emergência, ar condicionado de vagões e uma série de outros serviços em navios, aeronaves, ônibus e caminhões.
1938 A.E. Lange Princípio do ciclo do oxigénio
1943- 1952 Levin & Thompson; Jeannin, Neumann & Gottesmann; Bureau Technique Gautrat Construção de níquel-cádmio selado
1950 Gorge Wood Vinal Livro sobre Pilhas Primárias
1955 Gorge Wood Vinal Livro sobre Baterias de Armazenamento (4ª Edição)
1965 John Devit of Gates Corporation Proposta de projeto sobre chumbo-ácido selado baterias
1967 Os trabalhos sobre baterias Ni-MH começaram no Centro de Pesquisa Batelle-Genebra, após a invenção da tecnologia em 1967.
1969 Ruetschi e Ockerman Processo de recombinação em células seladas de chumbo-ácido
Meados de 1970 - Desenvolvimento de LABs VR
1971 Produtos energéticos Gates D-cell, introduzida pela Gate Energy Products (Denver, CO, EUA
1973 Adam Heller Propôs a célula primária de cloreto de lítio tionilo
1975 Donald H.McClelland e John Devitt Baterias comerciais seladas de chumbo-ácido com base no princípio do ciclo de oxigénio
1979 - 1980 J.B. Goodenough e os colegas de trabalho Materiais de eletrodos positivos que reagem com lítio em potenciais acima de 3V, se já contiverem lítio, e este lítio pode ser extraído eletroquimicamente.
1980s- -- Novas ligas de hidretos descobertas na década de 1980
1986 Stanford Ovshinsky A bateria Ni-MH foi patenteada pela Ovonics.
1989 - 1990 -- Comercialização de níquel metálico bateria de hidreto
1991 Yoshio Nishi Célula de iões de lítio
1992 Yoshio Nishi (Sony Corporation) Um EV com bateria de iões de lítio foi exibido no 30º Salão Automóvel de Tóquio, em 1995.
1996 Goodenough, Akshaya Padhi e colegas de trabalho Proposta de material catódico de fosfato de ferro Li
1992 K.V. Kordesch (Canadá) Comercialização de células alcalinas de dióxido de manganês recarregáveis (RAM)
1993 -- OBC realizou a primeira demonstração mundial de um EV com Níquel-metal bateria de hidreto de sódio em 1993.
1997 M. Shiomi e colegas de trabalho, Armazenamento no Japão Battery Co., Ltd., Japão Adição de maiores quantidades de carbono nas aplicações negativas HEV ou sistemas de energia fotovoltaica.
1999* -- Comercialização do Li-ion Células de polímero
2002 - 2003 D. Stone, E. M.J. Kellaway, P. Jennings, Crowe, A. Cooper Separador múltiplo VRLAB
2002 Y. Ogata Nova liga de chumbo de rede positiva com adição de Ba Pb-Ca-Sn com Ba
2004 -2006 Lam & co-trabalhadores, CSIRO Tecnologia Energética, Austrália Ultra Bateria para HEVs
2006 S.M. Tabaatabaai & Colegas de Trabalho Material de grelha formado por uma folha tridimensional reticulada feita de um composto de espuma orgânica. Condutividade eléctrica conferida à rede de espuma através do revestimento de cobre
2006 Changsong Dai & Co-trabalhadores Grelhas de espuma de cobre revestidas a chumbo para chapas negativas
2008 EALABC, The Furukawa Battery Co., Ltd., Japão, CSIRO Energy Technology, Austrália e Provector Ltd., Reino Unido Ultra Bateria (144V, 6.7Ah) para HEVs testadas em estrada durante 100.000 milhas. O desempenho excedeu o da bateria Ni-MH
2011 Laboratório Nacional de Argonne Material catódico de níquel-manganês-cobalto (NMC)
2013 N. Takami et al. ânodo de óxido de lítio e titânio
2018 N. Takami et al. Ânodos TiNb2O7
2020 BloombergNEF O custo do pacote LIB desce para US$ 176/kWh = 127 células + 49 pacotes)

Incrível história dos veículos eléctricos!!

A história dos VE está espalhada por um longo período desde o início do século XIX.
A tabela seguinte apresenta os detalhes dos eventos que conduziram aos EV dos dias de hoje

Tabela 2

Inventor País Período Detalhes
1 Anyos Istvan Jedlik físico húngaro 1828 O primeiro modelo de carro eléctrico
2 Thomas Davenport Um inventor americano 1834 O primeiro motor eléctrico de sucesso comercial
3 Sibrandus Stratingh e Christopher Becker professor holandês 1834-1835 1835, triciclo a vapor em 1834 1835 Um triciclo totalmente eléctrico equipado com uma das primeiras baterias
4 Robert Davidson inventor escocês 1837-1840 Construiu as suas próprias baterias em 1837 e fez o seu primeiro motor eléctrico de tamanho normal.
5 Gustave Trouvé 1881 Melhorou um pequeno motor elétrico desenvolvido pela Siemens com um acumulador Starley. Ele instalou este motor em um triciclo inglês, assim ele tinha acabado de inventar o primeiro EV da história.
6 William Morrison Os EUA 1892 Desenvolveu a sua carruagem de seis pessoas e quatro cavalos que poderia atingir uma velocidade máxima de cerca de 14 milhas/h
7 Henry Ford Detroit 1893 Em 1893, um motor a gasolina foi testado com sucesso [https://www .history.com/topics/inventions/model-t].
8 Henry G Morris e Pedro G Salom Filadélfia 1894 A Electrobat ofereceu um negócio lucrativo, em comparação com as cabines a cavalo, devido ao seu menor tempo parado e mais viagens
9 Laboratórios Bell, Os EUA 1945 Inventou os tirístores que rapidamente substituíram os tubos de vácuo.
10 William Shockley Laboratórios Bell, 1950 O retificador controlado por silício (SCR) ou tiristor
11 Moll e outros engenheiros de energia General Electric 1956 SCR por William Shockley
12 General Motors (GM) General Motors (GM) 1966 Electrovan

Fatos divertidos sobre veículos eléctricos!!

Srl Não Detalhes
1 Nos EUA, a corrida de carros elétricos atraiu muitos entusiastas a partir de 1897. Naquele ano, a Pope Manufacturing Company tinha feito cerca de 500 EV.
2 As primeiras três décadas do século XX (1910-1930) foram os melhores períodos para os VE. Durante este período os veículos eléctricos competiam com os veículos a gasolina. Com as estradas não pavimentadas das cidades dos EUA, os seus pequenos percursos de condução não constituíam qualquer problema. Mas, na Europa, por causa das estradas pavimentadas que melhoravam as viagens de longa distância, o público queria carros de longo alcance, que os veículos ICE estavam prontos para oferecer.
3 As grandes cidades americanas começaram a usufruir dos benefícios da eletricidade em 1910. As pequenas distâncias de condução eram favoráveis para os VE naqueles dias. Os VE's tiveram uma fácil aceitação no mercado com proprietários de frotas para táxis e vans de entrega.
4 Três acontecimentos importantes na história dos veículos ICE deram impulso ao seu rápido desenvolvimento e, simultaneamente, colocaram o último prego no caixão do EV. a. A introdução do modelo T "low-cost, high-volume" de Henry Ford em 1908. [https://en .wikipedia.org/wiki/Ford_Model_T] b. Charles Kettering a inventar o motor de arranque de automóveis eléctricos em 1912. c. O sistema viário americano começou a ligar as cidades americanas
5 As preocupações ambientais dos anos 60 e 70 deram um tremendo impulso aos trabalhos de I & D em EVBs. O alcance e o desempenho ainda eram os obstáculos a serem superados.
6 Mais uma vez as crises petrolíferas de 1973 e 1979 deram ainda mais incentivo ao desenvolvimento da EVB.
7 A enorme população de veículos ICE criou problemas de qualidade do ar ao violar as normas de qualidade do ar. Isto foi particularmente assim nas cidades avançadas do mundo. Isso levou o Estado da Califórnia, EUA, no início de 1990, a adotar a Lei do Ar Limpo para a promoção de VE.
8 A Lei do Ar Limpo mandatou originalmente que 2% de todos os novos veículos ligeiros vendidos no estado devem ser ZEV até 1998 (30.000 EVs), 5% em 2001 (75.000) aumentando para 10% em 2003 (1.50.000). Além disso, nos estados que não seguem o programa da Califórnia, os fabricantes de automóveis devem reduzir as emissões de NOx e total de hidrocarbonetos em 60% e 39%, respectivamente, entre 1994 e 1996, nos veículos ligeiros. A Agência de Proteção Ambiental (EPA) exigiu uma redução adicional de 50% nas emissões em 2003.
9 Em 29 de março de 1996, o mandato ZEV da California Air Resources Board (CARB) 1998 foi suavizado como resultado da forte pressão dos fabricantes de automóveis e fornecedores de petróleo afetados negativamente, a avaliação de um painel independente de que baterias avançadas não poderiam ser disponibilizadas até o ano 2001 também foi outra razão. Fiéis à avaliação do painel acima, tais baterias melhoradas só recentemente, em 2018, estavam disponíveis a um custo um pouco mais acessível (custo do pacote US$ 176/kWh = custo de 127 células + custo do pacote 49). Os profissionais da bateria previram que o custo EVB desceria para < 100 USD /kWh até 2025 e 62/kWh até 2030 (por extrapolação)
10 The United States Advanced Battery Consortium (USABC): O Governo Federal dos EUA e os três principais fabricantes de automóveis americanos (Chrysler, Ford e General Motors) decidiram juntar os seus recursos (aproximadamente 262 milhões de dólares) na pesquisa de baterias ao longo de um período de 3 anos. Estes fabricantes, juntamente com outras organizações como o Electric Power Research Institute (EPRI) criaram o United States Advanced Battery Consortium (USABC) no ano de 1991, no qual o Governo dos Estados Unidos da América tem um financiamento igual.
11 A USABC formulou dois conjuntos de metas para as baterias EV (Tabela 3 ) com a intenção de desenvolver uma bateria provisória para a primeira fase (1994-95) e uma meta a longo prazo para que o desempenho do EV seja competitivo com os veículos com motor IC.
12 Advanced Lead Acid Battery Consortium (ALABC): A ALABC [5. R.F. Nelson, The Battery Man, Maio de 1993, pp. 46-53] foi criada em Março de 1992 para gerir um Plano de Pesquisa de 4 anos com um fundo de US $ 19,3 milhões (Rs.48 crores aproximadamente) para o desenvolvimento de uma bateria de chumbo-ácido EV de alto desempenho que irá servir uma parte significativa do mercado EV a curto e médio prazo. A ALABC é gerida pela International Lead Zinc Research Organization (ILZRO) e é uma organização em parceria entre catorze dos maiores produtores de chumbo, doze fabricantes de baterias, empresas de electricidade, fabricantes de motores, fabricantes de carregadores e acopladores, fornecedores de comboios de energia, fabricantes de controladores/eletrónicos e organizações comerciais EV.
13 A partir de 1991, os Acordos Cooperativos de P&D foram finalizados entre o Vehicle Technologies Office (VTO) do Department of Energy (DOE) do United States Advanced Battery Consortium (USABC).
14 O tamanho anual do mercado de baterias de íons de lítio pode aumentar de 25 bilhões de dólares (2019) para 116 bilhões de dólares (2030).
15 O custo do pacote de baterias desce de 1100 $/kWh para 156 em 2019 e está projectado para 62 $/kWh em 2030. (BloombergNEF)

Tecnologia de baterias de níquel-hidreto metálico para veículos eléctricos

A invenção do sistema de baterias Ni-MH é um derivado das baterias Ni-Cd e Ni-H2. O Cd no sistema Ni-Cd é considerado um material perigoso. As vantagens associadas ao novo sistema foram a maior energia específica, menores pressões necessárias e o custo das células Ni-MH. O trabalho foi apoiado por duas montadoras alemãs ao longo de um período de 20 anos.

Reacções electroquímicas produtoras de energia:
Existe muita semelhança entre as células Ni-Cd e Ni-MH, excepto no que diz respeito ao eléctrodo negativo. Como no caso das células de Ni-Cd, durante a descarga, o material ativo positivo (PAM), oxidróxido de níquel, é reduzido a hidróxido de níquel. (Assim, o eletrodo positivo se comporta como um cátodo):

NiOOH + H2O +e- Discharge↔Charge Ni(OH)2 + OH- E° = 0.52 Volt

O material ativo negativo (NAM), reage como indicado abaixo: (Assim, o eletrodo negativo comporta-se como um ânodo):

MH + OH- Discharge↔Charge M + H2O + e- E° = -0.83 Volt

Ou seja, a dessorção de hidrogénio ocorre durante a descarga.

A reação total durante a descarga é

NiOOH + H2O + e

Discharge↔Charge Ni(OH)2 + OH

MH + OH- Discharge↔Charge M + H2O + e

NiOOH + MH Discharge↔Charge Ni(OH)2 + M E° = 1.35 Volts

Por favor, lembre-se que

Tensão celular =VPositivo – VNegativo

Portanto 0,52 – (-0,83) = 1,35 V

Aqui é de notar que as moléculas de água mostradas nas reacções de meia célula não aparecem na reacção celular global ou total. Isto é devido ao eletrólito (solução aquosa de hidróxido de potássio) não participar da reação de produção de energia e só existe para fins de condutividade. Observe também que a solução aquosa de ácido sulfúrico utilizada como eletrólito nas células de chumbo-ácido está realmente participando da reação, como mostrado abaixo:

PbO2 + Pb + 2H2SO4 Discharge↔Charge 2PbSO4 + 2H2O

Esta é uma diferença importante entre células de chumbo-ácido e células alcalinas. O processo inverso ocorre durante a reação de carga.

A célula de níquel-hidreto metálico selada utiliza uma reação de recombinação de oxigênio semelhante à que ocorre nas células de chumbo-ácido reguladas por válvula (VRLA), evitando assim o aumento indesejado da pressão interna que resulta da geração de gases no final da carga e, particularmente, durante a sobrecarga.

Durante a carga, o PAM atinge carga total antes do NAM e assim o eletrodo positivo começa a evoluir oxigênio.

4OH- → 2H2O + O2 + 4e-

O gás assim evoluiu da reação acima viaja através da matriz porosa do separador para o NAM, auxiliado pela fome de construção do eletrólito e pelo emprego de um separador adequado.

Como o O2 se combina com o eletrodo MH para gerar água no eletrodo negativo, o acúmulo de pressão dentro da bateria é evitado. Mesmo assim, existe uma válvula de segurança no caso de uma sobrecarga prolongada ou mau funcionamento do carregador.

4MH +O2 → 4M + 2H2O

Além disso, por projeto, o NAM nunca é permitido chegar a plena carga, impedindo assim a possibilidade de produção de hidrogênio. Além disso, é muito importante seguir um algoritmo de carga inteligente para restringir a geração de O2 além da capacidade da eficiência de recombinação da célula. Isto também é conseguido através do controle cuidadoso da proporção dos dois materiais ativos.

Os leitores podem consultar o seguinte para uma descrição detalhada das baterias Ni-MH
a. Capítulo sobre baterias Ni-MH por Michael Fetcenko e John Koch no Manual
b. Kaoru Nakajima e Yoshio Nishi Capítulo 5 in: Sistemas de Armazenamento de Energia para Eletrônica.

Tecnologia de baterias de chumbo-ácido em veículos eléctricos

O Advanced Lead Acid Battery Consortium (consórcio avançado de baterias de chumbo ácido) (ALABC) [7. J.F. Cole, J. Power Sources, 40, (1992) 1-15] foi criado em Março de 1992 para gerir um Plano de Investigação de 4 anos com um fundo de 19,3 milhões de dólares americanos (Rs.48 crores aproximadamente) para o desenvolvimento de baterias de chumbo-ácido EV de alto desempenho que servirão uma parte significativa do mercado EV a curto e médio prazo.

A ILZRO geriu este consórcio e é uma organização em parceria entre os catorze maiores produtores de chumbo, doze fabricantes de baterias, empresas de electricidade, fabricantes de motores, fabricantes de carregadores e acopladores, fornecedores de comboios de energia, fabricantes de controladores/electrónicos e organizações comerciais de EV. O número de membros é actualmente de 48, oriundos de 13 países. O ALABC (agora CBI) tem cinco metas críticas de pesquisa e desenvolvimento que foram incluídas na Tabela 3. As baterias avançadas de chumbo-ácido são capazes de fornecer veículos eléctricos com distâncias de deslocação diárias de 90 milhas ou mais, tempos de recarga de alguns minutos e tempos de vida útil de aproximadamente 3 anos.

O estado da tecnologia da ALABC em 1998 indica que, com os projetos atualmente em treinamento, baterias de chumbo-ácido reguladas por válvulas com desempenho característico de 48 Wh/kg, 150W/kg, uma carga rápida de 80% em 10 minutos, e vida útil do ciclo de 800 estão dentro do cronograma de desenvolvimento antes do final de 1998. A realização de tal desempenho representará um avanço espectacular da comunidade de baterias de chumbo-ácido durante os anos 90 e oferece a perspectiva de um automóvel eléctrico com um alcance por carga superior a 100 milhas, repetível várias vezes no mesmo dia e mais de 500 vezes durante a vida útil de uma bateria [https://batteryuniversity .com/learn/article/battery_developments]

Baterias de iões de lítio em veículos eléctricos

A história do desenvolvimento das baterias de lítio-íon

Tabela 3:

Trabalho de Pesquisa Inventor / Autor Ano Afiliação Observações
Descoberta da alta condutividade iônica da fase sólida NaAl11O17, chamada de sódio β-alumina, levando ao sistema de bateria Na-S Kummer e colegas de trabalho 1967 Laboratório Ford Motor Co. Começou a história da célula de iões de lítio
Sistema de bateria Na-S N. Weber e J.T. Kummer 1967 Laboratório Ford Motor Co. Sistema a alta temperatura
FeS ou FeS2 estudado como material catódico vs. Li metal D.R. Vissers et.al. 1974 ANL Após reação com Li, esses materiais sofrem reações de reconstituição, com o desaparecimento das fases iniciais e a formação de novas fases
Li ânodo metálico e sulfureto de titânio (TiS2) catódico Prof. Whittingham 1976 Universidade de Binghamton, Binghamton, Nova Iorque 13902, Estados Unidos Li formou dendritos na superfície do metal ao pedalar, resultando em curto-circuitos.
Materiais contendo inicialmente lítio, e eliminando electroquimicamente o lítio deles, foram os trabalhos sobre Li1-xCoO2, em 1980. Prof. Goodenough e colegas de trabalho 1980 Universidade de Oxford, Reino Unido Li compostos de intercalação
Material anódico especial à base de coque Akira Yoshino 1985 Material do novo ânodo
O material do ânodo acima foi combinado com LixCoO2 Akira Yoshino 1986 Asahi Kasei Corporation Célula de iões de lítio
A segurança da bateria de iões de lítio provou Akira Yoshino 1986 Asahi Kasei Corporation Li-ion vs. Li ânodo metálico de segurança comprovada
Uma bateria comercial de iões de lítio em 1991. 1991 Sony Corporation
Com o desenvolvimento posterior, a bateria de iões de lítio foi comercializada. 1992 Uma joint venture de Asahi Kasei e Toshiba.
Materiais catódicos mais recentes Li manganato e Li fosfato de ferro O grupo de Goodenough 1997 O grupo de Goodenough
Ânodo de grafite 1990

Química celular de Li-ion lítio cobalto (LCO)

A reação total é

C6 + LiCoO2 ⇄ LixC6 + Li1-xCoO2

Ecell = 3,8 – (0,1) = 3,7 V.

Célula de íon-lítio da química LiFePO4

A reacção total LiFePO4 + 6C→LiC6 + FePO4

Ecell = 3,3 – (0,1) = 3,2 V

Era dos Veículos Eléctricos Modernos

Só nos anos 90 é que as grandes montadoras começaram a trabalhar em soluções para veículos híbridos e eléctricos. Em paralelo com estes avanços, as primeiras baterias comerciais de iões de lítio foram introduzidas no mercado em 1991 e foram rapidamente adoptadas. Com a rápida difusão da electrónica pessoal, estas baterias de alta densidade de energia tornaram-se a solução de armazenamento de energia de eleição para muitas aplicações diferentes, desde a electrónica portátil até aos veículos híbridos e eléctricos.

A era moderna dos VE foi precipitada pela escassez de petróleo nos anos 70.

Desenvolvimentos de HEVs/veículo eléctrico moderno

Tabela 4

EV/HEV Aproximadamente. Ano Observações
General Motors' (GM) EV1. 1996-1999 EV 1
Caminhão Híbrido Paralelo" (PHT), 1999
Sistema Híbrido de 2 modos 2008
Sistema híbrido suave tipo "Belt-Alternator-Starter" (BAS) 2011 1. O primeiro BAS da GM foi um sistema 36-V com uma bateria Ni-MH desenvolvido pela Cobasys. 2. A segunda geração (e-Assist) aumentou a tensão do sistema para 115 V e mudou para uma bateria de iões de lítio de 0,5 kWh arrefecida a ar concebida pela Hitachi Vehicle Energy Ltd.
A tecnologia Voltec da GM 2010 O Volt é um "híbrido em série" que combina tanto uma pequena ICE com uma bateria de iões de lítio 355-V com células da LG Chem e pack concebido pela GM e dois motores eléctricos.
Sistema Híbrido Toyota (THS) 1997 Bateria 288-V Ni-MH arrefecida a ar com ~1,7 kWh de energia
Todos os RAV4 SUV eléctricos 2006 A segunda geração da bateria RAV4 EV, baseada no conjunto de baterias Tesla Modelo-S, tinha uma bateria de iões de lítio de 386-V com cerca de 52 kWh.
Honda Insight 1999-2006 um "veículo híbrido de dois lugares, a gasolina de maior economia de combustível - alimentado a gasolina
Mitsubishi 2009 i-Miev
Mazda 2000-2011 opções híbridas no seu Tributo, Mazda3, e Mazda6
Hyundai 2012 uma Sonata híbrida, Tuscon, e Elantra
Kia 2000 Um híbrido Optima
Subaru 2007 XV Crosstrek e uma Stella Plug-in Híbrido.
Nissan 2010 Folha
Ford 2011 1. O Focus EV utiliza uma bateria de iões de lítio de 23 kWh (LG Chem); 2. C-Max (2012)
BMW 2013 e-Tron, i-8, e Active Hybrid
Chinese BYD, Beijing Automotive Industry Corporation (BAIC), Geely, Shanghai Automotive Industry Corporation (SAIC) Chang'an, Chery, Dongfeng, First Auto Works (FAW), Brilliance Automotive, Foton, Great Wall, Lifan, e muitos outros. Parte final dos anos 2000 .

Hoje, EVs e HEVs estão claramente aqui para ficar. No início dos anos 2030, como a tecnologia continua a melhorar e o custo das baterias se torna facilmente acessível, a opção para EVs de emissão zero (ZEVs) irá ultrapassar todas as outras opções para os proprietários de veículos.

Os preços das baterias EV, que estavam acima de $1.100 por quilowatt-hora em 2010, caíram 87% para $156/kWh em 2019. Até 2023, os preços médios podem chegar perto de $100/kWh.

Tabela 5

[2. Global EV Outlook 2020 (IEA) página 155, https://webstore.iea.org/download/direct/3007]

Stock de veículos eléctricos, Vendas, Quota de mercado, Tamanho da bateria, Gama, etc.

Ano 2010 2017 2018 2019 2025 2030 Observações
Vendas (milhões) 0.017 0.45 2.1
Vendas (milhões) 7.2 47 % na China em 2019
Expansão de Estoque 60% Aumentou em média anual de 60% no período 2014-19
quota da China 47%
Vendas globais de automóveis 2.6%
Estoque global 1%
Aumento em %. 40% Duas razões para o aumento: modelos EV com baterias de kWh mais altas e, portanto, faixas mais altas atualmente oferecidas e esperadas A quota de mercado dos BEVs em relação aos PHEVs está a aumentar.
Tamanho médio do conjunto de baterias (kWh) 37 44 20-30 kilowatt-hora (kWh) em 2012
Tamanho do conjunto de baterias (kWh) 50- a 70 48 a 57 70 a 80 Para PHEVs aproximadamente. 10-13 kWh em 2018 (50-65 km de todo o alcance de condução eléctrica) e 10-20 kWh em 2030. Ano 2019 -14 % de aumento no ano de 2018
Alcance médio (km) 350 a 400
Previsão Global Em 2019, previsão global = 3 % de quota de mercado
Ano Aumentar ou Diminuir (%)
Porcentagem de crescimento 2016 a 2019 6% de aumento
Porcentagem de crescimento 2016 a 2019 30% Diminuição

De acordo com a AIE, o Cenário de Políticas Públicas (CPE ) é uma situação que incorpora as políticas governamentais existentes; e o Cenário de Desenvolvimento Sustentável (SDC ) é totalmente compatível com os objectivos do acordo climático de Paris. Esta última inclui as metas da Campanha EV30@30 (30% de quota de mercado para EV de todos os modos, excepto dois wheelers até 2030).

No SPC, o estoque mundial de EV (todos os modos, exceto dois e três rodas), aumenta de cerca de 8 milhões (2019) para 50 milhões (2025) e muito próximo de 140 milhões (2030, cerca de 7%). Correspondendo a uma taxa de crescimento anual do intervalo muito próxima de 30%.

As vendas de EV atingem quase 14 milhões (2025, o equivalente a 10% de todas as vendas de veículos rodoviários) e 25 milhões (2030, o equivalente a 16% de todas as vendas de veículos rodoviários).

No SDC, o estoque mundial de VE atinge quase 80 milhões de veículos em 2025 e 245 milhões de veículos em 2030 (excluindo dois/três veículos de rodas).

A Campanha EV30@30 foi lançada na Oitava Reunião Ministerial de Energia Limpa, em 2017. Os países participantes são Canadá, China, Finlândia, França, Índia, Japão, México, Holanda, Noruega, Suécia e Reino Unido.

Ano 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2025 2030
Tamanho anual do mercado de baterias de iões de lítio (biliões de dólares) -- -- -- -- -- -- -- -- 25 60 116
Custo do pacote de baterias ($/kWh) 1100 -- -- 650 577 373 288 214 176 156 100 62

Figura 1.

Tamanho do mercado global anual de baterias de iões de lítio

https://www.greencarcongress.com/2019/12/20191204-bnef.html

O tamanho do mercado de vendas de LIBs para veículos elétricos pode chegar a cerca de 120 bilhões de dólares em 2030.

Veículos eléctricos

Os preços das baterias, que foram superiores a USD 1.100/kWh em 2010 e USD 288/kWh em 2016, desceram para USD 156/kWh no ano passado (2019) e, após cerca de quatro anos, o custo médio pode estar muito próximo dos USD 100/kWh, conforme reportado por uma empresa de estudos de mercado. Um dos principais fabricantes de EV usou a célula 18659 mais facilmente disponível para reduzir o custo para USD 250/kWh.
A ANL formulou um modelo de cálculo (BatPac) para avaliar o desempenho e o custo de produção de células de lítio-íon para VE. Usando um tipo particular de química celular de bateria de 80 kWh e uma capacidade de produção anual definida, os preços médios da bateria foram estimados na faixa de 105 a 150 USD/kWh.

Exemplos de alguns pacotes de baterias EV

O consumidor EV espera uma garantia de 8 anos ou um limite de km específico para as baterias. Um fabricante líder de EV oferece 8 anos de garantia, além de quilometragem ilimitada.
A Toshiba afirma que a sua bateria irá reter 90% kWh mesmo após 5000 ciclos, o equivalente a 14 anos de ciclos de recarga a um ciclo por dia. Embora a Toshiba esteja a falar em vender a bateria em 2021, não reclama custos.

The Tesla Battery Report (http://doc.xueqiu.com/1493d8803372d3fd67cb5c51.pdf) (Copyright: 2014 Total Battery Consulting, Inc.)

EV Battery packs (Copyright: 2014 Total Battery Consulting, Inc.) (http://doc.xueqiu.com/1493d8803372d3fd67cb5c51.pdf)

Electric vehicle battery 1
Electric vehicle battery copy 1
Electric vehicle battery copy 3

Infra-estrutura Global de Carregamento EV

Uma grande parte do carregador EV leve é propriedade dos consumidores. A China possui aproximadamente 80 % dos carregadores públicos contra 47 % do estoque mundial de EV para serviços leves. Só no ano passado (2019), o aumento dos carregadores públicos na China foi de 60% dos carregadores públicos mundiais e este país tinha 80% dos carregadores públicos mundiais e 50% dos carregadores lentos acessíveis ao público.

Tabela 7

Infra-estrutura global de tarifação EV

[
Perspectiva Global EV 2020
(IEA) https:// webstore .iea.org/download/direct/3007].

A grande maioria dos carregadores eléctricos para veículos ligeiros são carregadores privados.

Carregadores disponíveis (milhões) 7.3
Particular Público Carregadores rápidos Carregadores Lentos
6,5 milhões ~ 80% 0,876 milhões 12% (862 000) 4% 263 000 8% 598 000

60 % de aumento em relação a 2018

Ônibus 2019

Carregadores disponíveis – 184000 unidades (aumento de 17% em 2019 em relação a 2018 (157 000)

Global Electric caminhões carregando infra-estrutura.

Tipo de caminhão Camiões de carga médios (3,5 a 15 toneladas GVW) Camiões de carga pesados (>15 toneladas GVW)
Tamanho da energia do conjunto de baterias 70 - 300k Wh 200 - 1000k Wh

Cenário Indiano: Infra-estrutura de cobrança de EV e EV

ação de EV indiano

A quota de EV nas vendas de todos os modos na Índia atinge quase 30% em 2030 no Cenário Novas Políticas, quase de acordo com o seu objectivo (Governo da Índia, 2018). A eletrificação de veículos está principalmente no segmento de duas rodas, sendo que os BEVs respondem por quatro unidades novas em 2030. Os VEs também penetram nos mercados de LDV e ônibus urbanos, atingindo 14% de todos os carros de passageiros e LCVs, e 11% de todas as vendas de ônibus.

A implantação de VE na Índia foi estimulada pelo objetivo de uma transição completa para veículos elétricos até 2030, em 2017. Em 2018, foi estabelecida uma meta de 30% e está a ser apoiada por várias medidas políticas, tais como a normalização, a aquisição de frotas públicas e incentivos económicos específicos, tanto para a aceitação de veículos como para a implantação de infra-estruturas de tarifação.

No Cenário EV30@30, como líder global na transição para a mobilidade eléctrica, a Índia atinge uma quota de vendas de EV em todos os modos (excepto duas/três rodas) de 29% em 2030 (54% incluindo duas/três rodas). Em 2030, na Índia, 72% dos veículos de duas rodas, 31% dos carros e 24% dos ônibus são elétricos. [ 8. Global EV Outlook 2020 (IEA) página 139, https://webstore.iea.org/download/direct/3007].

Na Índia, a West Bengal Transport Corporation (WBTC) acrescentou 80 autocarros e carregadores eléctricos através da primeira fase da política governamental de incentivo ao uso de VE’s chamados Faster Adoption and Manufacturing of Hybrid & Electric Vehicles (FAME I). Alguns dos autocarros de nove metros têm baterias de 125 kWh e alguns dos autocarros mais longos (12 metros) têm baterias de188 kWh.

Figura 3.

EV vendas na Índia no ano 2030[Global EV Outlook 2020 (IEA) página 159, https: // webstore. iea.org/download/direct/3007]

Vendas de EV na Índia
EV sales in India 2030

No ano passado (2019), as vendas de EV indiano foram de 0,750 milhões de unidades e o estoque total atingiu cerca de 7,59 milhões de unidades. No ano passado, as duas rodas registaram um crescimento de 130 % a partir de 2018.

https://www.autocarindia.com/car-news/ev-sales-in-india-cross-75-lakh-mark-infy2019-412542 acedido em 6 de Agosto de 2020 ).
Nas circunstâncias prevalecentes, os fabricantes de 2-W aprenderam a apoiar-se sem subsídios governamentais. A queda nas vendas em Abril do ano passado (2019) deveu-se às rigorosas estipulações da segunda fase da (FAME II). Nenhum EV pode cumprir os novos critérios. Além disso, um processo de recertificação que consumiu cerca de 45 dias atrasou as vendas.

Infra-estrutura de tarifação EV na Índia

Uma infra-estrutura adequada de carregamento de EV (EVCI) tem sido a chave para a aceitação de veículos elétricos.

Está provado que a disponibilidade de uma forte rede de Equipamentos de Abastecimento de Veículos Eléctricos (EVSE) num país tem sido três vezes mais eficaz do que a concessão de descontos e subsídios na compra de um ponto de vista de procura de veículos eléctricos, tanto a infra-estrutura pública como a de carregamento doméstico é fundamental para promover os EV. Globalmente, a infra-estrutura de tarifação pública cresceu a uma CAGR impressionante de 84% na última década, com taxas de crescimento de mais de 100% entre 2009-2012 e 2013-2014, com uma média de crescimento de cerca de 180% entre 2010-2018.

Tendências de crescimento para a infra-estrutura de tarifação de EV na Índia

A Índia é um mercado emergente de mobilidade elétrica e como o quarto maior mercado automotivo do mundo estamos gradualmente nos tornando a região focal em mobilidade elétrica.
O futuro do crescimento da EVCI na Índia é dominantemente positivo e atinge taxas de crescimento da penetração global da EVCI.
A Gensol Mobility, que possui e opera a frota de cabinas eléctricas intra-cidades, BluSmart, aumentou a sua presença na região da capital nacional.

Infra-estrutura de carregamento EV

Figura 5

Índia Tendência de Crescimento da Infra-estrutura de Cobrança Pública de EV

Índia Equipamento de Abastecimento de Veículos Eléctricos Públicos(EVSE) lento e rápido

Pós-Li-ion ou Além-Li-ion

Para duplicar a gama, os fabricantes de E-carros estão à procura de baterias do tipo mais recente. Os seguintes sistemas estão sendo investigados:
a. Li baterias de estado sólido (http://www.usaspeaks.com/news/toyota-unveils-solid-state-battery-design-for-evs/)
b. Baterias de ar-lítio (oxigênio) [ 11. David L. Chandler | MIT News Office]
c. Baterias de iões-da-íon
d. Baterias de zinco-ar [12. Jonathan Goldstein, Ian Brown e Binyamin Koretz JPower Sources, 80 (1999) 171-179].
e. Bateria Licerion

Design do Pack de Bateria EV

O número de células de uma embalagem dependerá da química da célula de íon-lítio, que por sua vez depende do material catódico utilizado.
Tomemos, por exemplo, uma bateria de 85-kWh feita de células do tipo catódico de níquel-cobalto-alumínio (NCA) com capacidade de 3,25 Ah cada:
Suposições:
Tensão do conjunto de baterias = 350 V
Tensão nominal da célula = 3,6 V
Capacidade nominal de energia = 85 kWh
Capacidade real de energia = 80 kWh (~ 95 % da capacidade nominal)
Capacidade nominal = 3,25 Ah
Capacidade real = 3,1 Ah (~ 95 % da capacidade nominal)
Para um pacote de 350 V e usando as células acima, seriam necessárias 350 V/3,6 V = 97,2 células, para simplificar, arredonde-o para 96 ou 98 células.

Mas a capacidade energética de 96 células individuais em série seria 96* 3,6 V*3,25 Ah = 1123 Wh. Então, o desenho deste módulo em particular seria o 1123 Wh.
Portanto, o número de células a serem ligadas em paralelo = 85000Wh/1123 Wh = 75,7 @ 76.
Podemos conectar 76 células em paralelo em um módulo, cuja capacidade será de 76*3,25 Ah = 247 Ah.

Podemos convenientemente dividir 96 células em 16 módulos de 6 células cada (ou 12 módulos de 8 células cada), todos eles em série.
Assim, a tensão total seria 16*6 =96 *3,6 V =345,6 V @ 350 V.

OU
A tensão total seria 12*8 =96 *3,6 V =345,6 V @ 350 V
Portanto, o total avaliado Wh de um módulo seria 247 Ah*6*3,6 V = 5335 Wh.

Portanto, o total avaliado Wh do pacote seria 247 Ah*6*3,6 V*16 = 85363 Wh @ 85 kWh
Portanto, o total de Wh real do pacote seria 76*3,1 Ah = 236 Ah*350 V = 82600 Wh @ 82 kWh
Agora a capacidade de energia é de 85 kWh. Então, o número total de células de um pacote seria
85000 Wh/3,6 V*3,25 Ah= 7265 células (Nominal)
85000 Wh/3.6 V*3.1 Ah= 7616 células (Actual)

De forma semelhante, para obter uma embalagem de 350 V usando células de fosfato de lítio (LFP) de 3,25 V precisaríamos (350 V/3,25 V) 107,7 células. Mais uma vez, por simplicidade, podemos decidir usar 108 ou 110 células. Aqui podemos projetar 11 módulos de 10 células cada um para 110 células ou 18 módulos de 6 células cada um para 108 células.
Ou usando uma célula 2.3-V LTO (Lithium Titanate) precisamos (350 V/2.3 V) 152 células ou arredondadas para 160 células a fim de alcançar a tensão desejada.
70 kWh e 90 kWh, 18650 células NCA de 3,4 Ah; arrefecidas por líquido.
O pacote de 90 kWh tem 7.616 células; a bateria pesa 540 kg (1.200 lb = 540 kg);

A probabilidade de falha em configurações paralelas é baixa e, portanto, a falha de uma célula não afetará toda a bateria.

Cálculos de potência e capacidade da bateria

Pegue o exemplo anterior de um conjunto de baterias de 85 kWh com uma tensão de 350 V. Normalmente para EVs a descarga de taxa 1C é levada em consideração. Então, a corrente seria 85000 Wh / 350 V = 243 Ah. Assim a corrente seria de 240 A. A potência = V * A = 350*240 = 84000 W = 84 kW máximo. Mas o BMS permite apenas 80 % desta potência como máximo.
Portanto, a potência real utilizada será 84*0,8= 67,2 kW. Como mencionado anteriormente, a percentagem média de energia regenerativa é de cerca de 15%. Este número pode ir até mais de 40% em alguns casos. A potência regenerativa não vai além dos 40 kW.

Voltagens das baterias de lítio concorrentes

Tabela 8

Parâmetro de desempenho NCA NMC LMO LFP LTO LCO
Tensão Nominal de uma célula (V) 3.6 3.6 3.8 3.2 2.2 3.6

Energia específica e eficiência energética

Assumindo 25% de eficiência, o combustível fóssil pode fornecer 12000*0,25 = 3000 Wh/kg de energia utilizável. No caso da bateria a eficiência é maior e assim 150*0,9 = 135 Wh/kg de energia utilizável é possível obter a partir de baterias.
Razão de utilização = 3000/135 = 22,22 vezes
Relação direta = 12000/150 = 80 vezes

Reciclagem das baterias de iões de lítio

[ 14. Bin Huang Zhefei Pan Xiangyu Su Liang An, J Fontes de Energia, Volume 399, 30 de Setembro de 2018, Páginas 274-286].
Com a necessidade sempre crescente de LIBs, particularmente dos segmentos EV, um grande número de baterias de iões de lítio voltará para reciclagem ou reutilização. A falta de uma eliminação adequada das baterias de iões de lítio gastas provavelmente resulta em graves consequências, tais como poluição ambiental e desperdício de recursos. Para abordar esta questão, tanto as inovações tecnológicas como a participação dos governos são necessárias.
Os leitores interessados em mais detalhes podem consultar as publicações sobre este tópico.

Baterias de segunda vida (Reutilização de baterias EV após o fim de vida EV

No campo da reciclagem, há a contemplação de reutilizar as baterias EV depois que a bateria EV é descartada ou reciclar os materiais desta bateria.

Veículos Elétricos chegando à Índia em 2020

O ano 2020 não só verá os fabricantes focarem em carros e motocicletas compatíveis com a BSVI, mas alguns darão um passo extra para negar completamente as emissões de carbono e se aventurarem na plataforma EV. Seguem-se alguns EV que foram confirmados para este ano e alguns estão previstos para breve este ano. E são:
Tata Nexon EV
G Motor Índia ZS EV
Audi e-Tron
Ford-Mahindra Aspire EV
Volkswagen ID 3
Jaguar I-Pace
Porsche Taycan 4S
Os detalhes disponíveis são tabulados abaixo:

Tabela 9
Veículos eléctricos que vêm para a Índia em 2020
(http://overdrive.in/news-cars-auto/cars-coming-to-india-in-2020-electric-vehicles/)

EV (Wh consumido/km) Preço Tipo de Bateria capacidade em kWh Capacidade utilizável Motores Torque Aceleração Velocidade máxima Alcance km Observações
Tata Nexon EV (100 Wh/km) Rs. 15 a 17 L Li-ion 30.2 Motor CA de íman permanente 129PS e 245 Nm de rodas dianteiras 0 a 100 kmph em 9,9 s NA > 300 km a uma carga completa
GM ZS EV (129 Wh/km) Li-ion 44,5 bateria arrefecida por líquido 143PS/350Nm motorização das rodas dianteiras 345 Carregador a bordo. Carga completa em 6 a 8 h; Também carregador de 50 kW a ser configurado
Audi e-tron (220 Wh/km) Li-ion 96 86.5 Motores dianteiros e traseiros 436
Ford-Mahindra Aspire EV Rs 6 a 7 L Li-ion Motor do Eixo Traseiro 300+
Volkswagen ID 3 (136 Wh/km) (138 Wh/km) (140 Wh/km) < 30000 Euros Li-ion 45 (Versão base) 330 (WLTP) 290 km em 30 minutos de carga (100 kW DC)
Rs. ~ 23,85 L antes de impostos e taxas Li-ion 58 (Meia-espessura) 205PS e 310Nm 160 420
Li-ion 77 (Especificações principais) 550
Jaguar I-Pace (180 Wh/km) Li-ion 90 2 motores 400PS e 696Nm de torque 0-100 km/h em 4,8 s 320 >500 80% Ch 90 minutos
Porsche Taycan 4S (195 Wh/km) Li-ion 79.4 Motor Duplo 800 V 435PS, 530PS em over-boost, e 640 Nm. 0 a 100 kmph em 4s. 250 407
Li-ion 93.4 463

Please share if you liked this article!

Did you like this article? Any errors? Can you help us improve this article & add some points we missed?

Please email us at webmaster @ microtexindia. com

On Key

Hand picked articles for you!

Reciclagem da bateria

Reciclagem da bateria

Acima do crédito fotográfico: EPRIJournal Reciclagem de baterias de chumbo ácido Um paradigma para a reciclagem de baterias numa economia circular A reciclagem de baterias,

Locomotiva

Locomotiva

Porque se chama uma locomotiva? O termo locomotiva está enraizado na palavra latina loco – “de um lugar”, e o termo latino medieval motivo que

Microtex de Carga Equalizável

O que é uma carga compensadora?

Carga equalizadora na bateria de chumbo-ácido A intenção de equalizar a carga é trazer a tensão de carga de uma bateria de chumbo-ácido para os

Participe da nossa Newsletter!

Junte-se à nossa mailing list de 8890 pessoas incríveis que estão no ciclo das nossas últimas atualizações em tecnologia de baterias

Leia a nossa Política de Privacidade aqui – Prometemos não partilhar o seu e-mail com ninguém & não lhe enviaremos spam. Você pode cancelar a inscrição a qualquer momento.

Do you want a quick quotation for your battery?

Please share your email or mobile to reach you.

We promise to give you the price in a few minutes

(during IST working hours).

You can also speak with our VP of Sales, Balraj on +919902030022