O desenvolvimento de baterias para veículos elétricos está a tornar-se cada vez mais complexo. O desempenho elétrico, o comportamento térmico e a segurança mecânica interagem de perto e por isso exigem soluções integradas.
Ao mesmo tempo, até o momento, há uma carência de padrões de projeto uniformes, o que acarreta desvantagens. Em caso de acidente, torna-se mais difícil para os serviços de emergência lidarem com baterias danificadas ou em chamas, e a reciclagem também é muito mais complicada devido a projetos inconsistentes.
No projeto de investigação E-Track, o Instituto de Segurança Veicular da Universidade Tecnológica de Graz, Austria, em conjunto com o Instituto de Ciências de Sistemas Ambientais da Universidade de Graz e parceiros da indústria, desenvolveram diretrizes de projeto bem fundamentadas que tornam os sistemas de baterias mais seguros, sustentáveis e económicos.
Falta de padrões de projeto
“Sem padrões de projeto uniformes, os serviços de emergência enfrentam frequentemente grandes desafios em situações de emergência, pois a estrutura e o comportamento dos sistemas de baterias são difíceis de avaliar. Ao mesmo tempo, perdemos recursos valiosos se as baterias não puderem ser reparadas ou totalmente recicladas”, explicou Markus Fasching, gestor de projeto, da Universidade Tecnológica de Graz. “O nosso trabalho demonstra que segurança, eficiência e reciclabilidade podem ser melhoradas em conjunto através de um projeto bem elaborado.”
Uma das principais deficiências dos sistemas de baterias atuais é a sua limitada capacidade de serem reparadas e recicladas. Muitos fabricantes utilizam invólucros colados com pastas termicamente condutoras para regulação de temperatura, o que oferece vantagens na produção, mas frequentemente exige a substituição de toda a bateria em caso de danos.
A equipa de investigadores utilizou um método de construção como base para o projeto das suas investigações. Os investigadores também investigaram dois projetos alternativos: um conceito com tampas de invólucro substituíveis, no qual almofadas de dissipação de calor dissipam o calor, e um projeto com refrigeração líquida. Nesse caso, um óleo isolante elétrico assume a função de dissipador de calor e o invólucro é parafusado com uma vedação. Isso facilita a desmontagem e permite a substituição direcionada de células individuais.
Facilitar as reparações compensa
As análises mostram que as células da bateria representam tanto o maior fator de custo como o fator decisivo para a segurança e sustentabilidade. As células compõem cerca de 75% da massa total, razão pela qual sua reutilização após um acidente é crucial para o equilíbrio ecológico e económico, como comprovam as análises do ciclo de vida.
Projetos que facilitem a reparação são vantajosos a partir de 8% das células que podem ser reutilizadas. A facilidade de desmontagem também promove a reciclagem de materiais.
A equipa de investigação também desenvolveu novos métodos de diagnóstico, baseados em espectroscopia de impedância eletroquímica. Estes métodos de diagnóstico, combinados com modelos multifísicos virtuais, possibilitam a deteção confiável de danos internos, como microcurtos, que poderiam levar a eventos críticos com atraso, como incêndios em baterias.
Embora as diretrizes tenham sido desenvolvidas principalmente para veículos elétricos de duas rodas, os métodos e as abordagens de simulação podem ser diretamente transferidos para classes de veículos maiores, como carros e caminhões.
Para os investigadores, os resultados do E-Track criam uma base sólida para futuros padrões industriais e também podem servir como ponto de partida para marcos regulatórios. Já existem algumas partes interessadas da indústria que demonstraram interesse em projetos de acompanhamento para conduzir mais investigações sobre métodos de diagnóstico para avaliar o estado de segurança e os modelos de simulação multifísica.
