Comparativo: Baterias de carros eléctricos

[BE-COOL]

A bateria é o componente mais importante de um carro eléctrico. É o que está sujeito a maior desgaste e é dele que depende o funcionamento de muitos outros componentes do veículo.

Infelizmente, a bateria nos carros eléctricos ainda é tratada por parte dos fabricantes com muito secretismo em vários aspectos, desde o custo real até às suas características técnicas.

Espero que este tópico sirva para compararmos mais facilmente as baterias de vários carros eléctricos:


Nissan Leaf:



A bateria é composta por 48 módulos ligados em série, cada módulo tem 4 células (2 conjuntos em série de 2 células em paralelo cada).

Capacidade: 2P2S48S - 33Ahx3,75Vx2x2x48=23,76KWh
Células: AESC de 33Ah - 3,75V

http://www.eco-aesc-lb.com/en/product/liion_ev/


Esta é talvez a bateria pior concebida de todas. Neste pack a disposição das células divide-se em duas, a correcta (vertical) e a incorrecta (horizontal). A disposição horizontal das células vai fazer com que as células de baixo transfiram calor para as do topo, o que vai fazer com que a degradação destas últimas seja mais elevada. Uma ligação em série é tão forte quanto o seu elo mais fraco. A bateria ao longo do tempo vai tornar-se cada vez mais desbalanceada. Tudo que aumente a temperatura das células como cargas e descargas rápidas ou climas quentes só vai acelerar este processo. Substituir as células mais danificadas como a Nissan propõe não resolve o problema. Bastaria mudar a disposição de todas as células para vertical e a bateria teria uma esperança de vida muito mais alargada. É ridículo como o Nissan Leaf de 2013 continua com este problema. A Nissan diz que a bateria tem um sistema de arrefecimento passivo, neste caso o que isto quer dizer realmente é que o calor passa das células de baixo para cima...


Mitsubishi MiEV:



A bateria é composta por 22 módulos ligados em série, cada módulo tem 4 células ligadas em série.

Capacidade: 88S - 50Ahx3,7x22x4=16,28KWh
Células: GS Yuasa de 50Ah - 3,7V



http://lithiumenergy.jp/en/products/

Esta bateria tem aquecimento/arrefecimento activo por ar. A menos que existam células defeituosas esta bateria deverá perder pouca capacidade ao longo do tempo.

Está confirmado que actualmente o Peugeot iOn tem uma bateria com 20 módulos. 50Ahx3,7x20x4=14,8KWh. Existe o rumor que possa acontecer o mesmo com o Citroen C-Zero.


Curiosidade:

No Japão existem duas versões do MiEV. A versão G que usa células da GS Yuasa (total de 16KWh) que permite uma carga rápida de 80% em 30 minutos e a versão M que usa células Toshiba SCiB de 20Ah (total de 10,5KWh) que permite uma carga rápida de 80% em 15 minutos, estas células também são usadas no Honda Fit EV e são as que permitem maior rapidez de carga/descarga (10C) com uma esperança de vida a rondar os 10.000 ciclos. A grande desvantagem é a densidade energética ser inferior às outras usadas em VEs.



Depois de 1000 ciclos de carga/descarga a bateria com células Yuasa reterá cerca de 85% da capacidade inicial, por seu lado, a bateria com células Toshiba reterá 98% da capacidade inicial.

http://www.scib.jp/en/product/detail.htm




Sendo o Nissan Leaf e o MiEV os carros eléctricos mais vendidos em Portugal decidi começar por eles.

Espero contar com as vossas contribuições para manter o tópico actualizado com a introdução de mais VEs.

Abraços!

[MRider]

Ja agora o facto de as células de lítio ficarem na horizontal ou na vertical sem pensar no calor influencia na vida útil ou nem por isso?

Estou a falar por ex: nas motos com as células rectangulares para efeitos de melhor arrumação .

Faz mal ficarem na horizontal?

[Emanuel Couto]

Boa idéia BE-COOL ...............

[Mr_Icaro]

Ola Be-cool,

antes demais parabens pelo topico.

Deixa-me discordar do teu comentario relativamente a disposicao de celulas sobrepostas no Leaf. Concordo em tudo com o que disseste sobre a degradacao ao longo do tempo quer por temperatura, quer pelos elementos quimicos. E, sublinho que com o nosso clima no pico do verao com 35..40 graus nao é amigo das cargas rapidas.

Voltando a disposicao das baterias. É verdade que o ar quente sobe, mas para este efeito - dissipacao de calor , aquecimento dos modulos superiores- nao é totalmente verdade.

O facto de as baterias estarem juntas, funcionam como um todo, em que cada bateria/modulo passa por inducao o calor produzido as celulas vizinhas. Dada a densidade com que estao colocadas o "corpo" de baterias comporta-se como um todo, sendo absolutamente negligenciavel a sua posicao sobreposta(vertical ou horizontal). A temperatura sobe e desce em sintonia com todo o pack.

Por exemplo na Vectrix, ha 5 sensores de temperatura, 1 de ambiente e 4 nos modulos de bateria. Cada modulo é composto por 10 baterias o que totaliza 40. As diferencas de temperatura nunca ultrapassam 1 grau entre cada um. Tipicamente as pontas aquecem mais um grau (modulo 1 e 4) que os do meio (2 e 3) quer em carga quer em uso, e isto a meu ver acontece nao pela posicao/dissipacao de calor mas sobretudo pela sua posicao na serie.

Voltando aos carros, todos eles estao arrefecidos pelo conjunto liquido/ventoinhas que envolvem todo o compartimento de baterias (ja vi os Leaf, fluence, i-miev). A dissipacao faz-se como "um todo" ate porque seria perigoso colocar tubagem entre baterias (fugas, manutencao, custo de fabrico, peso etc.), expelindo o ar quente o mais rapida e eficientemente possivel (o passivo de que a Nissan fala, mas todos fazem).


abracos

Nissan Leaf:



A bateria é composta por 48 módulos ligados em série, cada módulo tem 4 células (2 conjuntos em série de 2 células em paralelo cada).

Capacidade: 2P2S48S - 33Ahx3,75Vx2x2x48=23,76KWh
Células: AESC de 33Ah - 3,75V

http://www.eco-aesc-lb.com/en/product/liion_ev/


Esta é talvez a bateria pior concebida de todas. Neste pack a disposição das células divide-se em duas, a correcta (vertical) e a incorrecta (horizontal). A disposição horizontal das células vai fazer com que as células de baixo transfiram calor para as do topo, o que vai fazer com que a degradação destas últimas seja mais elevada. Uma ligação em série é tão forte quanto o seu elo mais fraco. A bateria ao longo do tempo vai tornar-se cada vez mais desbalanceada. Tudo que aumente a temperatura das células como cargas e descargas rápidas ou climas quentes só vai acelerar este processo. Substituir as células mais danificadas como a Nissan propõe não resolve o problema. Bastaria mudar a disposição de todas as células para vertical e a bateria teria uma esperança de vida muito mais alargada. É ridículo como o Nissan Leaf de 2013 continua com este problema. A Nissan diz que a bateria tem um sistema de arrefecimento passivo, neste caso o que isto quer dizer realmente é que o calor passa das células de baixo para cima...

[sergiomms]

Ja agora o facto de as células de lítio ficarem na horizontal ou na vertical sem pensar no calor influencia na vida útil ou nem por isso?

Estou a falar por ex: nas motos com as células rectangulares para efeitos de melhor arrumação .

Faz mal ficarem na horizontal?

É fisica do 12ºano, o ar frio desce e o quente sobe.
A posição de funcionamento das baterias está descrita na folha das especificações técnicas.

Boa idéia BE-COOL ...............

Não me passa pela cabeça que esta questão não tenha sido levada em conta quando a nissan mete o "primeiro" VE de produção em serie no mercado com a garantia que proporciona.
Repara que fizeram apenas UM carro que serve para o norte da noruega e para o sul da grecia.

Pelo que percebi todo o pack está "isolado" (qb) térmicamente do exterior, o calor gerado deve ser o das próprias celulas que pelo involucro de cada modulo dissipará o calor gerado pelas celulas inferiores.
A condutividade térmica pode ser calculada e nem sequer é preciso tirar um curso em coimbra

Eu tenho preferencia pela dissipação termica passiva isto pela segurança e fiabilidade que proporciona nos mais diversos locais de utilização.

[sergiomms]

O icaro falou tudo

[vgomes]

Gostaria de ver esta comparação também ao nível das células que compõem os packs.

As da Nissan foram feitas propositadamente para VE. Daí serem grandes e prismáticas e segundo julgo saber, as da Nissan são das que têm a menor resistência interna.
Dependendo da característica das células, assim poderemos afirmar se o pack está ou não bem construído.

[BE-COOL]

O que referi sobre a posição das células influenciar o desempenho e esperança de vida da bateria não é novo. Não fui eu que descobri agora, tem sido debatido há muito tempo, principalmente depois de Elon Musk da Tesla ter apelidado a bateria do Leaf de primitiva.


Mr_Icaro a bateria do Leaf não é comparável à da Vectrix. Na bateria do Leaf não temos 1ºC de diferença entre células. Entre as verticais da ponta e as horizontais do meio - que levam com o calor todo, - estamos mais próximos de 10ºC de diferença do que de 1ºC. E ao fim de alguns ciclos de carga/descarga essa diferença faz muita "mossa".

A solução proposta pela Nissan sempre foi a de substituir as células danificadas e nunca a bateria completa, porque o nível de degradação das células tem variado bastante (que admiração?!). Ligar células novas e velhas em série não me parece boa ideia...

Os mais importante numa bateria feita com células ligadas em série é usar células o mais semelhantes possível, mas quando umas se degradam mais depressa do que outras isso torna-se impossível. A bateria com o tempo vai ficar cada vez mais desbalanceada.

Os casos mais mediáticos de perda de capacidade das baterias nos Estados mais quentes dos EUA e também dos taxistas no Japão poderiam ter sido evitados se a bateria tivesse as células todas na vertical - nem sequer falo em adicionar um sistema de arrefecimento activo. Agora arrefecimento passivo com células na horizontal, nem numa conversão de garagem se faz...

Os grandes fabricantes também fazem asneiras, não são infalíveis.


Estou a ver se encontro informação detalhada sobre a bateria do Renault Zoe para adicionar ao tópico, penso que será interessante.

[serges]

Muito bom tópico com muito bom conteúdo.

Obrigado pela partilha.

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[jmal]

Também estou curioso com esse estudo do ar quente fazer com que as células superiores fiquem mais quentes, quando praticamente não existe ar dentro dos packs, num ambiente fechado onde, penso que existe menos de 10 % de ar em relação ao volume total do compartimento, duvido que seja o ar que faça a diferença. Se me disserem que existe mais aquecimento nas zonas com mais concentração de módulos, já que não existe refrigeração ativa (confirmar que não existe refrigeração) as conclusões podem ser outras.

[sergiomms]

O que referi sobre a posição das células influenciar o desempenho e esperança de vida da bateria não é novo. Não fui eu que descobri agora, tem sido debatido há muito tempo, principalmente depois de Elon Musk da Tesla ter apelidado a bateria do Leaf de primitiva.


Mr_Icaro a bateria do Leaf não é comparável à da Vectrix. Na bateria do Leaf não temos 1ºC de diferença entre células. Entre as verticais da ponta e as horizontais do meio - que levam com o calor todo, - estamos mais próximos de 10ºC de diferença do que de 1ºC. E ao fim de alguns ciclos de carga/descarga essa diferença faz muita "mossa".

A solução proposta pela Nissan sempre foi a de substituir as células danificadas e nunca a bateria completa, porque o nível de degradação das células tem variado bastante (que admiração?!). Ligar células novas e velhas em série não me parece boa ideia...

Os mais importante numa bateria feita com células ligadas em série é usar células o mais semelhantes possível, mas quando umas se degradam mais depressa do que outras isso torna-se impossível. A bateria com o tempo vai ficar cada vez mais desbalanceada.

Os casos mais mediáticos de perda de capacidade das baterias nos Estados mais quentes dos EUA e também dos taxistas no Japão poderiam ter sido evitados se a bateria tivesse as células todas na vertical - nem sequer falo em adicionar um sistema de arrefecimento activo. Agora arrefecimento passivo com células na horizontal, nem numa conversão de garagem se faz...

Os grandes fabricantes também fazem asneiras, não são infalíveis.


Estou a ver se encontro informação detalhada sobre a bateria do Renault Zoe para adicionar ao tópico, penso que será interessante.

É certo que cada um puxa a brasa à sua sardinha, cabe-nos a nós, independentemente, avaliar o que estamos a ouvir/ler.
O Elon Musk diz que a bateria do leaf é primitiva mas foi a bateria do tesla model S que teve quebras de autonomia superiores a 50% quando o carro é utilizado na neve. (se encontrar a publicação coloco-a aqui.)
Considero que todos os packs têm o seu "calcanhar de aquiles", mas, ainda considero o pack do leaf dos mais bem concebidos uma vez que o proprio pack desenvolve o seu isolado "microclima" criando apenas um diferencial termico em relação à temperatura exterior.
Mas se estiver aqui algum proprietário que nos informa das temperaturas atingidas.

[RJSC]

É certo que cada um puxa a brasa à sua sardinha, cabe-nos a nós, independentemente, avaliar o que estamos a ouvir/ler.
O Elon Musk diz que a bateria do leaf é primitiva mas foi a bateria do tesla model S que teve quebras de autonomia superiores a 50% quando o carro é utilizado na neve. (se encontrar a publicação coloco-a aqui.)
Considero que todos os packs têm o seu "calcanhar de aquiles", mas, ainda considero o pack do leaf dos mais bem concebidos uma vez que o proprio pack desenvolve o seu isolado "microclima" criando apenas um diferencial termico em relação à temperatura exterior.
Mas se estiver aqui algum proprietário que nos informa das temperaturas atingidas.

75 km de ida e volta de casa, 50m->600m->50m de altitude e gastou 9 barras de carga entre as 11 e as 2 barras. Muito frio lá em cima (0 graus, estava a nevar), mas mesmo tendo estado 1h30m no frio não foi suficiente para atingir as 4 barras de temperatura.

In: http://www.nissanleafpt.com/viewtopic.p ... 300#p13282

[sergiomms]

É um exemplo mas 2horas não é bem ao que me referia, eu refiria-me a temperaturas de -20º em que o carro fica estacionado a noite inteira na rua. (sim, é muito frio)
É que no norte da europa 0ºC nem é considerado frio (vi lá pessoal de calções)

[RJSC]

Mas lá até os de combustão têm que ficar ligados à tomada para manter o bloco do motor quente ou então não pegam de manhã.
Um Leaf se ficar ligado à rede elétrica também pode manter o aquecimento a funcionar sem descarregar a bateria.

[sergiomms]

Mas lá até os de combustão têm que ficar ligados à tomada para manter o bloco do motor quente ou então não pegam de manhã.
Um Leaf se ficar ligado à rede elétrica também pode manter o aquecimento a funcionar sem descarregar a bateria.

O combustível tem aditivo anti-congelante.

[sergiomms]

Um model S dos EUA nas estradas da Noruega, sem preparação
Apesar do tempo gélido, efectivamente houve quebra de autonomia, mas o carro não estava preparado para a neve.

We attempt to drive the Tesla Model S from Oslo, the capitol of Norway, to Geilo. The journey is only 270 kms, but with a climb of 800 metres and freezing temperatures. The test car is a US-spec Model S without cold weather spec.

http://youtu.be/XZ5PqPeOPT0?t=6m16s

[sergiomms]

Já agora, alguém tem a folha de especificações técnicas de alguma destas baterias? Das do Leaf e das do miev?
É que já procurei e solicitei, mas as empresas não me ligam nenhuma

[jmal]

Já agora, alguém tem a folha de especificações técnicas de alguma destas baterias? Das do Leaf e das do miev?
É que já procurei e solicitei, mas as empresas não me ligam nenhuma

Leaf:

http://www.eco-aesc-lb.com/en/product/liion_ev/


Miev:

http://lithiumenergy.jp/en/products/index.html

[serges]

Já agora a titulo de curiosidade, qual a melhor ou beneficios e penalizações em cada uma...

Obrigado

[RJSC]

As de Lítio Manganésio que se usam nos carros (iMiev, Leaf, Volt, etc) são seguras (não se incendeiam) e têm maior densidade energética que as LiFePO4 que se usam nas motas, mas a sua vida útil sofre muito com a temperatura.
Por isso alguns Leafs com 2 Anos no estado do Arizona nos EUA onde as temperatura mínimas durante um ano normal rondam os 30ºC e estão acima dos 35ºC a maior parte do ano, já têm a capacidade da bateria reduzida a 65% da inicial.

Mais um ponto a favor dos Leafs na Noruega, onde com as baixas temperaturas é esperado que as baterias levem mais de 16 anos até perderem 30% da capacidade, contra 10 anos em Portugal.