Baterias de Veic_Elétr_Nissan LEAF

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quarta-feira, 4 de julho de 2012

Bateria de Veículos Elétricos (VEs) - Nissan LEAF

A bateria de Íons de Lítio (Li-ion), de 24kW·h do Nissan LEAF, p ossui refrigeração a ar (o que representa um de seus principais

diferenciais sobre outras baterias de VEs, até então), e consiste de 48 módulos e cada módulo contém quatro células,

totalizando de 192 células, e é montada pela Automotive Energy Supply Corp ( AESC) - uma joint venture entre a Nissan, a

NEC e a NEC Dispositivos de Energia, em Zama, Japão.

O LEAF tem um motor elétrico CA síncrono (de imãs permanentes) de 80 kW e a bateria do LEAF precisou ser dimensionada

para fornecer uma energia, algo quase quatro vezes maior, do que aquela que se dá em um carro híbrido típico. Para isso, abateria do LEAF se tornou bastante grande e pesada, em comparação com as baterias típicas dos carros híbridos.

Os EVs (Electric Vehicles), em português VEs (Veículos Elétricos), com suas relativamente enormes baterias têm uma

vantagem sobre os híbridos, que é justamente a questão da estabilidade da tensão da bateria, mesmo em alta demanda,enquanto que, num híbrido a bateria é utilizada para mover o carro, apenas em condições de torque e velocidade menores, ou

seja, de potência mais baixa, onde as demandas de energia são modestas.

No hibrido a bateria é considerada, apenas, como uma fonte extra de energia e assim, é dimensionada de modo que podem

ocorrer afundamentos do valor da tensão fornecida de até cerca de 25% sob carga e para resolver este problema alguns

híbridos precisaram introduzir um regulador de tensão bidirecional entre a b ateria e o inversor, encarecendo o projeto, uma vezque isso corresponde, essencialmente, a adicionar um segundo inversor de alta potência em série com o inversor principal que

aciona o motor.

Os novos EVs e híbridos passam a abrigar células prismáticas de Lítio-íon em suas baterias, a medida que estas provam as

suas melhores qualidades. Uma das razões da opção por bateria de íons de Lítio é justamente pela característica que esta

apresenta de maior estabilidade da tensão fornecida sob variação de caraga, onde os afundamentos da tensão não passam de10%. Isso simplifica o projeto elétrico e a bateria pode ser conectada diretamente ao inversor, sem a necessidade de pre

reguladores de tensão, nem de capacitores extra no barramento CC, e a autoestabilização da tensão propiciada pela enorme

bateria, ainda protege os transistores de sobretensão.

A tecnologia Lítio-íon permite fornecer até 11 vezes

a densidade de potência de uma bateria NiMH em

aplicações híbridas ou duas vezes a densidade de

energia em carros elétricos. Ao contrário de Níquel-

Cádmio, baterias de íons de células não têm efeito

de memória que, após uso repetido, diminui a suacapacidade de armazenamento. E não se esgotam

quando o carro fica estacionado por períodos

prolongados. As células mais comuns atualmente

em uso automotivo possuem dimensões

aproximadas de 160 mm por 226 mm por 7,2 mm.

As células individuais são interligadas para formar

os módulos e os módulos são embalados, juntamente com monitores de estado de carga,

reguladores de tensão e termopares para fazer umpacote. Um sistema de bateria completo também

tem o seu próprio arrefecimento e aquecimento,

arrefecido a água, ou simplesmente ventilado, para

manter as temperaturas ideais de funcionamento.

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Como em outra bateria qualquer, os três principais componentes funcionais de uma bateria de íons de Lítio são o eletrodo

negativo (ânodo), eletrodo positivo (catodo), e o eletrólito. Em cada célula, existem múltiplos cátodos (placas positivas) e

ânodos (placas negativas) ensanduichados com material dielétrico de separação e um gel eletrólito condutor que consiste emsal de Lítio num solvente orgânico.

Os cátodos podem ser constituídos por finas folhas de colectores de corrente de alumínio eletrolítico, revestidos com um

material de fosfato de Lítio e os ânodos são feitos de uma fina folha de cobre revestida com carbono. Em uma célula

completamente carregada, os íons de Lítio são armazenados no ânodo, mas quando a bateria fornece energia ao motor, os

íons de passam através do eletrólito através do separador para o cátodo. Este processo é invertido durante o carregamento.

A bateria atual do Nissan LEAF (desde o seu lançamento até agora, 2012) é fruto de uma parceia da Nissan com a também

japonesa AESC - Automotive Energy Supply Corp, cujo capital é representado por Nissan Motor Co., Ltd.: 51 % e NEC Corp. +NEC Energy Devices, Ltd.: 49 %.

A tecnologia é baseada em Espinela de Lítio Manganês (LMO) - LiMn2O4 que, das cinco tecnologias atuais de baterias de

Íons de Lítio, é aquela é aquela que mais se destaca no quesito "Segurança" e "Performance", todavia, em detrimento aosquesitos "Custos" e "Energia Específica" (mais detalhes técnicos, por favor, veja em:

O fato é que a Nissan foi bastante esperta e, apostou na formação de uma boa reputação para a bateria do seu carro nestes

primeiros anos de lançamento, dotando-o de uma bateria de elevada segurança, que trabalha relativamente fria e não

requer um sistema de refrigeração, como ocorre com outros EVs e cuja performance, em geral, dispensa a necessidade

de climatização específica, seja para atender diferentes estações do ano, ou mesmo de regiões dos países em que o Nissan

LEAF está sendo vendido e utilizado, mesmo com isso implicando em alto custo de entrada para o usuário, ou a necessidade

de descontos para atingir as vendas, ou mesmo que a bateria seja, relativamente, pesada e volumosa.

Enquanto a boa reputação se forma junto a opinião pública, a Nissan vem trabalhando na segunda geração de sua bateria

para o LEAF (ou para outro modelo de VE que venha a ser, eventualmente, projetado e lançado). Isto tem implicado em

migração da tecnologia base, da atual LMO para a futura tecnologia NMC (LiNiMnCoO2).

Muito provavelmente, a bateria de íons de Lítio de tecnologia NMC, que deverá estar pronta, produzida e embalada para o

LEAF 2015 e poderá dotá-lo de uma autonomia algo superior a 180 milhas (290 km), bem mais que as 109 milhas (175 km)atuais. Tal relação sugere que a capacidade da nova bateria do LEAF seja de cerca de 40 kW.h (comparados com os atuais 24

kW.h).

Uma outra coisa interessante, é que essa nova bateria (NMC) poderá, até mesmo, ser mais barata que a atual (LMO). Eu digo

"poderá" pois, podemos ter surpresas: assim como todos os demais concorrentes, a Nissan (e a AESC) está correndo atrás de

quebra de paradigmas, tentando mesmo inventar coisas novas. A tecnologia NMC atual, mesmo provendo uma maior energia,

é, de fato, ainda, mais barata que a LMO mas, no estágio comercial em que ela se encontra, produz baterias que resultam em

menor segurança e performance.

Seja o que for que eles estejam aprontando, não creio que a Nissan irá por em risco a sua reputação, recém adquirida, deestar produzindo a bateria mais segura do mercado e isso me faz crer que poderá surgir dai, alguma coisa realmente nova,

derivada da tecnologia NMC. Como consumidor, é sentar e esperar, para ver o que será.

Quanto a bateria atual, visando uma tendência de padronização em "tensão total", tanto o Nissan LEAF quanto o Chevy VOLT,

que utilizam diferentes arranjos de associação de células em cada módulo, utilizam o mesmo arranjo de módulos: são 48módulos prismáticos em série e, embora a química da ambas baterias seja um pouco diferente, as células de íons de Lítio em

ambos são de 3,6V a 3,8V, de modo que ambos os carros têm uma tensão de bateria de 345 V CC a 365 VCC (em circuito

aberto).

Especificação dos Módulos de Bateria do Nissan LEAF:

Numero de células 4

Construção 2 pares em série, em paralelo (desenho abaixo)

Comprimento 11.9291" (303 mm)

Largura 8.7795" (223 mm)

Espessura 1.3779" (35 mm)

Peso 8.3775 lbs (3.8 kgs)

Terminal de Saída M6 nut

Terminal do Sensor de Tensão M4 nut

D iâ metro do Furo de F ixação do Mód ul o 0.358 2" (9.1 mm)

Todavia, o VOLT utiliza seis células em cada módulo (dois grupos associados em série com

três células em paralelo em cada grupo), totalizando 288 células, e o LEAF utiliza quatrocélulas em cada módulo (dois grupos associados em série com duas células em paralelo

em cada grupo), totalizando 192 células, todavia, no LEAF, o tamanho de cada célula é

aproximadamente duas vezes maior.

Para manter a temperatura da bateria dentro de uma gama estreita, de 70ºF ± 2ºF (de 20ºC

a 22,2ºC), o Chevy VOLT utiliza um subsistema de aquecimento/arrefecimento dos módulos

de bateria a água, usado para proteger a bateria caso ela fique muito quente ou muito fria.

Em contrapartida, o LEAF resfria a bateria a ar, com emprego de um ventilador de modo

que a temperatura da bateria fica mais suscetível a variar com ambiente e não existe

indicação com respeito a temperatura da bateria no painel do LEAF, todavia, a estrutura em

camadas planas além de ser uma composição simples, fornece uma melhor dissipação

térmica.

Apenas o tempo de uso poderá dizer se, com isso, haverá ou não alguma significativa diferença de perda de capacidade ao

longo da vida útil, a se constituir um problema que venha surpreender para os usuários, comparativamente a essas duastecnologias, uma vez que a perda de metade da capacidade da bateria, já passar a tornar a condução do carro algo quaseimpossível.

Baterias de Íons de Lítio – Tecnologias e Bases de Custos (Parte 1/3)

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O AESC indica a bateria do LEAF como sendo de 360V CC nominais, todavia, uma bateria nova, plenamente carregada, pode

chegar, de fato, até algo bem próximo de 400VCC.

O desenho do LEAF posiciona a bateria, que é a parte mais pesada de qualquer EV, abaixo dos assentos e sob o espaço paraos pés do assento traseiro, mantendo o centro de gravidade tão baixo quanto possível e aumentando a rigidez estrutural em

comparação com um cinco portas convencional.

Na suas novas instalações industriais em Smyrna, no estado norte-americano do Tennessee, desde 2010, a Nissan

anunciou ser capaz de uma produção de 150.000 unidades do veículo Nissan LEAF, bem como de 200.000 unidades dopacote de bateria (a partir de 2012).

Segundo a Nissan, a bateria deverá reter ainda um mínimo de 70% de sua capacidade depois de 10 anos, mas alerta que sua

vida útil real dependerá de quantas vezes o carregamento CC rápido (480 V CC) for usado e também do padrão de condução e

de fatores ambientais.

A Nissan informa que a bateria perderá a capacidade gradualmente ao longo do tempo, mas que espera uma vida útil de mais

de 10 anos em uso normal.

Bateria do LEAF é garantida pela Nissan, para o mercado norte americano, por oito anos ou 100.000 milhas (161.000 km).

Pacote da Baterias Principal do Nissan LEAF Fechado em seu invólucro


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Postado por André Luis Lenz às 16:32

Marcadores: bateria íons de Lítio, carro elétrico, estação de recarga, Inversor de frequência, Leaf , motor elétrico, módulo

bateria, Nissan Leaf , pacote de bateria, prismática, torque do motor , veículo elétrico

Vista do interior do Pacote de Bateria do Nissan Leaf

A Nissan recomenda aos proprietários as seguintes ações preventivas para ajudar a maximizar a vida útil da bateria Lítio-íon esua capacidade de reter a carga:

• Evite expor um veículo a temperaturas superiores a 120°F (49°C) durante mais de 24 horas;

• Evite o armazenamento de um veículo em temperaturas inferiores a -13°F (-25°C) durante mais de 7 dias;

• Evite exceder mais que 80% da carga quando feita frequentemente (mais de uma vez por semana) por carga rápida

ou ultra rápida;

• Permita que a carga da bateria caia

abaixo de 70% antes de carregar;

• Evite deixar o veículo por mais de 14

dias em que o indicador de estado da

carga Lítio-íon disponível atinja um valor

zero ou próximo de zero.

Além da bateria principal, o LEAF também tem

uma bateria auxiliar de 12 volts de chumbo

ácido que fornece energia para os sistemas docarro de computadores e acessórios, tais

como o sistema de áudio, sistemas de

retenção suplementar, os faróis e limpa para-

brisas.

O pequeno painel solar no junto ao spoiler traseiro do LEAF (nos Estados Unidos, só vem

na versão com acabamento SL) ajuda a

recarregar essa bateria extra em 12VCC.

Ligações:

Baterias de Íons de Lítio – Tecnologias e Bases de Custos (Parte 1/3)

A Eletroquímica do Lítio e sua Aplicação em Baterias de VEs (Parte 1/5)

As Baterias dos Veículos Elétricos Podem Ser Recicladas?

Sistema de Transmissão de um Veículo Elétrico (Nissan LEAF Powertrain)

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Nascido i lSão Paul31/01/19graça de iLenz, filh lde Azedi iG. Lenz, i iminha vi ide Osaspassand i iadolescê i ido KM18 iTécnico l ipela FITem 1981seguir ca i ilina aeron idesiludi . l iempresa

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