Análise comparativa de métodos para o balanceamento de células de bateria de lítio-íon em segunda aplicação

Abstract

A utilização de veículos elétricos tem aumentado nos últimos anos devido à pressão para reduzir as emissões de gases do efeito estufa e minimizar os impactos ambientais. Esses veículos utilizam sistemas de armazenamento com células de lítio-íon devido às suas características de operação. Essas células são acompanhadas por sistemas de proteção e BMS (Sistema de gerenciamento da bateria). No caso dos veículos elétricos, as baterias possuem uma vida útil determinada pelo fabricante, geralmente em torno de 8 anos ou 160 mil quilômetros. No entanto, mesmo ao atingir esse limite, as células da bateria ainda mantêm cerca de 80% de sua capacidade nominal, o que as torna viáveis para uma segunda aplicação menos exigente. Para evitar problemas causados pelo desbalanceamento da bateria, é necessário um sistema de balanceamento das células. Nesse contexto, pretende-se aplicar e analisar três métodos de equalização: balanceamento passivo com resistor de derivação comutado, balanceamento ativo com conversor flyback e balanceamento capacitivo comutado clássico. O objetivo é determinar qual método melhor se adapta às células de bateria de lítio ferro fosfato em segunda aplicação, prolongando sua vida útil e garantindo o funcionamento adequado do sistema de armazenamento para a aplicação desejada. Serão realizadas simulações, análise dos dados coletados e determinação dos benefícios obtidos com cada método aplicado.The use of electric vehicles has increased in recent years due to pressure to reduce greenhouse gas emissions and minimize environmental impacts. These vehicles use storage systems with lithium-ion cells due to their operating characteristics. These cells are accompanied by protection systems and BMS (Battery Management System). In the case of electric vehicles, batteries have a useful life determined by the manufacturer, usually around 8 years or 160 thousand kilometers. However, even when reaching this limit, the battery cells still maintain around 80% of their nominal capacity, making them viable for a second, less demanding application. To avoid problems caused by battery imbalance, a cell balancing system is required. In this context, we intend to apply and analyze three equalization methods: passive balancing with switched shunt resistor, active balancing with flyback converter and classic switched capacitive balancing. The objective is to determine which method best adapts to lithium iron phosphate battery cells in the second application, extending their useful life and ensuring the proper functioning of the storage system for the desired application. Simulations will be carried out, analysis of the collected data and determination of the benefits obtained with each applied method.