Como verificar o estado da bateria com uma estimativa de capacidade
Uma viagem longa pode fornecer uma estimativa útil da energia da bateria disponível dentro do intervalo de estado de carga apresentado pelo veículo. No entanto, por si só, não permite verificar o estado de saúde completo da bateria.
A resposta curta
Este método combina a distância, o consumo de energia do computador de bordo e a variação do State of Charge (SOC), ou estado de carga, apresentado. O resultado é uma estimativa da energia que o intervalo de SOC apresentado representou nas condições dessa viagem.
Quando comparada com uma referência equivalente da bateria em nova, a estimativa pode indicar a retenção de capacidade. A retenção de capacidade é apenas uma parte de State of Health (SoH). Não é um valor SOH universal e não mede diretamente a resistência interna, a capacidade de potência, o estado ao nível das células ou a presença de avarias.
Utilize este método como uma verificação repetível pelo proprietário, não como uma avaliação para efeitos de garantia ou segurança. Não descarregue a bateria para além do que for seguro para o percurso, as condições meteorológicas e as opções de carregamento disponíveis.
Antes de começar
A estimativa é mais útil quando se verificam todas as condições seguintes:
- O computador de bordo apresenta o consumo de toda a viagem de teste, não apenas o de uma distância móvel recente.
- Sabe se o consumo apresentado inclui todos os consumidores de energia relevantes do veículo. A definição varia entre veículos.
- Dispõe de uma referência de bateria nova com os mesmos limites da estimativa. Capacidade bruta, capacidade líquida ou utilizável, o intervalo apresentado de 100–0% e a energia acessível abaixo dos 0% apresentados não são grandezas equivalentes. Consulte Gross and Net Battery Capacity e Battery Buffer and Usable Capacity.
- A bateria está próxima da temperatura normal de funcionamento e o veículo não apresenta avisos relativos à bateria ou ao sistema térmico.
- O BMS teve uma oportunidade razoável de calibrar o SOC. Siga as recomendações de carregamento do fabricante; alguns veículos podem corrigir o SOC apresentado depois de carregar, repousar ou realizar uma viagem que utilize uma grande parte da bateria.
- O veículo não altera substancialmente a margem utilizável à medida que a bateria envelhece, ou sabe que a comparação considera essa alteração.
Um intervalo de SOC amplo reduz o efeito do arredondamento no painel de instrumentos. Procure utilizar pelo menos 70–80 pontos percentuais quando for prático, mas termine mais cedo se continuar representar risco ou inconveniente significativo. Um teste de 10 ou 20 pontos percentuais é normalmente demasiado sensível ao arredondamento e aos erros de estimativa.
Como fazer a estimativa
- Carregue o veículo até perto de 100% e registe o SOC inicial apresentado.
- Reponha um conta-quilómetros parcial que registe tanto a distância como o consumo médio de energia de toda a viagem.
- Conduza normalmente ao longo de um intervalo de SOC amplo. Evite potências invulgarmente elevadas, longos períodos de climatização com o veículo estacionado e condições que dificultem a repetição do teste.
- Registe a distância, o consumo médio e o SOC final apresentado antes de repor o contador ou carregar.
- Calcule a energia utilizada indicada pelo computador de bordo.
- Divida essa energia pela fração do SOC apresentado que foi utilizada.
Para um veículo que apresente kWh/100 km:
Energia indicada da viagem (kWh) =
Distância (km) × Consumo (kWh/100 km) ÷ 100
Para um veículo que apresente miles/kWh:
Energia indicada da viagem (kWh) =
Distância (miles) ÷ Eficiência (miles/kWh)
Em seguida, calcule o intervalo de SOC apresentado e extrapole-o:
SOC apresentado utilizado = SOC inicial - SOC final
Energia estimada para todo o intervalo apresentado (kWh) =
Energia indicada da viagem ÷ (SOC apresentado utilizado ÷ 100)
Se dispuser de uma referência equivalente da bateria em nova:
Estimativa da retenção de capacidade (%) =
Energia estimada no intervalo apresentado ÷ Referência nova equivalente × 100
O cálculo pressupõe que cada ponto percentual apresentado representa uma parcela igual da energia utilizável. O mapeamento do BMS é uma estimativa e pode não ser perfeitamente linear, sobretudo perto dos limites superior e inferior.
Exemplo calculado em quilómetros
Suponha que um veículo tem uma referência equivalente de energia utilizável em novo de 86.5 kWh. Percorre 308 km com um consumo médio apresentado de 25 kWh/100 km, começa em 100% e termina em 5%.
Energia indicada da viagem = 308 × 25 ÷ 100
= 77.0 kWh
SOC apresentado utilizado = 100% - 5%
= 95%
Energia estimada para todo o intervalo = 77.0 ÷ 0.95
= 81.1 kWh
Estimativa da retenção de capacidade = 81.1 ÷ 86.5 × 100
= 93.7%
Esta viagem produziu uma estimativa cerca de 6.3% abaixo da referência nova escolhida. Isto não demonstra uma degradação permanente de 6.3%. A diferença inclui também incerteza de medição e efeitos dependentes das condições.
Exemplo calculado em milhas
Utilizando a mesma referência de 86.5 kWh, suponha que o veículo percorre 169 miles a 2.6 miles/kWh, começa em 100% e termina em 21%.
Energia indicada da viagem = 169 ÷ 2.6
= 65.0 kWh
SOC apresentado utilizado = 100% - 21%
= 79%
Energia estimada para todo o intervalo = 65.0 ÷ 0.79
= 82.3 kWh
Estimativa da retenção de capacidade = 82.3 ÷ 86.5 × 100
= 95.1%
Esta viagem produziu uma estimativa cerca de 4.9% abaixo da referência. Os resultados de viagens diferentes não devem ser sujeitos a uma média indiscriminada, exceto quando a temperatura, o intervalo de SOC, o software e a contabilização de energia forem razoavelmente comparáveis.
A energia disponível não é o mesmo que SOH
O cálculo estima uma grandeza energética. O estado de saúde da bateria abrange mais aspetos.
State of Health (SoH) pode referir-se à capacidade energética restante, à capacidade de potência restante, ao aumento da resistência ou a uma combinação específica do fabricante. O Regulamento Técnico Global da ONU n.º 22 utiliza o termo mais restrito State of Certified Energy (SOCE) para a retenção de energia e distingue uma estimativa a bordo da energia utilizável medida da bateria. UNECE: UN Global Technical Regulation No. 22
Uma bateria pode conservar grande parte da sua energia utilizável enquanto aumenta Battery Internal Resistance. Isso pode provocar maior queda de tensão e mais calor sob carga, atingir mais cedo os limites de tensão, reduzir a aceleração ou a regeneração e tornar o carregamento rápido mais lento. Uma estimativa de capacidade baseada numa condução moderada não mede diretamente estes efeitos.
O cálculo também não exclui:
- Um grupo de células fraco ou desequilibrado
- Autodescarga anormal
- Falhas de isolamento, contactores, sensores ou do sistema de refrigeração
- Uma bateria que atinge demasiado cedo os limites de tensão ou temperatura sob carga elevada
- Uma margem alterada por software
- Danos físicos ou um histórico de reparações
A perda de capacidade e a perda de potência são partes relacionadas, mas distintas, de Battery Degradation. Uma avaliação completa pode, por isso, combinar um teste de energia com diagnóstico, comparação das tensões das células, testes de resistência ou potência de impulso, histórico de falhas e inspeção.
Porque varia a estimativa
Um único resultado pode variar vários pontos percentuais sem uma alteração permanente equivalente na bateria. As causas comuns incluem:
- Valores de SOC inicial e final arredondados
- Distância e consumo arredondados
- Consumidores de energia não contabilizados pelo computador de bordo
- Temperatura da bateria e respetiva variação durante a viagem
- Corrente elevada e perdas resistivas
- Vento, estradas molhadas, desnível, pneus e velocidade
- Desequilíbrio das células ou uma correção de calibração do BMS
- Alterações de software no intervalo utilizável ou na apresentação do consumo
- Terminar o teste enquanto a bateria ainda está sob carga, em vez de após condições de repouso comparáveis
Um consumo elevado não diagnostica, por si só, uma resistência interna elevada. A bateria pode simplesmente ter sido sujeita a maior velocidade, subidas, tempo frio, aquecimento do habitáculo ou outras cargas. A avaliação da resistência exige observar o comportamento da tensão e da corrente sob uma carga e temperatura definidas, não apenas uma média de viagem.
Para acompanhar uma tendência, repita o teste num intervalo de SOC semelhante e em condições amplamente comparáveis. Registe a temperatura da bateria quando disponível, a temperatura ambiente, a versão do software, o SOC inicial e final, a distância, o consumo e a estimativa calculada. Procure uma tendência persistente em vez de considerar o resultado individual mais baixo como o estado de saúde da bateria.
O registo histórico do proprietário apresentado abaixo mostra como as estimativas repetidas podem ser representadas em relação à energia total utilizada e ao consumo da viagem. A referência de 83.6 kWh faz parte desse registo e não é uma referência universal para todas as versões do e-tron 55.
Estimativas de energia da bateria baseadas em viagens comparadas com o consumo total de energia
Estimativas de energia da bateria baseadas em viagens comparadas com o consumo da viagem
Quando utilizar um teste profissional ou do fabricante
Utilize o procedimento aprovado pelo fabricante do veículo quando o resultado puder afetar uma reclamação de garantia, uma decisão de compra ou uma reparação. A métrica aceite pode ser diferente deste cálculo.
Alguns veículos dispõem de um teste integrado. A Tesla, por exemplo, descreve para veículos compatíveis um teste que pode demorar até 24 horas e apresenta a retenção de energia em comparação com a bateria em nova. Este processo controlado é diferente de extrapolar uma única viagem. Tesla Model Y Owner's Manual: High Voltage Battery Health
Os procedimentos de laboratório e oficina avaliam frequentemente a energia e a potência em separado. O manual de testes de baterias para veículos elétricos do Departamento de Energia dos EUA define a capacidade, a energia disponível e a potência de pico como medidas de desempenho distintas. Uma avaliação de baterias apoiada pelo NREL também descreve os testes de capacidade e resistência interna como indicadores separados do estado de saúde. US Department of Energy: Battery Test Manual for Electric Vehicles NREL: Procedure for Assessing the Suitability of Battery Second Life Applications
Consulte Battery Management System para saber como o BMS estima o SOC, a energia, a potência e o estado de saúde.