Como verificar a saúde da bateria com uma estimativa de capacidade
Uma viagem longa pode fornecer uma estimativa útil da energia da bateria disponível dentro da faixa de estado de carga exibida pelo veículo. No entanto, ela não permite, por si só, 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, exibido. O resultado é uma estimativa da energia que a faixa de SOC exibida representou nas condições daquela viagem.
Quando comparada com uma referência equivalente da bateria nova, a estimativa pode indicar a retenção de capacidade. A retenção de capacidade é apenas uma parte de State of Health (SoH). Ela não é um valor SOH universal e não mede diretamente a resistência interna, a capacidade de potência, a condição no nível das células ou a presença de falhas.
Use este método como uma verificação repetível pelo proprietário, não como uma avaliação para fins de garantia ou segurança. Não descarregue a bateria além do que for seguro para a rota, o clima e as opções de recarga disponíveis.
Antes de começar
A estimativa é mais útil quando todas as condições a seguir são atendidas:
- O computador de bordo informa o consumo de toda a viagem de teste, não apenas o de uma distância móvel recente.
- Você sabe se o consumo exibido inclui todas as cargas de energia relevantes do veículo. A definição varia entre os veículos.
- Você dispõe de uma referência de bateria nova com os mesmos limites da estimativa. Capacidade bruta, capacidade líquida ou utilizável, a faixa exibida de 100–0% e a energia acessível abaixo dos 0% exibidos não são grandezas equivalentes. Consulte Gross and Net Battery Capacity e Battery Buffer and Usable Capacity.
- A bateria está próxima da temperatura normal de operação e o veículo não apresenta alertas relacionados à bateria ou ao sistema térmico.
- O BMS teve uma oportunidade razoável de calibrar o SOC. Siga as recomendações de recarga do fabricante; alguns veículos podem corrigir o SOC exibido depois de carregar, permanecer em repouso ou realizar uma viagem que use grande parte da bateria.
- O veículo não altera de forma significativa a margem utilizável à medida que a bateria envelhece, ou você sabe que a comparação considera essa alteração.
Uma faixa de SOC ampla reduz o efeito do arredondamento no painel. Procure usar pelo menos 70–80 pontos percentuais quando for prático, mas pare antes se continuar representar risco ou inconveniente significativo. Um teste de 10 ou 20 pontos percentuais costuma ser sensível demais ao arredondamento e aos erros de estimativa.
Como fazer a estimativa
- Carregue o veículo até perto de 100% e anote o SOC inicial exibido.
- Zere um hodômetro parcial que registre tanto a distância quanto o consumo médio de energia de toda a viagem.
- Dirija normalmente ao longo de uma faixa de SOC ampla. Evite potência excepcionalmente alta, longos períodos de climatização com o veículo estacionado e condições que dificultem a repetição do teste.
- Anote a distância, o consumo médio e o SOC final exibido antes de zerar o contador ou carregar.
- Calcule a energia usada indicada pelo computador de bordo.
- Divida essa energia pela fração do SOC exibido que foi utilizada.
Para um veículo que exibe kWh/100 km:
Energia indicada da viagem (kWh) =
Distância (km) × Consumo (kWh/100 km) ÷ 100
Para um veículo que exibe miles/kWh:
Energia indicada da viagem (kWh) =
Distância (miles) ÷ Eficiência (miles/kWh)
Em seguida, calcule a faixa de SOC exibida e extrapole o resultado:
SOC exibido utilizado = SOC inicial - SOC final
Energia estimada para toda a faixa exibida (kWh) =
Energia indicada da viagem ÷ (SOC exibido utilizado ÷ 100)
Se você tiver uma referência equivalente da bateria nova:
Estimativa da retenção de capacidade (%) =
Energia estimada na faixa exibida ÷ Referência nova equivalente × 100
O cálculo pressupõe que cada ponto percentual exibido representa uma parcela igual da energia utilizável. O mapeamento do BMS é uma estimativa e pode não ser perfeitamente linear, principalmente perto dos limites superior e inferior.
Exemplo calculado em quilômetros
Suponha que um veículo tenha uma referência equivalente de energia utilizável quando novo de 86.5 kWh. Ele percorre 308 km com um consumo médio exibido de 25 kWh/100 km, começa em 100% e termina em 5%.
Energia indicada da viagem = 308 × 25 ÷ 100
= 77.0 kWh
SOC exibido utilizado = 100% - 5%
= 95%
Energia estimada para toda a faixa = 77.0 ÷ 0.95
= 81.1 kWh
Estimativa da retenção de capacidade = 81.1 ÷ 86.5 × 100
= 93.7%
Essa viagem produziu uma estimativa cerca de 6.3% abaixo da referência nova escolhida. Isso não comprova uma degradação permanente de 6.3%. A diferença também inclui incerteza de medição e efeitos que dependem das condições.
Exemplo calculado em milhas
Usando a mesma referência de 86.5 kWh, suponha que o veículo percorra 169 miles a 2.6 miles/kWh, comece em 100% e termine em 21%.
Energia indicada da viagem = 169 ÷ 2.6
= 65.0 kWh
SOC exibido utilizado = 100% - 21%
= 79%
Energia estimada para toda a faixa = 65.0 ÷ 0.79
= 82.3 kWh
Estimativa da retenção de capacidade = 82.3 ÷ 86.5 × 100
= 95.1%
Essa viagem produziu uma estimativa cerca de 4.9% abaixo da referência. Os resultados de viagens diferentes não devem ser calculados em média sem critério, a menos que a temperatura, a faixa de SOC, o software e a contabilização de energia sejam razoavelmente comparáveis.
A energia disponível não é o mesmo que SOH
O cálculo estima uma grandeza de energia. O estado de saúde da bateria abrange mais aspectos.
State of Health (SoH) pode se referir 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 nº 22 usa o termo mais restrito State of Certified Energy (SOCE) para a retenção de energia e diferencia uma estimativa a bordo da energia utilizável medida da bateria. UNECE: UN Global Technical Regulation No. 22
Uma bateria pode conservar grande parte de sua energia utilizável enquanto aumenta Battery Internal Resistance. Isso pode causar maior queda de tensão e mais calor sob carga, atingir os limites de tensão mais cedo, reduzir a aceleração ou a regeneração e tornar a recarga rápida mais lenta. Uma estimativa de capacidade baseada em uma condução moderada não mede esses efeitos diretamente.
O cálculo também não descarta:
- Um grupo de células fraco ou desequilibrado
- Autodescarga anormal
- Falhas de isolamento, contatores, sensores ou do sistema de arrefecimento
- Uma bateria que atinge cedo demais os limites de tensão ou temperatura sob carga elevada
- Uma margem alterada por software
- Danos físicos ou um histórico de reparos
A perda de capacidade e a perda de potência são partes relacionadas, mas distintas, de Battery Degradation. Uma avaliação completa pode, portanto, combinar um teste de energia com diagnóstico, comparação das tensões das células, testes de resistência ou potência de pulso, histórico de falhas e inspeção.
Por que a estimativa varia
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
- Cargas de energia não contabilizadas pelo computador de bordo
- Temperatura da bateria e sua 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 na faixa utilizável ou na exibição do consumo
- Encerrar o teste enquanto a bateria ainda está sob carga, em vez de após condições de repouso comparáveis
Um consumo elevado não indica, por si só, uma resistência interna alta. A bateria pode simplesmente ter sido submetida a maior velocidade, subidas, clima frio, aquecimento da cabine 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 da viagem.
Para acompanhar uma tendência, repita o teste em uma faixa de SOC semelhante e em condições amplamente comparáveis. Registre a temperatura da bateria quando estiver 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 menor resultado individual como o estado de saúde da bateria.
O registro histórico do proprietário 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 registro e não é uma referência universal para todas as versões do e-tron 55.
Estimativas de energia da bateria baseadas em viagens comparadas ao consumo total de energia
Estimativas de energia da bateria baseadas em viagens comparadas ao consumo da viagem
Quando usar um teste profissional ou do fabricante
Use o procedimento aprovado pelo fabricante do veículo quando o resultado puder afetar uma solicitação de garantia, uma decisão de compra ou um reparo. A métrica aceita pode ser diferente deste cálculo.
Alguns veículos oferecem um teste integrado. A Tesla, por exemplo, descreve para veículos compatíveis um teste que pode levar até 24 horas e informa a retenção de energia em comparação com a bateria nova. Esse 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 costumam avaliar energia e potência separadamente. O manual de testes de baterias para veículos elétricos do Departamento de Energia dos EUA define capacidade, energia disponível e potência de pico como medidas de desempenho distintas. Uma avaliação de baterias apoiada pelo NREL também descreve 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 entender como o BMS estima SOC, energia, potência e estado de saúde.