Baterias para off-grid e meio de transporte

alexandre.mbm · 14 de maio de 2023

Eu estava a ver o tópico sobre o BMS da moto Shineray, do @Pincipi, e a lembrar da existência de usinas solares domésticas híbridas ou off-grid. Também estava a lembrar de inversores portáteis.

Que interessante seria se as baterias da usina fossem compatíveis com meios de transporte: motos, bicicletas, pequenos automóveis, etc.

Digamos que você não queira propriamente um caríssimo sistema híbrido ou off-grid para alimentar a casa, deseje apenas um nobreak mais robusto, modular, para um escritório ou quarto de homecare. Na ocasião de uma nova relevante saída com a sua moto elétrica, você simplesmente iria no banco de baterias da casa e colheria o módulo que tivesse a carga mais completa.

Alguém conhece produto comercial nesse sentido?

Pincipi · 14 de maio de 2023

Isso seria sensacional! Nenhum filme de ficção científica que eu conheça abordou este assunto.

Existe uma grande diferença tecnológica nas baterias de automóveis comuns, de start stop, de submarinos, de sistemas solares e de veículos elétricos.

Os veículos elétricos tem o tal de ciclo de descarga profundo e a forte demanda do publico interessado por cargas cada vez mais rápidas.

O carro beira seus 800/900 Volts.

A moto seus 70/80 Volts.

O patinete seus 36/48 Volts.

Atualmente não tem como o módulo de um determinado VE ser usado em outra finalidade, a única coisa que existe comercialmente é a transferência da carga elétrica de um sistema para outro.

alexandre.mbm · 14 de maio de 2023

@Pincipi , ficção científica raiz tira energia de um pequeno cristal; não existe bateria.

As interfaces com os alimentandos são bem diferentes, mas quase tudo hoje em dia está usando Lítio, Li-On ou LiFePO. Eletrônica de carga e descarga é outra estória. Modularização é agrupamento.

Update

Por exemplo, eis uma célula Li-On que é usada na indústria de veículos elétricos:

Também em lanternas:

Descarrega com até 35A. Alguns anúncios lhe atribuem de forma crível 5500 mAh, na capacidade.

albert_emule · 20 de maio de 2023

Em 14/05/2023 às 16:16, Pincipi disse:

Isso seria sensacional! Nenhum filme de ficção científica que eu conheça abordou este assunto.

Existe uma grande diferença tecnológica nas baterias de automóveis comuns, de start stop, de submarinos, de sistemas solares e de veículos elétricos.

Os veículos elétricos tem o tal de ciclo de descarga profundo e a forte demanda do publico interessado por cargas cada vez mais rápidas.

O carro beira seus 800/900 Volts.

A moto seus 70/80 Volts.

O patinete seus 36/48 Volts.

Atualmente não tem como o módulo de um determinado VE ser usado em outra finalidade, a única coisa que existe comercialmente é a transferência da carga elétrica de um sistema para outro.

Módulos de moto elétrica], daqueles que são fáceis de colocar e retirar como se fossem pilhas de rádio, com alguma adaptação poderia sim serrem usados em sistema OFF-GRID e na moto.

É que existem inversores para essas tensões de 70/80 que transformam para 127/220

Pincipi · 20 de maio de 2023

Então, tenho uma moto elétrica Shineray SHE-S que usa módulo ou pac de bateria parecida com a da foto, de 72V e 35Ah, a bateria sai da moto e levo para casa onde tenho a tomada elétrica para dar a carga com o carregador.

Neste meu caso específico só encontrei módulo de 12V para 127/220V, na prática o sistema solar armazena em baterias de 12V, estas baterias não podem ser usadas na moto por causa do ciclo profundo e da diferença de tensão mas, o módulo pode converter os 12V para os 127/220V e o carregador transforma em 86V para dar carga na bateria da moto, já a bateria da moto não existe ainda como plugar ela direto no sistema solar, tipo ficar no lugar da bateria de 12V, tem toda uma série de empecilhos por conta da BMS da bateria.

alexandre.mbm · 20 de maio de 2023

1 hora atrás, Pincipi disse:

baterias de 12V [automotivas de chumbo-ácido, pesadas], estas baterias não podem ser usadas na moto por causa do ciclo profundo

Descarga profunda não tem a ver com a tensão comercial nominal, e sim com o tipo de célula. Baterias de chumbo-ácido não são resilientes a descargas profundas, apesar de poderem fornecer alta corrente.

Chamamos de "12V" o que é algo maior, quando completamente carregado, seja de chumbo, LiOn, LiPo ou LiFePO. São packs de células com faixas (somas) de tensão diferentes.

Já existe sistema off-grid sem ser chumbo-ácido.

@Pincipi,

Este vídeo menciona que pode-se usar um controlador de carga MPPT para LiFePO4 ou, "com muito cuidado", um BMS após um controlador de carga PWM, que é chamado vulgarmente de "carregador". Por outro lado, vi anúncio de controlador de carga "básico", com ampla faixa de tensão, sendo proposto para "aplicação em todos os tipos de bateria".

A Unipower fabrica baterias de Lítio 12/24/48 V que certamente embutem uma placa BMS. Vi do tipo, "12V" comerciais, para partida de moto a combustão.

Referência¹ de motorização elétrica:

– Bicicletas elétricas com 250W

– Patinetes motorizados com 350W

– Motos e scooters elétricas com valores variando entre 1500W, 2000W, 3000W e 4500W

1 – Fonte: Ekkogreen

Andreas Karl · 23 de maio de 2023

Em 14/05/2023 às 15:44, alexandre.mbm disse:

Digamos que você não queira propriamente um caríssimo sistema híbrido ou off-grid para alimentar a casa, deseje apenas um nobreak mais robusto, modular, para um escritório ou quarto de homecare. Na ocasião de uma nova relevante saída com a sua moto elétrica, você simplesmente iria no banco de baterias da casa e colheria o módulo que tivesse a carga mais completa.

Bom, talvez não exista um sistema exatamente nesse “molde”, já que pode ser considerado uma configuração muito específica. Mas

Em 20/05/2023 às 14:36, albert_emule disse:

Módulos de moto elétrica], daqueles que são fáceis de colocar e retirar como se fossem pilhas de rádio, com alguma adaptação poderia sim serrem usados em sistema OFF-GRID e na moto.

A transferência de um sistema para outro pode ser viável graças a popularização cada vez maior da tecnologia e dos módulos step up e step down que já chegam a uma eficiência de 90%. Além de converterem tensão DC para DC estabilizada eles podem ser configurados para fornecerem não tensão mas corrente constante e estabilizada. Um exemplo são os CIs utilizados nas lâmpadas de Led: na entrada delas temos uma ponte retificadora e um capacitor de filtragem que converte a corrente alternada da rede em contínua. Depois um CI desses com o seu devido indutor fornece para o conjunto de LEDs (que sabemos, são quase sempre ligados em série uns com os outros) uma corrente estabilizada e não uma tensão estabilizada. Tanto que ao queimar um dos LEDs ele pode ser eliminado e substituído por um curto, e a tensão total vai cair o suficiente para que os LEDs remanescentes continuem recebendo a mesma corrente de antes. E corrente constante é o que baterias “gostam” para serem recarregadas.

O princípio é simples, conversores DC-DC PWM para tensão sabemos que são estabilizados através de uma realimentação que lê a tensão de saída. Os com a saída em corrente leem a tensão num shunt de baixo valor ôhmico em série com a carga.

Basicamente você investiria numa quantidade ao seu alcance de placas solares. Depois pelo menos uma bateria que chamaríamos de “mestre” adequada à configuração das placas com seu controlador de carga. E finalmente pelo menos duas (ou mais) baterias para sua moto elétrica, bike, patinete etc. que vamos chamar de “auxiliares”. Aí entrariam em ação os conversores DC DC para carregá-las. Em caso de necessidade, usando outro conversor DC-DC ou o mesmo usado para a carga reconfigurado, a carga das baterias auxiliares poderia ser usada para alimentar o sistema principal.

Talvez também seja possível baratear mais o sistema utilizando as baterias de moto como bateria "mestre". É tudo uma questão de calcular os watts que o escritório ou homecare demanda e os watts hora necessários para a autonomia desejada para saber se é viável ou não.

Em tempo:

As células/painéis solares tem uma característica importante que é uma tensão e uma corrente onde a transferência de potência é maximizada, ou seja, onde a potência que é produto da tensão pela corrente fornecidas pelo painel alcança o valor máximo. Escolher os paineis certos e ligá-los em série ou paralelo para que essa tensão de maxima transferência de potência esteja próxima da tensão de carga completa do sistema de baterias pode ajudar a baratear o custo do sistema total.

Pincipi · 24 de maio de 2023

Hoje eu conversei com um professor de engenharia e não deu para falar sobre a ideia do tópico mas, ele imagina ou prevê para o futuro dois principais modelos de consumo:

A pessoa tem o seu sistema solar com baterias próprias e faz a recarga da bateria de seus veículos elétricos, isso no meio rural, ele foi bem específico no detalhe de transferir a energia de uma bateria para outra através de inversor.

No outro cenário, o urbano, a pessoa vai a um posto de energia deixa a bateria descarregada e pega uma carregada no lugar, estilo bujão de gás, aqui ele foi bem específico que quando o custo do elétrico for 20% mais caro que o custo do combustão, os postos de combustíveis vão passar a se chamar postos de energia.

Renato.88 · 24 de maio de 2023

44 minutos atrás, Pincipi disse:

a pessoa vai a um posto de energia deixa a bateria descarregada e pega uma carregada no lugar, estilo bujão de gás

Na onde eu trabalho tem veículos industriais elétricos (rebocadores e empilhadeiras), já usam esse sistema há mais de 15 anos, mesmo que as baterias são de chumbo. No caso se retira e coloca a bateria com uma talha.

O problema é que os carros elétricos atuais não têm a bateria em local de fácil acesso. O mais correto pra isso funcionar seria lá na frente embaixo do capô. Enquanto que os motores deveriam ficar nas rodas traseiras para dividir o peso, já a "parafernália" eletrônica embaixo do banco traseiro (local atual onde fica o tanque de gasolina).

alexandre.mbm · 24 de maio de 2023

18 horas atrás, Pincipi disse:

ele foi bem específico no detalhe de transferir a energia de uma bateria para outra através de inversor

Esquisito. Perde-se energia.

18 horas atrás, Pincipi disse:

estilo bujão de gás

Só que com uma depreciação enorme.

17 horas atrás, Renato.88 disse:

os carros elétricos atuais não têm a bateria em local de fácil acesso

A indústria está preocupada com segurança. O mercado consumidor está investigando a eficiência energética. O mercado investidor está especulando.

Andreas Karl · 25 de maio de 2023

19 horas atrás, Renato.88 disse:

O problema é que os carros elétricos atuais não têm a bateria em local de fácil acesso. O mais correto pra isso funcionar seria lá na frente embaixo do capô.

Pelo peso total meio alto dos carros elétricos e levando em conta que os motores e a transmissão deles são bem mais simples e leves do que os de um carro a combustão imagino que a bateria deles deva pesar centenas de quilos. Li que elas são instaladas na parte mais baixa do carro para abaixar o centro de gravidade o que deve ajudar na estabilidade. Claro que instalar a bateria embaixo do capô facilitaria a troca. Mas de qualquer forma pelo peso não parece ser algo que possa ser feito pelo usuário final. Já que será preciso equipamento para fazer a troca pode ser que quando a frota for maior venha a ser desenvolvido algum sistema que faça ou pelo menos facilite a troca por baixo do veículo. Você que entende de mecânica o que acha sobre isso?

Andreas Karl · 25 de maio de 2023

1 hora atrás, alexandre.mbm disse:

20 horas atrás, Pincipi disse:

ele foi bem específico no detalhe de transferir a energia de uma bateria para outra através de inversor

Esquisito. Perde-se energia.

Já que é pra usar um inversor é melhor conectar o inversor principal do sistema direto na bateria do que transferir a carga dela. Os inversores modernos tem duas partes: um conversor DC-DC para elevar a tensão e uma ponte H com mosfets para converter o DC em AC. Os mais simples usam uma onda quadrada de 50/60 Hz pra controlar a ponte H e os senoidais uma onda quadrada de alta frequência modulada por uma onda senoidal de 50/60Hz em PWM e um filtro para eliminar a alta frequência, é similar a um amplificador classe D. O conversor DC-DC da entrada pode ser projetado para compensar uma gama de tensões de diferentes baterias ou até ter uma chave automática/ relê para mudar a ligação do indutor/ transformador chopper para uma outra faixa de tensões.

1 hora atrás, alexandre.mbm disse:

20 horas atrás, Pincipi disse:

estilo bujão de gás

Só que com uma depreciação enorme.

Um bujão de gás ou está razoavelmente intacto ou corroído demais para ser seguro contra vazamentos. Mas baterias tem diversos níveis de desgaste ou perda da capacidade de carga. Não é impossível agregar um circuito que monitore essa capacidade. Mas vai ser a prova de fraudes?

O custo da depreciação da bateria eventualmente pode ser embutido no custo da troca por uma carregada. Resta saber qual a porcentagem do custo da energia em si vai ser.

Como curiosidade vi há alguns meses em um dos canais culturais uma reportagem sobre um empresário que copiou um modelo da China para criar uma franquia de "aluguel" de power banks para celulares. Você retira um carregado em uma das lojas e pode entregar em outra da franquia.

alexandre.mbm · 25 de maio de 2023

As baterias de lítio são bem mais leves do que as baterias de chumbo. Os riscos de segurança oferecidos por um e outro tipo não são os mesmos. Elas não se comportam da mesma forma frente a choques mecânicos, nem frente a falhas elétricas em consumo ou carregamento.

Renato.88 · 25 de maio de 2023

1 hora atrás, Andreas Karl disse:

Pelo peso total meio alto dos carros elétricos e levando em conta que os motores e a transmissão deles são bem mais simples e leves do que os de um carro a combustão imagino que a bateria deles deva pesar centenas de quilos. Li que elas são instaladas na parte mais baixa do carro para abaixar o centro de gravidade o que deve ajudar na estabilidade. Claro que instalar a bateria embaixo do capô facilitaria a troca. Mas de qualquer forma pelo peso não parece ser algo que possa ser feito pelo usuário final. Já que será preciso equipamento para fazer a troca pode ser que quando a frota for maior venha a ser desenvolvido algum sistema que faça ou pelo menos facilite a troca por baixo do veículo. Você que entende de mecânica o que acha sobre isso?

Um motor a combustão, caixa de câmbio e os eixos são bem pesados também.

No caso, penso em algo futuro. As baterias de lítio não parecem ser tão pesadas assim, afinal este é o metal mais leve que se tem por aqui.

A ideia consiste em: você pode carregar a bateria na sua casa ou em um comércio onde o carro vai ficar parado por um tempo.

Mas também pode trocar a bateria por outra em uma estrada para viagem longa. Isso deve ser feito com um equipamento apropriado pelo frentista do "posto de energia". Assim se paga apenas pelo serviço de troca e a carga.

alexandre.mbm · 25 de maio de 2023

2 minutos atrás, Renato.88 disse:

Isso deve ser feito com um equipamento apropriado pelo frentista do "posto de energia".

Na ideia de que a bateria é um bloco lógico único e fisicamente pesado. Eu estava cogitando que poderia ser modular. Os módulos iriam se consumindo em fila.

Renato.88 · 25 de maio de 2023

4 horas atrás, alexandre.mbm disse:

Na ideia de que a bateria é um bloco lógico único e fisicamente pesado. Eu estava cogitando que poderia ser modular. Os módulos iriam se consumindo em fila.

Atualmente existem carros assim, embora é como eu disse antes: a bateria é de difícil acesso.

E só para se ter uma ideia, uma bateria de chumbo-ácido, usada nas máquinas industriais que citei antes pesa cerca de 250kg para as empilhadeiras (que serve de contra peso). Um motor a gasolina tem esse peso ou até mais dependendo do porte do carro.

As baterias de lítio se evoluírem podem ser mais leves que isso e apresentar a mesma capacidade de carga ou terem o mesmo peso e suportarem mais carga, vai depender do uso.