EVOLUÇÃO DOS ACUMULADORES DE ENERGIA APLICADOS EM VEÍCULOS ELÉTRICOS LEVES

Mateus Alves Angelo

Pós-graduação em Energia

Economia da Energia 2013.3 - Santo André - SP

Justificativa

• Significativa participação do setor de transporte na demanda energética

• Crescimento da quantidade de automóveis na frota brasileira

• Consumo energético de petróleo e seus derivados

• Importação de combustíveis (deficit no refino)

• Emissões de poluentes

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Oferta interna de energia Fonte % Renovabilidade

Petróleo e derivados 39,2 Não-renovável

Biomassa da cana 15,4 Renovável

Hidráulica e eletricidade 13,8 Renovável

Gás natural 11,5 Não renovável

Lenha 9,1 Renovável

Carvão 5,4 Não renovável

Lixívia e outras renováveis 4,1 Renovável

Urânio 1,5 Não renovável

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Consumo final por setor

Setor % 103 TEP

Indústria 35,1 88.966

Transportes 31,3 79.308

Residencial 9,4 23.761

Setor Energético 9,0 22.888

Serviços 4,5 11.459

Agropecuária 4,1 10.308

4

Fonte: BEN, 2013

Crescimento setorial

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Produção de veículos leves em 2012 foi de 3,8 milhões (Δ +4,6%)

Fonte: BEN, 2013

Importação de gasolina (11,9%) diesel (15,5%)

Emissões energética brasileira (MtCO2eq)

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Fonte: BEN, 2013 Apolo11.com

Objetivos

• Demonstrar os tipos de tecnologias existentes aplicadas a tração de veículos elétricos

• Elaborar um levantamento de preços de acumuladores, associada a durabilidade, capacidade e eficiência

• Construir uma classificação hierárquica dos melhores acumuladores encontrados na pesquisa.

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Histórico

8 Gurgel Itaipu – 1974 Fonte: QUATRO RODAS, 2007

Lohner Porshe Chaise de 1899 Fonte: VIEIRA, 2010

Porche Lohner Mixte 1900. (Híbrido). VIEIRA, 2010

Características principais das baterias

• Capacidade: expressa em ampére-hora (Ah). Corrente que a bateria é capaz de fornecer durante uma hora de funcionamento a 25°C

• Tempo de descarga: Duração típica do processo de descarga da bateria

• Energia específica: Quantidade total de energia que uma bateria pode fornecer por unidade de massa para uma dada taxa de descarga (W/kg)

• Densidade energética: Quantidade de energia que uma bateria é capaz de fornecer por unidade de volume (W/litro)

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Características principais das baterias (Cont.)

• Ciclos de vida útil: Número de vezes que uma bateria pode ser carregada e descarregada até que a sua capacidade de carga não ultrapasse de 80% da carga nominal

• Taxa de auto-descarga: Carga perdida pela bateria quando não está em funcionamento (em %)

• Profundidade de descarga: DOD (Depth of Discharge) e refere-se à quantidade de carga retirada da bateria num ciclo típico de funcionamento (em % da capacidade nominal)

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Avaliação da quantidade de ciclos – vida útil

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Fonte: DHAMEJA, 2002

Materiais principais de baterias comerciais

1 - Chumbo-ácido ventiladas – VLA. Caracterizada pelo eletrólito estar em estado líquido e em solução aquosa. O nível de água deve ser reposto constantemente, pois ocorre a decomposição pela eletrólise e consequente liberação de hidrogênio e oxigênio. Não permite ser tombada ou inclinada.

2 - Chumbo-ácido reguladas por válvulas – VLRA. Também conhecida

como ‘selada’. Possui uma válvula que mantém uma pressão residual no interior da bateria, reduzindo a liberação de gases e redução do nível de água. Dessa forma, não há necessidade de manutenção, pois os gases se recombinam, voltando ao estado líquido. Podem ainda possuir separador de microfibras de vidro (AGM) ou ter o eletrólito misturado com sílica, transformando o eletrólito em gel.

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Materiais principais de baterias comerciais (Cont.)

3 - Níquel-cádmio - Ni-Cd. Possui basicamente um ânodo de hidróxido de níquel, um cátodo de cádmio e um eletrólito alcalino, geralmente hidróxido de potássio. Resitem melhor a variações de temperatura e carga. Todavia, são mais caras e possuem a desvantagem de apresentarem ‘efeito memória’, efeito que diminui abruptamente a carga. São seladas.

4 - Baterias níquel-hidretos metálicos – NiMH. São semelhantes às Ni-Cd, com a diferença dos materiais que constituem o cátodo (liga de elementos metálicos) que permite eliminar efeito de memória.

5 - Íons de lítio - Li-ion. Constituída por um cátodo de lítio, um ânodo de carbono poroso e um eletrólito composto por sais de lítio num solvente orgânico, sendo a solução não aquosa. Apresentam como vantagens, ser leve e ter uma elevada vida útil. Permitem recargas com altas correntes, assim como as Ni-Cd, além de suportam uma grande amplitude de temperaturas de funcionamento. Tem menor eficiência e preço elevado.

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Reação eletroquímica

• Recarga:

Ânodo

Cátodo

• Descarga:

Ânodo

Cátodo

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Avaliação comparativa entre diferentes materiais

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Fonte: BCG, 2010

Variáveis que influenciam a eficiência e desempenho das baterias

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Preço da bateria – Li-Ion

componentes da célula 29%

manufatura 16%

eletrônica 22% pack

2%

garantia 1%

lucro bruto 30%

Preço da Bateria

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Fonte: CIL, 2012

Cenário Atual – Li-ion

Característica Valor

Densidade Energética 120 Wh/kg

Densidade Volumétrica 300 W/litro

Custo 750 $/kWh

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Fonte: CIL, 2012

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

2010 2012 2015 2020 2030 >2030

Densidade [Wh/kg]

Volume [Wh/l]

Custo [$/kWh]

Evolução da densidade energética

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Fonte: NISSAN, 2013

Célula laminada, módulo de bateria e pack (Nissan Leaf)

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Fonte: NISSAN, 2007

Conclusão

• Há espaço para desenvolvimento da tecnologia

• Patentes nacionais em tecnologias de baterias são bem-vindas

• Haverá melhora na viabilidade dos preços das baterias para EV em médio prazo

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“ O que levou ao fim da Idade da Pedra não foi a falta de pedras”

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Referências • BCG. The Boston Colsunting Group. Batteries for Eletric

Cars.Challenges, Opportunities, and the Outlook to 2020, 2010 • CIL. Centro de Innovación del Litio. Centro de Energía U. de Chile,

2012. • DHAMEJA, S. Electric vehicle battery systems, 2002 • EPE. Empresa de Pesquisa Energética (Brasil). Síntese do Relatório

Final do Balanço Energético Nacional 2013: Ano base 2012. Rio de Janeiro, 2013

• Gurgel Itaipu. 2007. Disponível em: <quatrorodas.abril.com.br/classicos/brasileiros/conteudo_229224.shtml>

• NISSAN. Nissan Motors Company. Electric Vehicle Lithium-ion Battery. Disponível em: <www.nissan-global.com>

• VIEIRA, J.L. A História do Automóvel: da pré-história a 1908. V.1 2010.

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Muito Obrigado

pela atenção.

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Vídeo

Xperience Efficiency 2013 - Schneider

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9º Salão Latino-americano de VE, Componentes e Novas Tecnologia 2013

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Perspectivas para a mobilidade elétrica no Brasil (EDP – USP) 2013

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Onibus elétrico SP - Teste – 2013 Eletra

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Paulista Rádio Táxi

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