Estudo e implementação de uma estratégia de balanceamento dissipativo para baterias de íons de lítio

Abstract

As baterias de íons de lítio (LIBs) têm assumido papel fundamental na transição energé tica global, especialmente por integrarem sistemas de armazenamento de energia (SAEs) de grande escala empregados em aplicações off-grid e em veículos elétricos e híbridos. Nesses sistemas, de centenas a milhares de baterias são associadas para armazenar gran des quantidades de energia. Entretanto, o desequilíbrio de estado de carga (SoC) entre as células associadas é inerente a esse tipo de conexão e resulta na redução da capacidade utilizável, aceleração do envelhecimento das baterias e comprometimento da segurança e eficiência operacional do pack. Este trabalho avalia a eficácia de uma estratégia de equalização dissipativa baseada em resistores de derivação comutados, aplicada ao balan ceamento das LIBs associadas em série, com o objetivo de reduzir a dispersão de SoC entre as células. A metodologia foi desenvolvida em três etapas progressivas: (i) simula ção computacional no MATLAB/Simulink; (ii) implementação experimental em bancada no modo Software-in-the-Loop (SIL) utilizando o Simulink Desktop Real-Time; e (iii) implementação final em sistema embarcado, com a lógica de controle programada no mi crocontrolador TMS570LS12x e integrada ao circuito de monitoramento BQ79616-Q1, aplicado a um pack 6S1P com células NCA-21700. Os resultados obtidos nas duas primei ras etapas demonstraram que, mesmo sob desbalanceamento moderado (diferença inicial de 20% em SoC), a capacidade utilizável do sistema pode ser reduzida em até 36,4%. Com a ativação do Sistema de Equalização de Cargas (SEC) proposto, foi possível recuperar aproximadamente 55,3% da autonomia do sistema após o balanceamento e a recarga das células, evidenciando a restauração do equilíbrio entre as células do pack de baterias. Na implementação embarcada, o SEC mostrou-se eficaz na redução da dispersão de SoC em três diferentes cenários de teste, alcançando valores finais de diferença máxima de 1,515% e desvio padrão de 0,36%. Os resultados obtidos validam a eficácia da estratégia dissipa tiva proposta na equalização de células de baterias de íons de lítio associadas em série, contribuindo diretamente para o aumento da autonomia, da segurança e da durabilidade dos sistemas de armazenamento de energia.