Olá! Seja bem-vindo! Este é o quarto blog sobre Mobilidade Elétrica e, neste artigo, iremos compreender os fatores que afetam o Tempo de Carregamento do banco de baterias um Veículo Elétrico. O Tempo de Carregamento é uma variável importante para o usuário de Veículo Elétrico, pois, é com base nesta variável que o usuário toma decisões de quando e onde irá reabastecer as baterias a, até mesmo, na hora de adquirir o modelo do seu Veículo Elétrico.

Mas o que é o Tempo de Carregamento?

O “Tempo de Carregamento” em um Veículo Elétrico refere-se ao período necessário para recarregar o banco de baterias do veículo desde um nível de descarga até um nível desejado de carga. Esse tempo pode variar dependendo de vários fatores, incluindo o nível de carregamento utilizado, a potência do carregador, a capacidade da bateria, a percentagem de carga da bateria no momento do carregamento se iniciar e, finalmente, a potência máxima aceita pelo veículo elétrico.

O Tempo de Carregamento pode variar de algumas horas em carregadores domésticos de baixa potência a cerca de 30 minutos ou menos em estações de carregamento rápido de alta potência. O avanço da tecnologia de baterias e infraestrutura de carregamento tem contribuído para a redução significativa do Tempo de Carregamento, tornando os veículos elétricos mais práticos e convenientes para os usuários.

Vamos analisar cada um dos fatores mencionados, começando pelos diferentes Níveis de Carregamento.

Fator 1: Nível de Carregamento

Os carregadores para veículos elétricos são geralmente classificados em três níveis, cada um com características específicas em termos de potência e tempo de carregamento:

• Nível 1 – Carregadores Muito Lentos:
• Potência: Geralmente em torno de 1.4 kW a 3.7kW
• Tipo de Carregador: tipo AC
• Tempo de Carregamento: Mais longo em comparação com carregadores de níveis superiores. Pode levar várias horas para recarregar completamente uma bateria, tornando-o mais adequado para carregamento durante a noite em casa.
• Nível 2 – Carregadores Lentos:
• Potência: Entre 7.4 kW a 22 kW.
• Tipo de Carregador: tipo AC
• Tempo de Carregamento: Significativamente mais rápido do que o Nível 1. O tempo de carregamento pode variar de algumas horas a várias horas, dependendo da capacidade da bateria e da potência do carregador.
• Nível 3 – Carregadores Rápidos:
• Potência: Geralmente superior a 50 kW, mas encontram-se modelos com 25kW, podendo chegar a centenas de kW.
• Tipo de Carregador: tipo DC
• Tempo de Carregamento: O mais rápido dos três níveis. Pode fornecer uma carga significativa em 30 minutos ou menos, tornando-o adequado para recargas rápidas em viagens de longa distância.

Fator 2: Potência do Carregador

A Potência do Carregador é um fator crítico que afeta diretamente o Tempo de Carregamento de um Veículo Elétrico. A potência é a taxa na qual a energia é transferida para a bateria durante o processo de carregamento e é medida em Watts. Tipicamente, carregadores para Veículos Elétricos trabalham com a unidade de kilowatt (kW) que é equivalente a 1000 Watts. Quanto maior a potência do carregador, mais rapidamente a bateria pode ser recarregada.

Fator 3: Capacidade da Bateria

A capacidade da bateria em veículos elétricos é a quantidade total de energia que a bateria pode armazenar. Essa capacidade é medida em unidades de energia, geralmente em kilowatt-horas (kWh). Quanto maior a capacidade da bateria, mais energia ela pode armazenar, o que, por sua vez, permite que o veículo percorra uma maior distância com uma única carga.

Portanto, se a capacidade da bateria for maior, mais energia precisa ser transferida para atingir uma carga completa. Se o carregador tiver uma potência constante, um aumento na capacidade da bateria resultará em um aumento proporcional no tempo de carregamento. Dessa forma, o Tempo de Carregamento é influenciado pela relação entre a Potência do Carregador e a Capacidade da Bateria.

A relação entre Tempo de Carregamento, Capacidade da Bateria e Potência do Carregador pode ser expressa pela fórmula:

TEMPO DE CARREGAMENTO = (CAPACIDADE DA BATERIA) / (POTÊNCIA DO CARREGADOR)

Por exemplo:

• Temos um Veículo Elétrico da marca Nissan, modelo Leaf.
  • Capacidade de Bateria = 40kWh
  • Potência do Carregador = 3.7kW
  • Tempo de Carregamento = 40kWh / 3.7kW = 11hs

Essa fórmula mostra que, para uma capacidade de bateria fixa, um carregador de maior potência resultará em um tempo de carregamento menor. Portanto, carregadores de nível mais alto, como os de Nível 2 e Nível 3, tendem a reduzir significativamente o tempo de carregamento em comparação com carregadores de Nível 1, proporcionando maior conveniência, especialmente em viagens mais longas.

No entanto, veremos que o Tempo de Carregamento não é uma função linear, como a fórmula mostrada acima, além de existirem outras restrições. A seguir, explicaremos com mais detalhes, através dos dois próximos fatores.

Fator 4: Percentagem de Carga da Bateria

A Percentagem de Carga da Bateria no momento do carregamento se iniciar também influencia no Tempo de Carregamento.

O Tempo de Carregamento é geralmente mais rápido quando a bateria está em níveis mais baixos de carga, como próximo de 20%, e torna-se mais lento à medida que se aproxima de sua capacidade máxima, como próximo de 80% ou 90%.

Essa estratégia é implementada por razões de eficiência, segurança e preservação da vida útil da bateria. Alguns motivos para essa abordagem incluem:

• Eficiência de Carga:

As baterias normalmente aceitam carga mais rapidamente quando estão em níveis mais baixos de carga. Isso ocorre porque os processos químicos envolvidos na carga são mais eficientes quando a bateria está em um estado de descarga mais profundo.

• Proteção da Bateria:

O processo de carga gera calor, e o superaquecimento pode ser prejudicial para as baterias. Limitar a taxa de carga à medida que a bateria se aproxima de sua capacidade máxima ajuda a evitar o superaquecimento e a proteger a integridade da bateria.

• Prolongamento da Vida Útil:

Carregar a bateria rapidamente ou em altas taxas constantes pode contribuir para o desgaste e reduzir a vida útil da bateria. Limitar a taxa de carga à medida que a bateria se enche ajuda a preservar a integridade a longo prazo da bateria.

Portanto, essa estratégia de carga gradual, conhecida como “curva de carga”, é uma prática comum nos veículos elétricos para otimizar o desempenho da bateria e garantir uma carga segura e eficiente ao longo do tempo.

A fórmula que foi mencionada, anteriormente:

TEMPO DE CARREGAMENTO = (CAPACIDADE DA BATERIA) / (POTÊNCIA DO CARREGADOR)

​

Na realidade, é uma simplificação e assume uma relação linear entre a Capacidade da Bateria, a Potência do Carregador e o Tempo de Carregamento. Essa simplificação é válida em muitos casos, especialmente em situações onde o estado de carga da bateria não é um fator crítico.

No entanto, em situações do mundo real, a relação entre Tempo de Carregamento, Capacidade da Bateria e Potência do Carregador pode ser mais complexa, especialmente à medida que a bateria se aproxima de sua capacidade máxima. Muitos sistemas de gerenciamento de bateria e algoritmos de carregamento rápido podem ajustar a taxa de carregamento à medida que a bateria se enche para otimizar a eficiência e preservar a vida útil da bateria.

Além disso, é comum que a curva de carga de uma bateria não seja linear. As baterias geralmente têm uma fase de carga mais rápida no início, seguida por uma fase em que a taxa de carga diminui à medida que a bateria se aproxima da capacidade total. Essa é uma razão pela qual, em muitas situações, a última porcentagem de carga (por exemplo, de 80% a 100%) pode levar mais tempo do que o esperado com base em uma relação linear.

Nas curvas de carga de bateria de três veículos, da figura acima, podemos verificar que:

• Hyundai Kona permite receber uma potência máxima de 75kW, quando estiver abaixo dos 20% de nível de carga de bateria. A partir de 40%, a potência começa a diminuir lentamente em patamares de potência até próximo de 80% quando se estabiliza por volta de 25kW.
• Chevrolet Bolt permite receber uma potência máxima de 50kW, quando estiver abaixo dos 20% de nível de carga de bateria. A partir de 50%, a potência começa a diminuir lentamente em dois patamares de potência, um de 35kW e outro de 25kW até próximo de 90% quando se estabiliza por volta de 12kW.
• Hyndai Ioniq tem um comportamento totalmente diferente. Praticamente recebe uma potência constante de cerca de 70kW até próximo de 80% e, depois, despenca rapidamente até próximo de 90% quando se estabiliza por volta de 25kW.

Portanto, ao considerar o Tempo de Carregamento de um banco de baterias de um Veículo Elétrico, é importante levar em conta os algoritmos específicos de carregamento e o comportamento da bateria para uma precisão mais detalhada. Em muitos casos, os fabricantes de veículos elétricos implementam estratégias de carregamento específicas para otimizar o Tempo de Carregamento e preservar a saúde da bateria.

Fator 5: Potência Máxima aceita pelo Veículo Elétrico

No fator 2, vimos que quanto maior a potência do carregador, mais rapidamente a bateria pode ser recarregada. Mas aí tem uma “pegadinha”. O correto seria, “quanto maior a potência do carregador, limitado pela máxima potência aceita pelo Veículo Elétrico, mais rapidamente a bateria pode ser recarregada”. Ou seja, não é possível despejar potência indefinidamente no Veículo Elétrico. Na verdade, é o Veículo que dita ao carregador a potência que ele pode acomodar na sua bateria, e não o contrário! A potência máxima aceita por um veículo pode variar conforme o modelo do veículo eléctrico. Em termos práticos, isto significa que um veículo cuja bateria aceita uma potência máxima de 50 kW, e que é ligado num carregador que pode fornecer 150 kW, pode aceitar uma potência de apenas 50 kW.

NÃO PERCAM!

Finalizando este quarto blog desta série, vimos que o Tempo de Carregamento do banco de baterias de um Veículo Elétrico é influenciado por vários fatores e que não é uma função linear. No próximo blog, iremos detalhar mais um pouco o Fator 5: “Potência Máxima aceita pelo Veículo Elétrico” e como ele influencia o Tempo de Carregamento de um Veículo Elétrico.

Até breve!