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Tenho intenção de apresentar uma série de gráficos que tenho feito com os dados adquiridos através da ficha OBD numa conferência internacional, o ioniqforum.com. Vou colocá-los aqui primeiro para peer-review.

O primeiro gráfico mostra a relação entre aquilo que se pensa ser a visão interna do SoC do BMS e o SoC que aparece no mostrador do carro. Já vi escrito que o IONIQ apenas usa 90% do SoC e teria assim não uma bateria de 28kWh mas sim uma de 30,5kWh. Também se diz que existe uma capacidade de reserva para esconder a degradação da bateria nos primeiros tempos.

Esta relação parece indicar sim que usamos o SoC desde o 1,5% cá em baixo aos 95%.

Uma das relações mais interessantes é a relação entre a tensão (voltagem) e o SoC.
É uma relação mais ou menos complicada, porque devido ao efeito de resistência interna, a tensão desce quando descarregamos a bateria e sobe quando carregamos. Seria interessante então a tensão em circuito aberto, corrente zero, o OCV.

Temos então duas curvas diferentes, uma para um carregamento a 6,6kW (aproximada 0,2C, quase 5 horas) e uma descarga durante 5h (0.2C em média).

Como já estimámos o efeito puramente resistivo da RI, seguirá noutro tópico, podemos descontá-lo, e é o que vemos nas curvas a tracejado.



Porém, a curva de carga e descarga continuam a ser muito diferentes. Existe outro efeito, que é de a tensão subir no carregamento não apenas pelo efeito da corrente instantânea mas um efeito cumulativo, e o efeito inverso na descarga. Este efeito cumulativo resulta naquilo que se chama histerese.

Podemos estimar que a curva que relaciona a tensão com o SoC estaria algures ali no meio, a curva do OCV em repouso.

Podemos ainda observar aqui o chamado joelho da curva de descarga. Um ponto a partir do qual a tensão se reduz tão rapidamente com a descarga que se exigem correntes cada vez maiores para obter a mesma potência, resultando numa descarga ainda mais acelerada.

Deixando os porquês desta histerese, porque eu não estou habilitado nem a ouvir falar de química, deixo a pergunta: esta histerese é o mesmo que o componente reactivo da resistência interna?

Outro gráfico interessante para quem não conhece o carro, é assinalar os pontos que fazem com que o carro não seja todo igual ao longo do SoC.



Em primeiro lugar, os avisos de bateria baixa. O primeiro é na descida de 13,5% para 13,0%. O segundo é o modo tartaruga, na queda de 5,5% para 5%, que limita brutalmente a resposta do acelerador (em cruise control, a condução não é afectada). E o terceiro é dos 3,5% para 3%, quando desaparece a indicação de autonomia (que estaria nos 4-6km) e é substituída por 3 tracinhos assustadores.

Quando o SoC é baixo, a tensão é baixa, e para obter a mesma potência teríamos de usar correntes cada vez maiores. Porque essas correntes ultrapassariam algum limite (demasiada corrente a sair da bateria), porque provocariam uma queda de tensão pela RI mais acentuada ultrapassando algum limite (tensão na bateria demasiado baixa), a potência disponível não pode ser a mesma do carro a 100%.

Vemos então que o BMS corta a potência disponível a partir dos 14,5%, sendo esse corte mais pronunciado para baixo dos 8,5% e mais ainda dos 3%.

Pelas razões opostas, tensão na bateria demasiado alta, etc, o carro é também obrigado a cortar a potência da regeneração dos 94,5% do SoC para cima.

Outro ponto interessante também é os 3,92V por célula. Este ponto é referido por vezes como o ponto óptimo para o carregamento, uma vez que a vida da bateria aumenta muito quanto menos tempo permanece carregada, porém se não usarmos a carga toda, temos de a carregar mais vezes, o que também diminui a vida. Parece que este número 3,92V vem de estudos da NASA. Limito-me a citar o batteryuniversity.com. Então vemos que este ponto, 3,92V corresponde aos 80% do SoC em repouso. O facto de corresponder a 72% na curva de carga não é importante, porque após a carga a tensão vai descer.

Excelente trabalho.
Estou a gostar.
Obrigado pela partilha.

E a histerese? É a componente capacitiva da RI?

Sobre a histerese, ela tem 2 componentes. Um é a resistência interna ao impulso que já foi calculada. A outra deve ter a ver com as reações químicas que com a carga/descarga contínua precisam de um empurrão extra (mais tensão) para continuar ao mesmo ritmo. No entanto, se não estiver a pensar mal, a histerese que vemos nos gráficos constitui perdas efectivas de energia sobre a forma de calor, pois se entram x kW.h e saem 95% de x kW.h, por exemplo, o restante tem de ser dissipado sobre a forma de calor.

Curioso como ele corta a potência logo desde o aviso de bateria baixa. No Leaf isso só acontece muito perto do fim, lembro-me que no meu Leaf quando novo a potência máxima era mantida até a tartaruga. No Leaf 2 40 pelo menos até aparecerem os 3 tracinhos no SOC a potência máxima (120kW da bateria) estava disponível.

Pois, o Ioniq não tem reserva. Não vou levá-lo aos 0% mas pelo que se vê, ao atingir os 0% já pouco falta para o carro parar. Então essas coisas são antes... e a ordem dos avisos é diferente...

Quando se faz aquela aproximação, modelo de Randles, aquilo já resulta em histerese, não é? Talvez se pudesse medir esta segunda resistência e condensador pelo tempo de subida da tensão. As minhas várias curvas de carga normal sobrepõem-se muito bem, excepto que no ponto inicial se vê a subida desde a tensão em repouso até à tensão a carregar. Dá para tirar este tempo.

EDIT: Eu demoro um bocado a raciocinar com condensadores. Não sou electrotécnico. Tive teoria dos circuitos, mas quem não usa na prática...

Eu acho que não dá para modelar o comportamente de uma bateria com componentes lineares, pois há processos químicos complexos muito dependentes da temperatura, SOC, corrente, etc, de uma maneira não linear.

Linear em que sentido? No sentido técnico ou em linguagem comum? O modelo de Randles, com um condensador, já não é linear.

No sentido que uma onda sinusoidal de entrada no circuito tem como saída uma onda sinusoidal.

Tens aqui um artigo interessante sobre vários modelos equivalentes para Li Ion:

https://pdfs.semanticscholar.org/d617/6 ... 033589.pdf