Enquanto um sistema de gerenciamento de baterias diz respeito ao monitoramento e otimização do desempenho, performance e vida útil de baterias, as hidrelétricas são responsáveis por produzir energia elétrica limpa e renovável, sendo a principal fonte desse tipo de energia no Brasil.
Mas, qual a relação entre esses dois processos? A resposta está no armazenamento da energia gerada e a gestão necessária para distribuir e melhor aproveitar o que é produzido.
Neste artigo, você poderá entender como o gerenciamento de baterias e as hidrelétricas estão conectados. Acompanhe!
O que é gerenciamento de baterias?
Gerenciamento de baterias (ou Battery Management System, no inglês), é um sistema eletrônico que, por meio de um software, é responsável por monitorar, otimizar e gerenciar o desempenho e performance das baterias de íons de lítio.
Assim, o BMS cuida da tensão, corrente, temperatura e estado das cargas de baterias. Um bom exemplo de aplicação é quando ativamos o modo de econômica de energia no celular. Explicaremos mais para frente.
Tratando desses pontos, o sistema evita que a bateria opere fora de sua margem de segurança. Logo, garante a saúde e longevidade do equipamento, além de proteger tanto o dispositivo em que ela está instalada quanto as pessoas que o utilizam.
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No mundo cada vez mais digital em que vivemos, muitos objetos precisam da bateria para funcionar, desde aeronaves e veículos elétricos, até dispositivos portáteis usados em nosso dia a dia, como:
- Smartphones;
Fones de ouvido;
Aparelhos de som;
Utensílios domésticos, entre outros.
Um sistema de gerenciamento de baterias é importante para controlar a carga de uma bateria.
Desse modo, avalia sua taxa de carga máxima e mínima, por exemplo, e interrompe o processo de carregamento ao identificar que a bateria foi completamente carregada, evitando superaquecimento e explosões.
Podemos utilizar como exemplo os telefones celulares que, quando novos, chegam com sua bateria em 100% da carga útil. No entanto, com o tempo de uso, a bateria começa a perder sua vida útil.
Por isso, temos a opção de acionar o modo de economia de energia, a fim de aumentar a duração da bateria.
Ao fazer isso, o próprio aparelho se encarrega de limitar algumas funções para aumentar a durabilidade do uso fora da tomada, otimizando a energia que ainda resta na bateria.
Esse trabalho é feito pelo software de gerenciamento de bateria, e o mesmo princípio utilizado em smartphones pode ser aplicado para outros dispositivos que se utilizam de bateria.
Além disso, o BMS também é fundamental no desenvolvimento de veículos elétricos (VEs), gerenciando a recarga e descarga das células de bateria de maneira eficiente. Desta forma, distribui a energia para maximizar a autonomia do veículo e minimizar o tempo de carregamento.
Nesse contexto, a importância de um sistema de gerenciamento de baterias avançado se torna ainda mais evidente, pois ele não apenas aumenta a segurança e a eficiência, mas também melhora a experiência do usuário e a confiabilidade do veículo.
Para alcançar tal eficácia, os sistemas de gerenciamento de baterias são equipados com algoritmos avançados de estimativa do Estado de Carga (SoC) e Estado de Saúde (SoH) das baterias.
Tais algoritmos permitem uma análise precisa da capacidade restante da bateria e de sua saúde geral, o que é crucial para otimizar o desempenho e prolongar a vida útil da bateria.
Ao identificar antecipadamente possíveis falhas ou degradação da bateria, o BMS pode tomar medidas preventivas, como ajustar a taxa de carga ou recomendar manutenção, assegurando assim a segurança e eficiência.
Ademais, a integração de sistemas de gerenciamento de baterias com tecnologias de comunicação sem fio permite o monitoramento remoto e em tempo real do estado das baterias.
Ou seja, os usuários ou operadores podem receber atualizações sobre o desempenho da bateria e agir rapidamente em caso de qualquer anomalia detectada.
Tal capacidade é especialmente valiosa em aplicações críticas, como em sistemas de backup de energia, onde a confiabilidade é fundamental.
No futuro, espera-se que o desenvolvimento de BMS se torne ainda mais sofisticado, com a implementação de inteligência artificial (IA) e aprendizado de máquina para prever com mais precisão a vida útil da bateria e otimizar seu uso em tempo real.
Isso não só melhorará a experiência do usuário, mas também contribuirá significativamente para a sustentabilidade, ao maximizar o uso de recursos e reduzir o desperdício de baterias.
Gerenciamento de baterias e hidrelétricas: qual é a relação?
As hidrelétricas são aquelas grandes estruturas que vemos construídas em rios. Elas têm o objetivo de produzir energia elétrica a partir do movimento e força das águas.
Por ajudar a diminuir a emissão de gases de efeito estufa e ser um recurso proveniente da água da chuva, é considerada uma fonte de energia limpa, renovável e sustentável.
Hoje, a energia hidrelétrica é a principal fonte de energia utilizada no Brasil.
Como é possível observar, as hidrelétricas são indispensáveis para a produção de energia no Brasil e no mundo.
E, até mesmo por isso, o sistema de gerenciamento de baterias tem se mostrado cada vez mais importante para o desenvolvimento e crescimento dessa fonte de energia.
Isso porque esse sistema de gerenciamento contribui para tornar a energia produzida pelas hidrelétricas sempre disponível, a fim de garantir o fornecimento de eletricidade.
Mesmo nas situações onde esse fornecimento possa ser interrompido, como em possíveis incidentes envolvendo rompimento de cabos, ou em casos de racionamento energético sazonal, entre outras circunstâncias, contar com um sistema de gerenciamento eficiente minimiza os riscos e danos.
Uma vez que parte dessa produção é armazenada em baterias, um sistema que faça a gestão dessas baterias se mostra fundamental.
Assim, o gerenciamento de baterias faz a gestão dos principais KPIs (Indicadores-chave de desempenho, em inglês) de uma bateria, observando indicadores como:
- Armazenamento: qual a carga útil da bateria e quanto ela perde em decorrência do uso;
- Vida útil da bateria: calcula também por quanto tempo ela ainda é utilizável;
- Falhas: avalia e busca possíveis falhas na bateria;
- Carregamento: análises sobre a velocidade de carregamento e descarregamento das baterias;
- Eficiência: mede a eficiência na conversão de energia, tanto na carga quanto na descarga, para maximizar a utilização da energia armazenada;
- Temperatura: monitora a temperatura da bateria para prevenir superaquecimento, que pode levar à degradação rápida ou danos à bateria;
- Equilíbrio entre células: assegura que todas as células da bateria estejam equilibradas em termos de carga, para evitar sobrecarga ou descarga excessiva de células individuais;
- Comunicação: permite a comunicação entre o sistema de gerenciamento de baterias e o operador ou sistema de gestão de energia, para proporcionar atualizações em tempo real sobre o estado da bateria e otimizar o uso de energia.
Em resumo, o gerenciamento avançado permite não apenas uma otimização na distribuição de energia, mas possibilita também a realização de ações preventivas antes que possíveis falhas ocorram, aumentando a segurança e a confiabilidade do fornecimento de energia.
A integração de sistemas de gerenciamento de baterias com hidrelétricas se torna uma estratégia essencial para o desenvolvimento sustentável.
Afinal, contribui para o armazenamento eficiente de energia renovável, permitindo uma resposta mais ágil às flutuações na demanda por energia elétrica.
Como o gerenciamento de baterias complementa o trabalho das hidrelétricas?
Para entender como o gerenciamento de baterias complementa o trabalho das hidrelétricas, é preciso primeiro compreender como funciona o armazenamento de energia.
Na verdade, ele é muito semelhante ao armazenamento de um produto qualquer, guardado em um armário ou armazém, dependendo da quantidade estocada. No caso da energia, essa retenção é feita em baterias, além de outras tecnologias disponíveis.
O armazenamento de energia permite, por exemplo, que um prédio ou condomínio tenha um conjunto de baterias alimentado pela rede elétrica.
Em uma hipotética situação de blecaute, momento onde a energia deixa de ser fornecida pela rede, as baterias carregadas podem distribuir aquela energia armazenada para manter o local em funcionamento.
É um sistema semelhante aos antigos nobreaks, aparelhos usados em ambientes com muitos computadores ligados para fornecer energia de emergência quando a fonte de alimentação ou a rede elétrica falham.
Dessa forma, o nobreak garante um tempo a mais de energia para salvar dados e não prejudicar trabalhos e equipamentos importantes.
Assim, um sistema que faça a gestão dessas baterias se mostra fundamental para complementar o trabalho das hidrelétricas.
Então, com o gerenciamento de baterias, é possível monitorar:
- O estado de carga das baterias;
As interrupções no fornecimento da rede elétrica;
A distribuição das cargas armazenadas.
Simscape Battery e o gerenciamento de baterias
O Simscape Battery é um módulo do Simulink® para desenvolvimento de sistemas de gerenciamento de baterias (BMS).
Nele, é possível modelar baterias usando redes elétricas que espelham um sistema real, além de projetar algoritmos que estimam o estado de carga (SOC) e o estado de saúde (SOH) da bateria.
E não é só isso: o Simscape Battery permite a engenheiros trabalharem – de forma remota e colaborativa – em todas as fases do projeto, inclusive testando o gerenciamento de baterias em diferentes situações operacionais e simulando falhas no sistema.
Dessa forma, você garante maior tranquilidade antes do teste de hardware, que também pode ser feito dentro do ambiente virtual do MATLAB® e do Simulink®.
Displays de conversão: visualização e análise de dados
Em sistemas de gerenciamento de baterias, a eficiência da conversão de energia é um parâmetro crítico.
Essa eficiência determina quanta energia produzida por fontes como hidrelétricas pode ser efetivamente armazenada nas baterias. E, posteriormente, quanto dessa energia armazenada pode ser convertida de volta em eletricidade para uso quando necessário.
Nesse cenário, os displays de conversão são interfaces gráficas ou dashboards que apresentam dados sobre:
- A eficiência do processo de conversão;
- A saúde da bateria;
- A capacidade de armazenamento, entre outros indicadores relevantes.
O MATLAB® e o Simulink® são ferramentas poderosas para modelagem, simulação e análise de sistemas complexos, incluindo sistemas de gerenciamento de baterias. Com esses softwares, engenheiros podem:
- Modelar sistemas de baterias: criar modelos detalhados das baterias, incluindo suas características elétricas e térmicas, para entender melhor seu comportamento sob diferentes condições de carga e descarga;
- Simular conversão de energia: analisar como a energia é convertida de e para as baterias em diferentes cenários operacionais. Isso inclui simular o impacto das estratégias de carregamento, a eficiência da conversão e a gestão do calor;
- Visualizar dados de desempenho: usar displays gráficos para visualizar o desempenho dos sistemas de baterias, incluindo a eficiência de conversão de energia. Esses displays podem mostrar informações em tempo real ou resultados de simulações, ajudando na análise e na tomada de decisões.
Os displays de conversão em sistemas de gerenciamento de baterias são importantes para monitorar a eficiência e a eficácia da armazenagem e do uso da energia.
Eles permitem que operadores e engenheiros visualizem rapidamente o status atual do sistema, identifiquem problemas potenciais e tomem decisões baseadas em dados para otimizar o desempenho.
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