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Conforme a vida útil das baterias de lítio avança, a capacidade de estimar o estado da carga diminui. É por isso que, muitas vezes, um aparelho que indica 10% de disponibilidade vai a 1% em minutos e acaba sendo automaticamente desligado. Essa característica representa um contratempo para quem está longe de uma tomada com um smartphone ou um notebook. 

 

Mas, do ponto de vista de equipamentos de grande porte, tal dificuldade pode gerar prejuízos mais graves. Um automóvel elétrico que para muito antes do indicado no painel compromete uma viagem. O impacto para o setor de energia também é alto, considerando a necessidade de armazenar a eletricidade gerada por fontes intermitentes, como a eólica e a solar.

 

“As baterias de lítio são elementos eletroquímicos com características complexas. O estado de carga, que pode ir de 0 a 100%, é obtido de forma indireta, não podendo ser medido por meio de um instrumento. Para fazer essa estimativa, é necessário medir a tensão, a corrente e a temperatura da bateria ao longo do tempo”, explica Fabio Hage, doutor em Engenharia Elétrica pela Universidade de São Paulo (USP) e professor assistente do Insper.

 

Portanto, um projeto de iniciação científica capaz de contribuir para a capacidade de medição da carga das baterias de lítio tem potenciais práticos muito grandes. Foi essa a missão que a caloura de Engenharia de Computação Maria Luiza Sevilha Seraphico de Assis Carvalho abraçou com o projeto “Sistema de Gerenciamento de Baterias de Lítio”, desenvolvido ao longo de um ano, sob orientação do professor Hage.

 

 

Ciência aplicada

 

Atualmente, a estudante tem 20 anos e está no quinto semestre do curso. Fez o processo seletivo logo que entrou no Insper, iniciou o projeto no final do primeiro ano de curso e o entregou quando concluía o segundo ano. Não foi a primeira vez em que ela se envolvia com um trabalho de iniciação científica. 

 

“No Ensino Médio, trabalhei em uma iniciativa ligada a matemática, que se aproximava do que seria uma iniciativa de cunho científico. Quando entrei no Insper, queria dar continuidade a essa experiência e comecei a olhar as propostas do Programa de Iniciação Científica (PIBIC)”, relata.

 

Então o professor Hage explicou seu trabalho com baterias, um assunto que ecoou na história familiar da aluna. “Meus dois tios por parte de pai trabalham com energia, um deles com maior foco em meio ambiente, outro com placas solares. E meu pai atuou por muitos anos com o tema. Eu não tinha muitos conhecimentos sobre baterias, mas identifiquei ali a oportunidade de produzir um projeto relevante e desafiador.”

 

Alunos veteranos recomendaram que ela repensasse a escolha. “No primeiro semestre, você aprende o básico de cálculo. E eu queria avançar em modelos complexos capazes de avaliar a carga de uma bateria. Realmente encontrei muitas dificuldades, mas o corpo docente do Insper me ajudou, e o professor Hage teve toda a paciência necessária”, relata a estudante.

 

“O objetivo do projeto foi construir um modelo e um circuito capazes de estimar o estado de carga de baterias de lítio. Escolhemos esse objetivo porque, para alcançá-lo, seria necessário compreender e implementar um estimador de estados, como é o caso do famoso filtro de Kalman”, diz o docente, fazendo referência a um dos algoritmos mais importantes e utilizados em pesquisa. 

 

“Escolhemos trabalhar com baterias de lítio pelo contexto da eletrificação dos veículos e também pelo grande crescimento no uso desses dispositivos. Por se tratar de uma iniciação científica, acreditamos ser fundamental que os alunos apliquem conhecimentos científicos estruturantes a problemas reais de engenharia”, reforça o professor.

 

O principal objetivo do trabalho era produzir um modelo capaz de estimar o estado de carga da bateria de lítio, isto é, estimar o quanto ela está ou não carregada. Com o levantamento dos principais parâmetros que envolvem, sobretudo, o processo de descarga da bateria de lítio, foram realizados alguns testes com o uso de um osciloscópio, a fim de haver uma primeira aproximação de seus valores e grandezas. 

 

Após o processo de modelagem, montou-se um circuito que representasse o processo modelado. Ao fim, foi utilizado um estimador de estados para que os erros entre as medições sejam considerados e influenciem nas futuras predições do modelo criado.

 

 

Conexão com o Insper Mileage

 

Aluna e professor concordam: o objetivo foi alcançado. “Hoje tenho um entendimento muito maior sobre energia do que qualquer aluno que não fez iniciação científica. Estou começando a cursar a disciplina de Química do Meio Ambiente, e ela faz muito mais sentido para mim depois do trabalho desenvolvido em parceria com o professor”, afirma Maria Luiza. “Talvez a maior dificuldade tenha sido implementar o modelo de estimação de estado em um Arduino Uno, de modo a fazê-lo funcionar em tempo real a partir das medidas de tensão e corrente instantâneas, diz Hage.

 

O projeto pode ter sequência, informa Hage. “Estamos pensando na continuidade, mas para isso precisamos especificar a compra de equipamentos adicionais de bancada, que permitam uma avaliação mais complexa do modelo elétrico de uma bateria. Nossa intenção é reapresentar esse projeto novamente no próximo ciclo de iniciação científica e tecnológica do Insper.”.

 

Maria Luiza gostaria de conciliar um novo ciclo de pesquisa com suas atuais atividades acadêmicas. “Percebi que, para além dos benefícios para minha formação, trabalhar em iniciação científica gera atenção para meu currículo no ambiente empresarial e dentro do próprio Insper. Alunos de semestres bem mais adiantados me procuram com propostas de projetos.” 

 

Ela também está inscrita no Insper Mileage, organização estudantil que desenvolve automóveis elétricos, e participou das duas edições mais recentes da Shell Eco Marathon Brazil, no Rio de Janeiro. “Certamente, vou voltar a trabalhar com baterias”, afirma.

 



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