Bateria

Olá pessoal, a comissão técnica fez alguns ajustes na regra das baterias. É muito importante que a equipes tenham ciência do que foi alterado.

Quem participa do DSB desde sua origem em 2009, sabe que o formato da competição e sua regra tem como inspiração a competição na região holandesa de Frísia.

A primeira versão da regra foi simplesmente traduzida da competição holandesa e no passar dos anos vem sendo aperfeiçoada, ajustando-se a nossa realidade. Essas modificações costumam ocorrer através da opinião dos participantes nas reuniões de chefes de equipes ou discutidas por e-mails.

Ao longo destes anos a regra holandesa também tem sofrido suas modificações e não podemos ficar alheios a este fato, uma vez que a participação no circuito internacional também é um foco de nosso projeto.

Um dos aspectos que sempre foi discutido é com relação à definição de bateria. Este item da regra não foi alterado desde sua origem e tem se mostrado decisivo nos resultados.

A principal dificuldade de tocar neste ponto da regra era a falta de informação e diversidade de tipos e modelos de baterias. Felizmente estamos amadurecendo neste quesito e cada equipe acumula cada vez mais conhecimento dos fabricantes e modelos existentes.

Uma particularidade na competição europeia é a facilidade que as equipes de lá tem em adquirir baterias baseadas em lítio, quer seja pelo custo ou pela disponibilidade de pronta entrega do mercado. Como este tipo de bateria tem uma densidade de energia por massa (Wh/kg) melhor e um tempo de carga reduzido em relação a chumbo ácido, sua utilização tem sido quase unanime nas embarcações europeias.

Infelizmente as especificações das baterias de lítio não costumam ser compatíveis com as de chumbo, principalmente com relação ao regime de tempo de descarga.

Os fabricantes de bateria baseadas em chumbo referem-se em seus catálogos a energia para regime de 20h (C20), mas os fabricantes das baterias de lítio não costumam expor este dado, deixando a dúvida de como podemos comparar os dois tipos de baterias.

Ao observarmos um catálogo de baterias de lítio, é comum nos depararmos com os termos 1C, 2C, 0.2C ou 0.05 C.

Este C é uma corrente de referência da bateria, então se pode ter o caso de que a carga seria feita a 0.5C, a energia nominal está referenciada a 1C, mas este valor poderia mudar para descarga a 2C ou 0.05C, e por ai vai.

Durante os últimos dias eu tenho procurado em artigos técnicos ou em normas, para fazer uma ligação entre este número C e o tempo de regime de descarga, infelizmente não encontrei nada substancial neste assunto. Mas na prática temos visto que este número C normalmente se refere a um regime de uma hora de descarga (1C=C1 e 0,05C=C20 ).

Atualmente a regra holandesa evoluiu para um teste de descarga. Infelizmente nós, do DSB, não temos equipamento disponível para isso este ano, mas podemos perceber pela metodologia de ensaio europeia que é tomado o tempo de uma hora como regime de descarga. A regra da Holanda define como corrente de ensaio o valor de I= 1500/V, onde V é o valor de tensão média nominal, e que 1500 refere-se ao valor de 1500 Wh que é estipulado como limite superior de energia para a bateria ensaiada. Então vemos que para aplicar a corrente I e a bateria ter 1500 Wh só resta a hipótese de o tempo em horas ser unitário

( I ens = Vnom x I nom x t)/Vnom)

I ens = Inom x t

Para essa corrente de ensaio ser igual à corrente nominal de referência então obrigatoriamente  t=1

Uma curiosidade a esse respeito é de que a regra da competição em Mônaco copiou a regra holandesa, porem os organizadores decidiram aumentar a capacidade das baterias, mas esqueceram de modificar os valores do índice de 1500 para 1750.

Somado a isso tudo devemos levar em consideração que a competição no Brasil dificilmente ultrapassa o tempo de 3 horas (apenas para as embarcações que tem problema de bateria). Podemos inclusive afirmar que, para uma embarcação competitiva, o tempo médio tem se mantido em torno de duas horas.

A essa altura já podemos perceber porque as baterias de chumbo não tem apresentado oposição as de lítio. Não é só porque o sistema de lítio é mais leve e carrega mais rápido, é porque o sistema de chumbo tem menos capacidade de carga do que o de lítio para o tempo de prova apresentado no DSB.

Ao revisar a regra este ano, eu procurei alterar o mínimo possível para evitar um aumento substancial nos gastos das equipes. Foi por esse motivo que eu repeti o valor do regime de 20h, mas hoje, depois que todas as equipes me enviaram as folhas de dados de suas baterias e eu pude compará-las, vi claramente esta discrepância.

Em conversa com algumas equipes pude perceber que a densidade de energia por massa é um índice muito subjetivo, pois pode variar bastante entre baterias do mesmo composto.

Então pela regra atual, as baterias de lítio deveriam primeiro ser avaliadas por sua energia nominal, cortando ou penalizando qualquer valor acima de 1 KWh (partindo do princípio de que nenhuma estaria em um regime inferior ao de 20h).

O próximo passo seria o de verificar se existe realmente esta referência de tempo de descarga. Caso não exista, gera-se a dúvida e se aplica a verificação por densidade de energia em relação a massa.  Note que neste caso seriam aplicados os dois sistemas de verificação, são complementares, não são alternativos.

Acontece que ao aplicar esta regra com o rigor que todos vêm exigindo ao longo dos anos, apenas uma bateria baseada em lítio estaria apta a correr nossa regata. As restantes seriam obrigadas a retirar uma célula de seu sistema.

Como nós queremos uma competição bonita com muitos barcos velozes disputando, além de alterar a regra do ano que vem para 1500 Wh (para equiparar com a holandesa), Faço uma modificação agora na regra para este desafio de 2015, ALTERANDO O TEXTO QUE DEFINE O REGIME DE DESCARGA PARA O VALOR DE 2h (DUAS HORAS).

A implicação prática disto é de que podemos equiparar melhor os diferentes sistemas de baterias. Quem compete com chumbo ácido poderá acrescentar mais carga (mas também acrescentará mais peso). Quem compete com lítio estará dentro da primeira regra de corte e não será penalizado em demasia pelo excesso de peso que ultrapassaria na regra.

A maioria das baterias de chumbo ácido nacionais tem tabelas estipulando o valor de energia para o regime de 2h (0,5C), será fácil fazer a verificação.

Quem optar pela bateria OPTIMA D51 perceberá que o fabricante não disponibiliza essa informação, porem, podemos nos valer do trabalho de conclusão de curso do engenheiro Rafael Lima Peixoto em fevereiro de 2012 no Departamento de Engenharia Elétrica da UFRJ, intitulado “Monitoramento da descarga de bateria com uso de microprocessador ARM”. Neste trabalho, Rafael Peixoto descreve uma metodologia de ensaio de bateria e utiliza o modelo OPTIMA D51 como objeto de estudo. Em um dos gráficos podemos observar que foi realizada uma descarga por corrente constante de 15 Amperes e a duração deste ensaio foi de 105 minutos, o que equivale a 1,75 horas. Então considerando a tensão média de 12V podemos concluir que a energia entregue pela bateria foi de 315 Wh (12V x 15A x 1,75h). Como este valor é inferior a um terço de 1 KWh, podemos tranquilamente utilizar três unidades de bateria OPTIMA D51 sem ferir esta nova regra.

Nestes termos a pesagem das baterias seria desnecessária e não passaria a constar na regra.

Então, a partir desta data, o item 2.4.1 da regra passa a ter a seguinte redação:

2.4.1 – As embarcações devem estar equipadas com um banco de bateria de capacidade nominal máxima permitida de 1 KWh. Todas as seguintes referências à “bateria” dizem respeito ao banco de bateria. A capacidade nominal é baseada num tempo de descarga de 2 horas e será verificada inicialmente pela folha de dados do fabricante, que deve ser enviada com antecedência por e-mail para a organização do evento.

Rio de Janeiro 13 de setembro de 2015

Ocione José Machado
Coordenador da Comissão técnica do DSB 2015