Projeto de um sistema de armazenamento de energia utilizando baterias de lítio de segunda vida descartadas de veículos elétricos Nissan Leaf

Abstract

Neste trabalho foi projetado um sistema de armazenamento de energia em baterias de íons de lítio descartadas de veículos elétricos, desde as definições elétricas básicas do arranjo – como a deliberação sobre a conexão série e paralela das células –, até a escolha dos principais componentes que compõem o circuito. Os módulos de bateria íon-lítio utilizados no sistema são provenientes de veículos elétricos Nissan Leaf que rodaram por cerca de cinco anos em uma frota de táxis e atingiram níveis razoáveis de redução em sua capacidade de carga. Esta redução de capacidade de carga compromete a autonomia de um veículo elétrico, mas representa uma desvantagem muito menor em sistemas estacionários de acumulação de energia elétrica. A reatribuição dessas baterias em aplicação estacionária proporciona a chamada segunda vida, onde se pode estender a vida útil dos elementos através de sua aplicação em sistemas de menor exigência de capacidade e restrição física. Como resultado do estudo, são apresentados: o projeto do conjunto de baterias, na forma de diagramas de blocos; os componentes escolhidos para cada tarefa, bem como os motivos que levaram a cada decisão; e a modelagem tridimensional simplificada, a fim de possibilitar a pré-visualização do sistema de baterias.

In this thesis a lithium-ion battery energy storage system was designed, starting from second life batteries discarded from electric vehicles, from the basic electrical definitions of the array – as the option for the series and parallel connection of the battery cells –, to the choice of the main components that will comprise the circuit. The lithium-ion battery modules utilized in this system came from Nissan Leaf electric vehicles, which ran for about five years in a taxi fleet and reached reasonable levels of storage capacity reduction. This reduction in capacity is a serious limitation to an electric vehicle’s driving range, but much smaller problem for stationary applications. The repurposing of these batteries in a stationary application leaves to what is called second life, when the element’s life span can be extended through its use in stationary applications of lower capacity needs and room restriction. The results of this study are: the battery array project, using block diagrams; the chosen components for each duty, as well as the reasons for selecting each option; and the simplified three-dimensional modelling, important to help the previous visualization of the battery system.