Avaliação de desempenho, segurança e viabilidade de baterias de íon-lítio em segunda vida: aplicação em um sistema transportável de armazenamento (STAEB) com módulos retirados de ônibus elétrico (e-Bus)

Abstract

Este trabalho desenvolve e aplica um método para avaliar a viabilidade técnica de baterias de íons de lítio em segunda vida por meio de uma caracterização sistemática de desempenho e segurança, com foco na reutilização em aplicações estacionárias e na integração ao Sistema Transportável de Armazenamento de Energia em Baterias (STAEB). O estudo analisa 156 módulos oriundos do e-Bus da UFSC e organiza a avaliação de forma integrada e sequencial, combinando inspeção visual, ensaio de resistência de isolamento, testes de capacidade e determinação da resistência interna em corrente contínua (DCIR), de modo a garantir critérios mínimos de segurança, confiabilidade e desempenho para a seleção de módulos. Os resultados mostram que a etapa inicial de inspeção visual descarta 3,2% dos módulos por falhas físicas evidentes, enquanto o ensaio de resistência de isolamento reprova dois módulos adicionais, evidenciando a necessidade dessa verificação para identificar condições críticas não detectáveis apenas por parâmetros eletroquímicos usuais. Entre os módulos aprovados, observa-se ampla variação de estado de saúde, com SoH entre 55% e 95%, além de comportamento global consistente nas curvas de descarga, com queda de tensão mais acentuada abaixo de 20% de SOC. A análise conjunta indica correlação negativa significativa entre SoH e DCIR (R² = 0,70), confirmando o potencial da resistência interna como ferramenta de triagem rápida, embora a presença de trajetórias de degradação distintas exija cautela na substituição direta de ensaios completos de capacidade. Por fim, a comparação de metodologias de descarga aponta o ensaio pulsado de 8S como melhor compromisso entre representatividade, precisão e agilidade operacional, contribuindo para protocolos práticos de triagem e classificação de módulos destinados ao STAEB.

Abstract: This work develops and applies a method to evaluate the technical feasibility of second-life lithium-ion batteries through a systematic characterization of performance and safety, focusing on stationary reuse and integration into the Transportable Battery Energy Storage System (STAEB). The study analyzes 156 modules originating from the UFSC e-Bus and structures the assessment in an integrated and sequential manner, combining visual inspection, insulation resistance testing, capacity tests, and direct-current internal resistance (DCIR) determination to ensure minimum criteria for safety, reliability, and performance in module selection. The results show that the initial visual inspection discards 3.2% of the modules due to evident physical faults, while the insulation resistance test rejects two additional modules, highlighting the need for this verification to identify critical conditions that are not detectable solely through conventional electrochemical parameters. Among the approved modules, a wide variation in state of health is observed, with SoH ranging from 55% to 95%, in addition to consistent overall behavior in the discharge curves, with a steeper voltage drop below 20% SOC. The combined analysis indicates a significant negative correlation between SoH and DCIR (R² = 0.70), confirming the potential of internal resistance as a rapid screening tool, although the presence of distinct degradation trajectories requires caution when directly replacing full capacity tests. Finally, the comparison of discharge methodologies indicates that the 8 s pulsed test offers the best compromise between representativeness, accuracy, and operational speed, contributing to practical screening and classification protocols for modules intended for the STAEB.