Estudo da viabilidade técnica de substituição das células do banco de baterias de íon-lítio do veículo Mitsubishi i-Miev – ano 2010

Abstract

O crescimento da mobilidade elétrica estimulou o desenvolvimento de sistemas de armazenamento cada vez mais eficientes, tornando as baterias de íon-lítio componentes fundamentais para o desempenho e a autonomia dos veículos elétricos, devido à sua elevada densidade energética, boa eficiência e capacidade de proporcionar níveis satisfatórios de autonomia. Entretanto, assim como ocorre em qualquer sistema eletroquímico, essas baterias estão sujeitas a processos de degradação ao longo do tempo. O envelhecimento natural das células e a repetição dos ciclos de carga e descarga resultam na redução gradual da capacidade de armazenamento de energia, impactando diretamente o desempenho e a autonomia do veículo. Diante desse cenário, o presente trabalho teve como objeto de estudo o sistema de baterias de um veículo elétrico Mitsubishi i MiEV, ano 2010, pertencente à frota da CELESC (Centrais Elétricas de Santa Catarina). O objetivo principal consistiu em analisar detalhadamente a arquitetura elétrica do conjunto de baterias, os sistemas responsáveis pelo monitoramento e gerenciamento das células e os procedimentos necessários para a substituição do banco de baterias original. Inicialmente, foi realizado um levantamento bibliográfico abordando a evolução histórica das baterias, os princípios de funcionamento da tecnologia de íons de lítio, os sistemas de gerenciamento de baterias (BMS) e as unidades de monitoramento (BMU), bem como os principais mecanismos de degradação observados em aplicações voltadas à mobilidade elétrica. Na etapa seguinte, foi efetuada a desmontagem do banco de baterias do veículo, permitindo a análise de sua estrutura interna, dos dispositivos de proteção empregados e da disposição dos módulos que compõem o conjunto. Com base nas informações obtidas durante essa análise, foi desenvolvido o dimensionamento de um novo banco de baterias. A proposta consistiu na utilização de células com tensão nominal compatível com o sistema original e dimensões adequadas para a instalação no compartimento existente, porém com capacidade de armazenamento superior. Dessa forma, buscou-se aumentar a quantidade de energia disponível sem comprometer a compatibilidade com os sistemas eletrônicos originalmente instalados no veículo. Os resultados obtidos demonstraram que a substituição das células apresenta viabilidade técnica, preservando a arquitetura elétrica original e mantendo a comunicação com os sistemas de gerenciamento do veículo. Os cálculos realizados indicaram um aumento significativo da capacidade energética do banco de baterias, contribuindo para a ampliação da autonomia operacional do Mitsubishi i-MiEV. Além disso, procurou-se documentar detalhadamente os procedimentos de desmontagem, inspeção e análise do sistema, constituindo uma referência técnica que poderá auxiliar futuras intervenções e estudos relacionados a veículos elétricos com características semelhantes.The growth of electric mobility has driven the development of increasingly efficient energy storage systems, making lithium-ion batteries essential components for the performance and driving range of electric vehicles due to their high energy density, good efficiency, and ability to provide satisfactory autonomy. However, like any electrochemical system, these batteries are subject to degradation over time. The natural aging of the cells and the repeated charge discharge cycles gradually reduce their energy storage capacity, directly affecting vehicle performance and driving range. In this context, the present study focuses on the battery system of a 2010 Mitsubishi i-MiEV electric vehicle belonging to the fleet of Centrais Elétricas de Santa Catarina (CELESC). The main objective was to conduct a detailed analysis of the battery pack electrical architecture, the systems responsible for cell monitoring and management, and the procedures required to replace the original battery pack. Initially, a literature review was carried out covering the historical development of batteries, the operating principles of lithium-ion technology, Battery Management Systems (BMS), Battery Monitoring Units (BMU), and the main degradation mechanisms associated with electric mobility applications. Subsequently, the vehicle's battery pack was dismantled, allowing the evaluation of its internal structure, protection devices, and module arrangement. Based on the information obtained during this analysis, a new battery pack was designed. The proposed solution consisted of using cells with a nominal voltage compatible with the original system and dimensions suitable for installation in the existing compartment, but with a higher energy storage capacity. The aim was to increase the amount of available energy while maintaining compatibility with the vehicle's original electronic systems. The results demonstrated the technical feasibility of replacing the cells while preserving the original electrical architecture and maintaining communication with the vehicle's battery management systems. The calculations performed indicated a significant increase in the battery pack's energy capacity, contributing to an improvement in the operational driving range of the Mitsubishi i-MiEV. Furthermore, this study provides detailed documentation of the battery pack disassembly, inspection, and analysis procedures, serving as a technical reference for future interventions and studies involving electric vehicles with similar characteristics.