As baterias em veículos elétricos podem falhar rapidamente, às vezes pegando fogo sem muito aviso. O Sandia National Laboratories está trabalhando para detectar essas falhas cedo e fornecer tempo de aviso suficiente aos ocupantes do veículo. Embora os veículos elétricos tenham sistemas para detectar problemas de desempenho com baterias de íons de lítio, esses sistemas não se concentram em preocupações iminentes de segurança.
A Natureza Imprevisível das Falhas de Baterias
"A natureza dos incêndios de baterias pode variar amplamente, dependendo do modo de falha. Algumas baterias se autoaquecem por horas, enquanto outras são abruptas e agressivas", disse Alex Bates, membro do grupo de segurança de baterias de Sandia. "A bateria começa a aquecer incontrolavelmente, resultando em um incêndio."
Medições atuais em sistemas de gerenciamento de bateria capturam temperatura e voltagem, mas esses são indicadores atrasados de problemas de segurança. Isso significa que um aviso pode não aparecer até que seja tarde demais — quando a bateria está prestes a pegar fogo ou já está pegando fogo.
Estendendo o Tempo de Aviso
"Estamos focados em estender o tempo de aviso", disse Loraine Torres-Castro, líder de segurança de bateria da Sandia. "Nosso objetivo é que o sistema de diagnóstico forneça um aviso antecipado, permitindo tempo para estacionar com segurança e sair do veículo." Ela acrescentou que o objetivo final é integrar esse sistema de aviso ao painel do carro.
O Laboratório BAT
Para conseguir isso, Torres-Castro e sua equipe têm testado diagnósticos comerciais prontos para uso em células individuais e baterias no Laboratório de Testes de Abuso de Baterias. "Nosso objetivo é comparar soluções disponíveis comercialmente para diferentes falhas que exibem respostas variadas e exigem diagnósticos personalizados", disse Torres-Castro. "Um tamanho não serve para todos. Buscamos identificar ferramentas específicas que podem fornecer alertas precoces para condições particulares de falha, químicas de bateria e engenharia de célula."
Sandia está em uma posição única para fazer esse trabalho, não apenas por causa do BATLab, mas também por sua ampla expertise. "Temos ampla expertise em nossa equipe", disse Torres-Castro. "Entendemos ciência de materiais, eletroquímica, engenharia e, mais importante, como e por que as baterias falham."
Reconhecimento e Próximos Passos
Um artigo publicado no início deste ano no Journal of the Electrochemical Society descrevendo a pesquisa de Sandia ganhou atenção significativa. "É um trabalho importante. A indústria está interessada neste espaço. Ainda está bem aberto", disse Bates. "Este manuscrito iniciou amplamente a conversa, ou pelo menos a empurrou para a vanguarda da segurança de baterias para veículos elétricos."
O artigo destacou técnicas usadas para detectar marcadores de falhas e tem implicações que vão além das baterias para veículos elétricos. "Estamos trabalhando com uma organização na Coreia do Sul para avaliar o uso potencial dessa técnica em sistemas de armazenamento de energia em rede. Estamos falando de grandes baterias", explicou Torres-Castro.
Próximos Passos
Torres-Castro e Bates concordam que há muito mais trabalho a ser feito na detecção de falhas de baterias de veículos elétricos. "A próxima fase é entender as limitações e aplicar algoritmos de aprendizado de máquina a conjuntos de dados", disse Bates. "Precisamos de outros métodos para examinar o sinal e garantir que ele seja rápido, preciso e não um falso positivo."
Outra área de foco é o avanço da tecnologia de sensores a ponto de eles emitirem mais do que avisos. "Essas ferramentas também podem ativar medidas de mitigação. Por exemplo, ao receber um aviso, o sistema pode acionar o sistema de gerenciamento térmico da bateria para começar a resfriá-la", disse Torres-Castro.
Como próximo passo, Sandia terá baterias de veículos elétricos no laboratório. As células serão desmontadas e testadas em diferentes escalas para verificar as limitações dos diagnósticos atuais no mercado. "É muito emocionante estar na vanguarda da segurança prática de baterias, onde nosso trabalho se estenderá além do laboratório", disse Torres-Castro.
Bates acrescentou: "Estamos sempre entusiasmados com a ciência".
