O que 6 mil veículos elétricos podem nos dizer sobre a integridade da bateria?

Quanto tempo dura a bateria de um carro elétrico? Use a análise gratuita de degradação da bateria de veículos elétricos para comparar a degradação média da bateria ao longo do tempo de diferentes fabricantes e modelos de veículos. A Geotab baseou essa análise interativa em dados de 6,3 mil veículos elétricos de frota e de consumo. Continue lendo para saber mais sobre a integridade da bateria de veículos elétricos e os principais pontos sobre o desempenho real da bateria. 

Consulte também:

• Até que grau a temperatura afeta a autonomia de um veículo elétrico

A importância das baterias dos veículos elétricos

Se você está pensando em comprar um veículo elétrico (EV), considere alguns fatores importantes. Estas três perguntas devem estar no topo da sua lista:

• Quanto o veículo elétrico custa?
• Qual é a autonomia dele?
• Quanto tempo dura a bateria?

Do ponto de vista do ciclo de vida, o desempenho e a integridade da bateria são a chave para tudo isso. Como a bateria é o componente mais caro de um veículo elétrico, o nível de degradação afetará o valor residual dele (o que ajuda a responder à pergunta acima sobre o custo) e também terá um impacto direto sobre a autonomia máxima útil ao longo do tempo.

Quanto tempo dura uma bateria para veículos elétricos? 

Você pode ter notado que é difícil ter uma resposta direta para perguntas sobre a vida útil da bateria de um veículo elétrico. Em vez disso, você pode encontrar afirmações de que as baterias estão cobertas pela garantia caso algo dê errado. Normalmente, a cobertura da bateria é de 8 anos ou 161 mil km, mas isso varia de acordo com o fabricante e o país.

As garantias são tranquilizadoras e também o fato de que os custos da bateria estão diminuindo significativamente ano após ano. Desde 2010, o preço de uma bateria média de íons de lítio caiu mais de 80%.

A garantia de uma montadora para sua tecnologia de bateria e a promessa de redução de custos devem inspirar certa confiança. No entanto, a maioria de nós encontraria mais conforto ao saber com que velocidade as baterias vão se degradar e como minimizar essa perda.

O que é degradação de bateria para veículos elétricos?

A degradação da bateria é um processo natural que reduz permanentemente a quantidade de energia armazenada por ela ou que ela pode fornecer. As baterias dos veículos elétricos geralmente conseguem fornecer mais energia do que os componentes do trem de força podem suportar. Como resultado, a degradação de energia é raramente observável em veículos elétricos, e somente a perda da capacidade da bateria de armazenar energia é importante.

A condição da bateria é chamada de estado de integridade (SOH). As baterias começam a vida útil com 100% de SOH e, com o tempo, elas se deterioram. Por exemplo, uma bateria de 60 kWh com 90% de SOH atuaria efetivamente como uma bateria de 54 kWh.

Observe que isso não é o mesmo que a autonomia do veículo (distância que o veículo pode percorrer dentro desses kWh), que varia diariamente ou a cada viagem, dependendo de vários fatores, como nível de carga, topografia, temperatura, uso auxiliar, hábitos de condução e carga de passageiros ou mercadoria.

Fatores comuns que afetam a integridade das baterias com íons de lítio:

1. Hora
2. Altas temperaturas
3. Operação em estado de carga alto e baixo 
4. Corrente elétrica alta
5. Uso (ciclos de energia)

Embora haja muita pesquisa sobre a integridade das baterias, há poucos dados sobre o desempenho real dos veículos elétricos ao longo do tempo, que dirá comparações entre diferentes fabricantes e modelos. Até agora. 

Introdução à análise de degradação da bateria de veículos elétricos

A Geotab criou a análise de degradação da bateria de veículos elétricos para avaliar o desempenho das baterias e considerar a importância relativa dos fatores acima sobre a vida útil da bateria de veículos elétricos em condições reais. 

Analisamos a integridade da bateria de 6,3 mil veículos elétricos de frota e de consumo, representando 1,8 milhão de dias de dados. Com base nos dados de telemática processados, conseguimos uma visão de como as condições reais influenciam a integridade da bateria dos veículos elétricos, fornecendo dados agregados de degradação média para 21 modelos de veículos distintos, representando 64 fabricantes, modelos e anos. 

Notas sobre a análise: 

• As curvas de degradação exibidas abaixo são a linha de tendência média dos dados analisados. 
• Esses gráficos podem oferecer informações sobre a integridade média das baterias ao longo do tempo, mas não devem ser interpretados como uma previsão precisa para qualquer veículo específico.
• Um subconjunto de fabricantes, modelos e anos de veículos não está disponível na visualização. Excluímos veículos com dados insuficientes, por isso não se preocupe se o seu carro não tiver sido incluído.

Comece com a análise

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Principais conclusões

Altos níveis de integridade sustentada de bateria observados

Em primeiro lugar, com base em dados de mais de 6 mil veículos elétricos, abrangendo todos os principais fabricantes e modelos, as baterias apresentam altos níveis de integridade sustentada. Se as taxas de degradação observadas forem mantidas, a grande maioria das baterias durará mais do que a vida útil do veículo.

Como nós, a saúde diminui com a idade

Como esperado, quanto mais antigo for um veículo, mais provável será a deterioração da bateria. No entanto, ao observar o declínio médio em todos os veículos, a perda é indiscutivelmente menor, de 2,3% ao ano. Isso significa que se você comprar um veículo elétrico hoje com uma autonomia de 240 km, perder cerca de 27 km de autonomia acessível após cinco anos provavelmente não afetará suas necessidades diárias.

A degradação da bateria de veículos elétricos é linear?

Embora essa análise mostre uma degradação mais ou menos linear, como regra geral, as baterias de veículos elétricos se deterioram de forma não linear: uma queda inicial, que continua a aumentar, mas a um ritmo muito mais moderado. Ao final da vida útil, uma bateria terá uma última queda significativa, como visto abaixo. 

Figura 1: espera-se que uma curva de degradação normal seja parecida com esta.

Felizmente para os motoristas, poucas baterias que observamos chegaram à queda de fim da vida útil para que fosse possível prever em que ponto isso provavelmente ocorrerá. Continuaremos monitorando para ver quando a degradação não linear (também conhecida como "calcanhar") começa.

Há uma diferença mensurável entre fabricantes, modelos e anos

Com base nos nossos dados, parece que as baterias dos veículos respondem de forma diferente ao teste de tempo, dependendo do fabricante e do ano-modelo. Por que alguns modelos de veículos parecem se degradar, em média, mais rapidamente do que outros? Dois potenciais contribuintes são a química e o gerenciamento térmico da bateria. 

Enquanto os veículos elétricos usam baterias de íons de lítio, há muitas variações de substâncias químicas de íons de lítio (a diferença mais proeminente é o material usado nos eletrodos). A composição química de uma bateria influenciará a forma como ela responde ao estresse. Além da química das células, as técnicas de controle de temperatura diferem entre os modelos de veículos. Uma distinção importante é se a bateria é resfriada e/ou aquecida por ar ou líquido.

Vamos comparar um veículo com sistema de arrefecimento líquido a um com sistema de arrefecimento de ar passivo: o Tesla Model S 2015 e o Nissan Leaf 2015, respectivamente. O Leaf tem uma taxa de degradação média de 4,2%, enquanto a do Model S é de 2,3%. Um bom gerenciamento térmico significa melhor proteção contra degradação.

Figura 2: comparação da degradação da bateria entre o Tesla Model S 2015 (arrefecimento líquido) e o Nissan Leaf 2015 (arrefecimento de ar passivo).

Estado de carga (SOC) e o efeito de buffer

Outro motivo previsto para as diferenças na integridade da bateria entre fabricantes é como o SOC é controlado. A operação de uma bateria quase cheia ou vazia tem implicações na integridade da bateria. Para limitar esse efeito, muitos fabricantes adicionam um buffer, que impede efetivamente o acesso às extremidades da janela de SOC (mostrada na imagem abaixo).

Além dos buffers de proteção na extremidade superior e inferior da autonomia da bateria, muitos veículos proporcionam ao proprietário do veículo elétrico a opção de interromper o carregamento diário normal a um nível inferior a 100%.

Figura 3: os buffers de proteção da bateria controlam a janela de estado de carga útil para um veículo elétrico.

Você sabia? 

A remoção dos extremos não é feita apenas para fins de integridade da bateria, mas também para a operação segura do veículo. Nos extremos, a bateria não poderia aceitar nem fornecer potência total, e a experiência de condução seria afetada. Basicamente, uma bateria a 100% não está completamente carregada do ponto de vista puro e químico da bateria.

Da mesma forma, 0% não está completamente vazia. Como o proprietário do veículo não consegue acessar essas partes da autonomia da bateria por motivos de segurança e vida útil da bateria, é provável que muitos não saibam disso. Graças às atualizações de software over-the-air, é possível que o tamanho do buffer mude ao longo do tempo, conforme descoberto por alguns proprietários do Tesla em 2019, que perceberam uma diminuição na faixa superior. A Tesla confirmou (em inglês) que a atualização foi "para proteger a bateria e melhorar a longevidade".

Além disso, algumas montadoras têm tetos de carga ajustáveis, em que o usuário pode predefinir em que ponto a bateria para de carregar (por exemplo, pode dizer ao veículo para interromper o carregamento em 75% em vez de 100%). Essa região a critério do proprietário (B no gráfico acima) trabalha em combinação com o buffer não discricionário (A) para limitar a operação da bateria em áreas de degradação mais alta.

Vamos considerar um exemplo: 

O Chevrolet Volt, principalmente dos primeiros anos-modelos, tem buffers de proteção superior e inferior comparativamente grandes (regiões A e D) que mudam de forma dinâmica à medida que a bateria envelhece. Embora os buffers maiores signifiquem menos energia para dirigir, isso resulta em uma bateria mais duradoura. Devido aos maiores buffers de SOC, ao gerenciamento térmico de líquido e o tamanho de buffer dinâmico (decrescente), são esperadas taxas de degradação mais lentas do que a média no Volt.

Figura 4: degradação da bateria ao longo do tempo de um Chevrolet Volt em comparação com todos os veículos.

Quais outros fatores parecem influenciar a integridade da bateria?

Com base nos dados de telemática disponíveis, foi possível avaliar a degradação da bateria por diferentes fatores aos quais os veículos foram expostos e ver se houve alguma correlação com o declínio da integridade. Esses fatores incluíram:

• Uso
• Climas extremos
• Tipo de carregamento 

O uso intenso do veículo não significa maior degradação da bateria

Uma informação interessante que conseguimos obter dos dados foi que os veículos com uso intenso não apresentaram degradação significativamente maior da bateria. Essa parece ser uma boa notícia, já que você não aproveita o benefício de um veículo elétrico se ele ficar apenas estacionado no pátio da frota.

A conclusão? Não tenha medo de colocar seus veículos elétricos em vários ciclos de serviço. Enquanto estiverem dentro da autonomia de condução diária, a vida útil da bateria não será afetada negativamente. Uma ressalva: se o uso intenso exigir carregamento rápido CC de rotina, não deixe de ler a seção sobre o impacto do tipo de carregamento.

Figura 5: a quantidade de uso não parece ter muito impacto nas taxas de degradação.

Os veículos conduzidos em temperaturas quentes mostram queda mais rápida no SOH da bateria

Uma bateria exposta a temperaturas muito quentes poderá sofrer mais danos, mas quanto? O mesmo veículo elétrico no Arizona e na Noruega terá uma vida útil de bateria diferente? Para descobrir, agrupamos os veículos com base nas seguintes condições climáticas:

• Moderado: menos de 5 dias por ano acima de 27 °C ou abaixo de -5 °C.
• Quente: mais de 5 dias por ano acima de 27 °C.

Como ilustrado abaixo, os veículos conduzidos em climas quentes mostraram uma taxa de declínio notavelmente mais rápida do que aqueles conduzidos em climas moderados. Esta não é uma boa notícia se você e sua frota trabalham sob o sol quente.

O calor e o frio também afetam a sua autonomia diária. Para entender como, dê uma olhada em nossa análise, que dá detalhes sobre como a temperatura afeta a autonomia dos veículos elétricos. 

Figura 6: as baterias expostas a dias quentes sofrem degradação mais rapidamente do que aquelas em climas temperados.

Visão geral sobre o tipo de carregamento

Pudemos observar o nível de carga predominante usado para os veículos elétricos em nosso sistema. As estações de carregamento de veículos elétricos da América do Norte são categorizadas em três tipos comuns:

1. Nível 1: 120 volts – uma tomada doméstica regular na América do Norte.
2. Nível 2: 240 volts – típico para carregamento doméstico ou de frota.
3. Carregador rápido de corrente direta: DCFC – para recargas mais rápidas.

Para obter uma visão geral do carregamento e dos custos relacionados, leia nosso guia simples sobre carregamento de veículos elétricos (em inglês).

O carregamento na maior parte da Europa é chamado de carregamento CA (que geralmente é equivalente ao nível 2 na América do Norte) e carregamento CC (DCFC, conforme descrito acima).

Embora o nível 2 seja frequentemente considerado a melhor maneira de carregar um veículo elétrico, a diferença na integridade da bateria entre os carros que rotineiramente eram carregados no nível 2 em comparação com aqueles que usavam o nível 1 parecia ser observável, mas não estava além do nível de significância estatística.

Figura 7: degradação da bateria para veículos que são carregados principalmente no nível 1 em comparação com o nível 2. 

No entanto, o uso de DCFC parece afetar a velocidade de degradação das baterias. Carregar rapidamente uma bateria significa altas correntes, resultando em altas temperaturas, ambas conhecidas por forçar as baterias. Na verdade, muitas montadoras sugerem limitar o uso de DCFC para prolongar a vida útil da bateria dos veículos.

Aqui, analisamos todos os veículos elétricos à bateria no mesmo grupo de clima (escolhemos observar o grupo mais suscetível – aqueles que operam em condições climáticas extremas) e os categorizamos com base na frequência com que utilizavam um DCFC: nunca, ocasionalmente (1 a 3 vezes por mês) e frequentemente (mais de 3 vezes por mês).

Figura 8: A degradação da bateria parece estar fortemente correlacionada ao uso de DCFC em veículos em climas sazonais ou quentes.

A diferença entre os veículos que nunca usaram o DCFC e aqueles que o usaram mesmo ocasionalmente em climas sazonais ou quentes foi notável. Embora possa haver outros fatores em jogo (queremos enfatizar que este não foi um experimento controlado), o carregamento por meio de carga de nível 2 de potência mais baixa deve ser priorizado.

Dicas para prolongar a vida útil da bateria de veículos elétricos

Embora a degradação da bateria varie de acordo com o modelo e as condições externas, como o clima e o tipo de carregamento, a maioria dos veículos em circulação atualmente não sofreu declínio significativo. Na verdade, a degradação geral tem sido muito modesta, com uma perda média de capacidade de apenas 2,3% ao ano. Sob condições climáticas e de carregamento ideais, a perda é de 1,6%.

Embora algumas coisas estejam fora do controle do operador, existem formas de prolongar a vida útil da bateria dos veículos elétricos.

Algumas dicas para operar veículos elétricos:

• Evite deixar o carro parado com uma carga completa ou vazia. O ideal é manter o SOC entre 20% e 80%, principalmente se for deixar o veículo parado durante períodos mais longos, e carregue-o totalmente apenas para viagens de longa distância.
• Minimize o carregamento rápido (DCFC). Alguns ciclos de serviço de uso elevado necessitam de uma carga mais rápida, mas se o seu veículo for ficar parado durante a noite, o nível 2 deverá ser suficiente para a maioria das suas necessidades de carregamento.
• O clima está fora do controle de um operador, mas faça o que puder para evitar temperaturas extremamente quentes, como optar por estacionar o veículo na sombra.
• O uso intenso não é uma preocupação, por isso as frotas não devem hesitar em colocá-los para funcionar. Um veículo elétrico não é útil estacionado no pátio da frota, e fazer com que cada veículo rode um pouco mais é, em geral, uma prática melhor de gerenciamento da frota.

Conclusão

Não se preocupe com coisas pequenas. À medida que os veículos são fabricados com baterias maiores, perder certa capacidade não vai afetar as suas necessidades de condução diárias e não deve ofuscar os muitos benefícios que os veículos elétricos têm para oferecer.

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