Ficha 02 · BMS, protocolos, integração, dimensionamento e monitorização
Exercício 1 · Uma célula à frente das outras
Numa bateria 16S de células LFP de 280 Ah, durante a carga uma célula chega a 3,65 V quando as restantes estão em 3,40 V. (a) O que faz o BMS nesse momento e porquê? (b) Admite que a célula está 1 % acima das outras e que o equilíbrio passivo drena 150 mA. Quanto tempo demora a igualar? (c) O que mudarias se este desequilíbrio fosse frequente e o tempo disponível pequeno?
Exercício 2 · SOC por contagem de Coulomb e o erro do sensor
Uma bateria de 120 Ah está a 80 % de SOC. Descarrega com 25 A durante 2 h e depois carrega com 10 A durante 1,5 h. (a) Qual o SOC final? (b) Se o sensor de corrente tiver um desvio de +0,5 A (lê mais 0,5 A do que a realidade) e a contagem correr 24 h sem recalibração, que erro de SOC se acumula? (c) Como se corrige?
Exercício 3 · Descodificar uma trama CAN e testar o barramento
Segundo a tabela do fabricante, a trama com identificador 0x351 contém, em 16 bits com o byte menos significativo primeiro: bytes 0 e 1 = tensão máxima de carga (unidades de 0,1 V); bytes 2 e 3 = corrente máxima de carga (0,1 A); bytes 4 e 5 = corrente máxima de descarga (0,1 A). Recebeu-se: 20 02 58 02 B0 04 (hex.). (a) Descodifica os três valores. (b) Medindo com o barramento desligado, obtêm-se 40 Ω entre CAN_H e CAN_L. O que significa? (c) E se se medisse 120 Ω?
Exercício 4 · Ler registos por Modbus RTU
O mestre pede ao escravo de endereço 7 três registos de retenção a partir do registo 100. (a) Escreve o pedido (sem o CRC) em hexadecimal. (b) A resposta é 07 03 06 00 FA 13 88 FF 38 (sem CRC). O mapa diz: registo 100 = temperatura (0,1 °C, sem sinal); 101 = tensão (0,01 V, sem sinal); 102 = corrente (0,1 A, com sinal). Calcula os valores. (c) Se dois escravos tiverem o mesmo endereço, o que acontece?
Exercício 5 · Será que esta bateria serve neste inversor?
Um inversor híbrido tem janela de tensão de bateria de 42 V a 58 V, corrente máxima de carga e descarga de 120 A, e comunica por CAN. Uma bateria NMC 14S (2,5 V a 4,2 V por célula, 3,6 V nominais) tem 100 Ah e C-rate máximo de carga de 0,5 C. (a) Calcula a gama de tensão da bateria. (b) Está dentro da janela do inversor? (c) A corrente de carga é compatível? (d) Que ajustes propões?
Exercício 6 · Arbitragem tarifária numa PME
Valores hipotéticos. Uma PME com tarifa tri-horária quer deslocar 30 kWh por dia das horas de ponta (0,22 €/kWh) para as de vazio (0,10 €/kWh), com uma bateria LFP de DOD 90 % e inversor de 95 %. A eficiência de ida e volta do conjunto é de 88 %. Trabalha 300 dias por ano. (a) Que energia nominal é necessária? (b) Que energia se compra em vazio por dia e quanto custa? (c) Qual o ganho líquido por dia e por ano? (d) Com um investimento de 18 000 €, qual o retorno simples e que leitura fazes?
Exercício 7 · Simular o SOC ao longo de um dia
Uma bateria LFP de 9,6 kWh nominais (DOD de 90 %, SOC mínimo de 10 %) está a 10 % de SOC às 10h. O excedente solar horário (kW, igual a kWh por hora) é: 10h-11h 1,0; 11h-12h 2,0; 12h-13h 2,5; 13h-14h 3,0; 14h-15h 2,0; 15h-16h 1,0. A eficiência de carga é de 95 %. Das 19h às 7h a casa consome 0,45 kW, fornecido pela bateria através de um inversor de 93 %. Entre as 16h e as 19h a bateria mantém o SOC. (a) Quanto excedente consegue a bateria absorver? (b) A que horas fica cheia? (c) Quanto excedente é injetado na rede? (d) Qual o SOC às 7h?
Exercício 8 · Diagnóstico a partir da monitorização
Uma bateria de 10 kWh regista: em abril, 130 kWh carregados e 120 kWh descarregados, SOH de 96 %, temperatura média de 17 °C; em agosto, 140 kWh carregados e 112 kWh descarregados, SOH de 92 %, temperatura média de 36 °C. (a) Eficiência de ida e volta em cada mês. (b) Ciclos equivalentes em cada mês. (c) Quantos kWh se perdem em cada mês? (d) Se o SOH continuasse a descer ao ritmo de abril a agosto, em quantos meses chegaria a 80 %? (e) Que causas prováveis explicam a descida e que verificações propões?
Exercício 9 · Um aerogerador com bateria numa casa isolada
Valores hipotéticos. Uma casa isolada tem um aerogerador de 3 kW nominais, com um fator de capacidade de 20 %, e consome 10 kWh por dia. A bateria é LFP a 51,2 V, DOD de 90 %, inversor de 94 %, em módulos de 5,12 kWh (51,2 V, 100 Ah). (a) Que energia produz o aerogerador em média por dia? (b) Prevê-se uma calmaria de 2 dias. Que energia nominal e quantos módulos em paralelo são precisos para a cobrir? (c) Com a bateria cheia, o vento fornece os 3 kW e a casa consome 0,6 kW. Que potência tem de absorver a carga de descarga (dump load), que corrente a 51,2 V e que resistência? (d) Porque é que juntar painéis fotovoltaicos pode reduzir a bateria necessária?