Nova IA ajusta o carregamento rápido e aumenta a vida útil da bateria de veículos eléctricos em quase 23%

O carregamento rápido torna os veículos eléctricos muito mais viáveis no dia a dia. Na estrada, uma paragem longa pode virar apenas o tempo de tomar um café.

Em operações como frotas de entregas, táxis e camiões industriais, essa rapidez ajuda a manter a actividade sem interrupções. O problema é conhecido: quanto mais depressa se carrega uma bateria, maior é o esforço imposto a ela.

Esse equilíbrio difícil vem incomodando motoristas e fabricantes há anos. As pessoas querem reduzir o tempo parado no carregador, mas também esperam baterias que resistam bem ao uso ao longo do tempo.

Como a substituição de uma bateria de veículo eléctrico pode custar caro, a preocupação com a vida útil ainda faz alguns consumidores hesitarem antes de deixar um carro a combustão.

Agora, investigadores afirmam que podem ter encontrado uma forma de contornar essa limitação. Um novo sistema de IA consegue ajustar o carregamento rápido em tempo real, levando em conta o estado da própria bateria.

Segundo a equipa da Universidade de Tecnologia de Chalmers, na Suécia, e da Universidade Victoria de Wellington, na Nova Zelândia, o método aumentou a vida útil da bateria em quase 23% sem elevar de forma perceptível o tempo de carregamento.

O carregamento rápido desgasta as baterias

Em geral, espera-se que a maioria das baterias de veículos eléctricos dure entre 8 e 15 anos, dependendo do modo de uso e, principalmente, da forma como é carregada.

No carregamento rápido, uma corrente eléctrica elevada é enviada às células em pouco tempo. O calor e a pressão associados a esse processo podem, aos poucos, afectar a química interna da bateria.

Entre os principais efeitos indesejados está a chamada deposição de lítio. Em vez de os iões de lítio se acomodarem de forma organizada na estrutura da bateria, passa a formar-se lítio metálico na superfície do eléctrodo.

O risco da deposição de lítio

Com o passar do tempo, a deposição de lítio reduz a capacidade da bateria e pode gerar estruturas internas irregulares. Em situações mais graves, esse dano pode até aumentar o risco de um curto-circuito.

“A probabilidade de deposição de lítio aumenta com a idade da bateria”, disse o coautor do estudo, Meng Yuan.

“Porém, os métodos padrão de carregamento usados hoje aplicam a mesma corrente e a mesma tensão, independentemente de a bateria ser nova ou já ter sido usada por anos.”

Isso é relevante porque, na prática, os sistemas actuais de carregamento tendem a tratar todas as baterias de forma semelhante.

Assim, uma bateria recém-fabricada e outra já bastante degradada acabam recebendo padrões de carregamento quase idênticos, mesmo tendo comportamentos internos diferentes.

IA aprende um carregamento melhor

O novo sistema de IA altera a corrente de carregamento de acordo com as condições da bateria naquele instante. Para isso, considera o nível de carga e o grau de desgaste já acumulado.

Em vez de manter potência máxima o tempo todo, a solução ajusta continuamente o carregamento para diminuir reacções químicas prejudiciais, sem abrir mão de velocidades elevadas.

“Mostramos que é possível carregar mais ou menos tão rápido quanto hoje, mas com uma degradação de longo prazo significativamente menor da bateria”, disse Yuan.

Para chegar a esse resultado, os investigadores recorreram a uma abordagem de inteligência artificial chamada aprendizagem por reforço. Nesse método, o sistema é treinado por meio de recompensas e penalizações.

Aqui, a IA foi recompensada quando identificava padrões que preservavam tempos de carregamento curtos e, ao mesmo tempo, protegiam a saúde da bateria.

O treino foi feito com simulações baseadas num dos tipos de bateria de veículos eléctricos mais comuns actualmente disponíveis no mercado.

Impactos maiores para os veículos eléctricos

Baterias com maior durabilidade podem reduzir custos de garantia para as montadoras. Além disso, veículos eléctricos usados tendem a manter melhor o valor se os compradores se sentirem mais seguros quanto ao estado da bateria.

Ao mesmo tempo, prolongar a vida útil ajuda a diminuir a procura por matérias-primas como lítio, níquel e cobalto - recursos caros e cuja mineração exige muita energia.

“E, para a indústria automóvel, um aumento de quase 23% na vida útil da bateria pode significar menores custos de garantia, melhor valor de revenda e uso mais eficiente de matérias-primas críticas”, disse Zou.

Há ainda um aspecto ambiental mais amplo. A produção de baterias para veículos eléctricos gera uma quantidade considerável de emissões de carbono.

Quanto mais a bateria dura, mais essas emissões acabam diluídas ao longo da vida do veículo.

Actualização das baterias por software

Um ponto surpreendente do trabalho é o quão directa pode ser a implementação. Os investigadores afirmam que o sistema poderia, em tese, ser incorporado por actualizações de software aos sistemas de gestão da bateria já existentes.

Isso sugere que as montadoras não necessariamente precisariam redesenhar baterias inteiras ou infra-estruturas de carregamento para adoptar a tecnologia.

“Hoje não existem tantos tipos diferentes de baterias, mas o método precisa de ser calibrado para que possa ser usado por todos”, disse Changfu Zou, professor do Departamento de Engenharia Eléctrica de Chalmers.

“Com aprendizagem por transferência, podemos aproveitar o que o nosso modelo de IA já aprendeu e, assim, adaptar o modelo a novas baterias com mais rapidez.”

O futuro do carregamento com IA

A equipa ainda pretende validar a abordagem em baterias físicas reais, para além das simulações em computador.

Se esses testes forem bem-sucedidos, a tecnologia pode vir a aparecer em futuros veículos eléctricos - ou mesmo chegar a modelos actuais por meio de actualizações.

Para quem conduz, o benefício é claro: carregar mais depressa sem aumentar o dano à bateria elimina uma das maiores preocupações associadas aos veículos eléctricos.

“Para reduzir emissões e fazer a transição para uma sociedade sem combustíveis fósseis, é importante que as pessoas estejam preparadas para mudar para veículos eléctricos”, disse Yuan.

“A possibilidade de carregamento rápido, combinada com o aumento da vida útil da bateria, é uma força motriz importante.”

O estudo completo foi publicado na revista científica IEEE Transactions on Eletrificação do Transporte.