Um único conjunto de baterias de lítio proporciona normalmente aos proprietários de carrinhos de golfe a conversão mais ecológica e fiável. As baterias ligadas em paralelo podem aumentar a capacidade e a corrente, mas apenas quando o BMS, os cabos, os fusíveis, o carregador e as especificações das baterias são concebidos como um único sistema.
Vence uma equipa.
Depois de analisar os registos de recolha de baterias, os estudos sobre conjuntos em paralelo, o comportamento dos carregadores e as necessidades elétricas dos carrinhos Club Car, EZGO, Yamaha, ICON e outros carrinhos de 48 V, optaria por um conjunto de baterias de lítio com as dimensões adequadas para a maioria das conversões de carrinhos de golfe, em vez de criar um conjunto externo em paralelo mais complicado.
Porquê criar pontos de falha de que não precisas?
Essa opinião irá incomodar os vendedores que promovem as baterias modulares como sendo, por definição, mais seguras, mais baratas ou mais fáceis de reparar. Mas a dura realidade é simples: duas baterias não proporcionam uma redundância útil apenas pelo facto de ambos os terminais positivos e ambos os terminais negativos estarem ligados.
Os sistemas em paralelo podem funcionar extremamente bem. Podem duplicar a energia armazenada, aumentar a corrente de descarga disponível e facilitar a colocação de um grande conjunto de baterias num suporte de dimensões pouco práticas. No entanto, também implicam a utilização de unidades BMS adicionais, fusíveis, terminais, questões relacionadas com a comunicação, problemas de partilha de corrente e riscos de erros de instalação.
A conversão da bateria de lítio de um carrinho de golfe não deve começar pelo número de módulos. Deve começar pela tensão, pelos watts-hora, pela corrente do controlador, pela compatibilidade do carregador, pelo encaixe físico e pelo ciclo de funcionamento real do carrinho.
Muitos proprietários de carrinhos de golfe utilizam a expressão “baterias em paralelo” para descrever qualquer conversão que envolva mais do que uma bateria. Isso está tecnicamente errado, e a distinção é importante.
Quatro baterias LiFePO4 de 12,8 V e 100 Ah ligadas em série em série criar um banco com valores nominais de 51,2 V e 100 Ah:
12,8 V × 4 = 51,2 V
A tensão aumenta, mas a capacidade em amper-hora mantém-se nos 100 Ah. A energia indicada na placa de identificação é aproximadamente:
51,2 V × 100 Ah = 5 120 Wh
Duas baterias completas de 51,2 V e 100 Ah ligadas em série em paralelo mantêm-se nos 51,2 V, enquanto a capacidade aumenta para 200 Ah:
51,2 V × 200 Ah = 10 240 Wh
Essa é uma configuração de bateria de lítio para carrinhos de golfe muito diferente.
Um único conjunto de 51,2 V contém normalmente 16 grupos de células LiFePO4 ligadas em série dentro de um único invólucro. Esses grupos internos podem conter várias células ligadas em paralelo, mas o carrinho reconhece uma única bateria, um único BMS principal, um único conjunto de terminais de alimentação e uma única estratégia de proteção integrada.
As baterias paralelas externas para um carrinho de golfe consistem em dois ou mais conjuntos completos, cada um com o seu próprio BMS, ligados a um barramento de corrente contínua partilhado.
Antes de escolher qualquer uma das arquiteturas, calcule o consumo de energia em watts-hora, em vez de se limitar a comparar apenas os valores indicados em ampères-hora. O guia da CoreSpark sobre Como determinar a capacidade de uma bateria de carrinho de golfe em watts-hora explica por que razão uma bateria de 36 V e 100 Ah e uma bateria de 51,2 V e 100 Ah não são, de forma alguma, fontes de energia equivalentes.
| Fator de decisão | Conjunto integrado único de baterias de lítio | Várias baterias em paralelo | O meu veredicto |
|---|---|---|---|
| Instalação elétrica principal | Um circuito de alimentação positivo e um negativo | Vários cabos de derivação, barras condutoras e ligações | A embalagem individual é mais higiénica |
| Coordenação do BMS | Um BMS controla todo o conjunto de baterias | As unidades BMS independentes podem reagir em momentos diferentes | É mais fácil prever o volume de uma embalagem individual |
| Partilha de corrente | Integrado no design da embalagem | Depende da resistência, da disposição dos cabos, do estado da bateria e do SOC | A computação paralela exige uma melhor engenharia |
| Energia armazenada | Limitado à capacidade da embalagem selecionada | A capacidade pode ser aumentada através da adição de conjuntos compatíveis aprovados | Vitórias paralelas para a expansão |
| Diagnóstico de avarias | Uma fonte de dados e um histórico de avarias | A avaria pode ter origem na bateria ou na cablagem partilhada | O pacote individual permite um diagnóstico mais rápido |
| Instalação física | Pode ser necessário utilizar uma bandeja personalizada ou um dispositivo de fixação | Os módulos mais pequenos podem caber nos compartimentos de bateria existentes | Depende do carrinho |
| Facilidade de manutenção | Pode ser necessário remover todo o pacote | Um módulo pode ser isolado ou substituído, se o projeto o permitir | A Parallel pode ajudar as frotas |
| Fusão | Fusível ou disjuntor do quadro principal | Proteção principal e proteção de ramificação para cada conjunto | Uma embalagem individual utiliza menos componentes |
| Compatibilidade do carregador | Especificações de uma embalagem | Todos os conjuntos de baterias e BMS ligados têm de aceitar o mesmo perfil de carregamento | A embalagem individual é mais simples |
| Risco de atualização | Mais baixo, quando especificado corretamente | Maior se as baterias diferirem em termos de modelo, idade, SOC, firmware ou resistência | Vitórias com um único pacote para o maior número de conversões |
A tabela deixa a orientação bem clara. No caso de um carrinho particular, de uma instalação pelo revendedor ou de uma conversão normal de uma bateria de lítio de 48 V para um carrinho de golfe, um conjunto integrado elimina vários problemas antes mesmo de estes surgirem.
No entanto, existem exceções legítimas. Um carrinho de resort que opera em dois turnos, um carrinho de serviço que transporta ferramentas ou um veículo de frota de alta capacidade podem necessitar de 7,5 a 10 kWh ou mais. Nesses casos, pode fazer sentido utilizar baterias em paralelo, desde que o fabricante aprove explicitamente essa configuração.
Um sistema de gestão da bateria monitoriza a tensão do grupo de células, a corrente do conjunto de baterias, a temperatura, os limites de carga, os limites de descarga e as condições de curto-circuito. Numa única bateria de lítio para um carrinho de golfe, um único BMS supervisiona toda a carga de tração e toma uma única decisão de proteção.
Com dois conjuntos de baterias ligados em paralelo, cada BMS deteta a corrente do seu próprio ramo. Essas correntes nem sempre se dividem de forma igual.
Um estudo experimental de 2019 sobre desequilíbrios em conjuntos de baterias de iões de lítio ligadas em paralelo concluíram que uma distribuição desigual da corrente pode provocar diferentes taxas de degradação e problemas de sobrecorrente nas células. Os investigadores identificaram a composição química das células, a taxa de descarga, o design das ligações e o estado de carga operacional como fatores que afetam a repartição da corrente.
Uma análise separada de 2022 sobre dinâmica do desequilíbrio de corrente nas baterias em paralelo demonstrou que as diferenças na capacidade da bateria e na resistência interna influenciam tanto a corrente no ramo como o comportamento do estado de carga. Uma bateria envelhecida pode apresentar uma corrente de maior intensidade perto do final de um ciclo de carga ou descarga, em determinadas condições.
Isso é importante num carrinho de golfe.
Suponhamos que dois conjuntos de baterias nominalmente idênticos alimentem um controlador que requer 200 A. A hipótese apresentada na ficha técnica é que cada bateria forneça 100 A. No entanto, se um dos ramos tiver uma resistência mais baixa, células mais novas, cabos mais curtos, terminais mais bem apertados ou um estado de carga diferente, poderá fornecer uma corrente visivelmente superior a metade desse valor.
Então, um BMS entra em desativação.
A segunda bateria pode, de repente, ter de assumir a maior parte ou a totalidade da carga. A menos que esse conjunto de baterias restante, o seu BMS, o seu fusível e o seu ramal de cabos consigam suportar com segurança a procura do controlador, o segundo BMS poderá desligar-se imediatamente a seguir.
Isso não é redundância. Trata-se de um desligamento em duas fases.
As baterias de lítio revelam rapidamente problemas na cablagem, uma vez que podem fornecer uma corrente elevada com uma queda de tensão relativamente reduzida.
Cada terminal de cabo, porta-fusível, junta de barra coletora, seccionador e terminal de bateria adicional acrescenta resistência. A resistência pode ser mínima, mas o calor aumenta proporcionalmente ao quadrado da corrente:
Perda de calor = Corrente² × Resistência
A 200 A, uma ligação com apenas 1 miliohm de resistência dissipa:
200² × 0,001 = 40 W
Quarenta watts concentrados numa ligação solta ou corroída não são um pormenor inofensivo.
Um único conjunto integrado reduz normalmente o número de ligações de alta corrente. Isso facilita a instalação, a verificação do binário, os ensaios de queda de tensão e o diagnóstico térmico.
Para carrinhos que já sofrem de paragens em subidas ou durante a aceleração, a solução da CoreSpark Guia de desligamento do BMS para carrinhos de golfe aborda a relação entre picos de corrente no controlador, resistência do cabo, queda de tensão nas células, incompatibilidade do carregador e proteção do BMS.
Uma bateria LiFePO4 de 16 séries tem uma tensão nominal de 51,2 V, uma vez que cada grupo de células tem uma tensão nominal de aproximadamente 3,2 V. Uma tensão máxima de carga comum é de 58,4 V, com base em 3,65 V por grupo em série, embora a especificação do fabricante da bateria deva determinar a escolha final do carregador.
Com um pacote, o instalador tem de verificar um conjunto de limites de carga.
O carregamento paralelo levanta algumas questões:
Nunca se deve partir do princípio de que duas baterias podem ser ligadas em paralelo simplesmente porque os respetivos rótulos indicam a mesma tensão nominal. O modelo, a composição química, a capacidade, a revisão de produção, o firmware, o estado de carga, a idade e a resistência interna são todos fatores importantes.
E não, um carregador antigo de baterias de chumbo-ácido não se transforma num carregador de lítio só porque o conector encaixa.
Os leitores que ainda estejam a tentar compreender o conceito de tensão nominal devem consultar o Guia comparativo entre baterias de 48 V e 51,2 V para carrinhos de golfe antes de escolher uma configuração de carregador ou controlador.
O LiFePO₄, cuja fórmula química é LiFePO₄, apresenta grandes vantagens em termos de estabilidade térmica quando comparado com muitos cátodos de iões de lítio ricos em níquel. No entanto, “mais estável” não significa imune a utilização indevida, sobrecarga, ligações elétricas incorretas, danos físicos ou defeitos na construção da bateria.
O projeto 2024 do Departamento de Energia dos EUA Plano estratégico para a segurança do armazenamento de energia descreve as baterias LFP como tendo uma densidade energética mais baixa, mas uma boa estabilidade térmica. O mesmo relatório identifica a fuga térmica como a principal preocupação em matéria de segurança das baterias de iões de lítio e refere que o uso indevido elétrico, mecânico ou térmico pode desencadeá-la.
Há uma nuance técnica importante. Uma comparação de células de grande formato, apoiada pelo Laboratório Nacional de Oak Ridge, revelou que a célula LFP testada entrou em fuga térmica mais cedo durante um teste específico de sobrecarga do que as células NCM testadas; no entanto, a reação resultante foi menos grave: a célula LFP libertou fumo denso, enquanto as células NCM testadas pegaram fogo ou explodiram. A conclusão a retirar não é que o LFP seja inseguro. É que o controlo do carregador e a proteção do BMS continuam a ser importantes, mesmo com uma composição química termicamente mais estável. Leia o estudo completo sobre a sobrefaturação.
O exemplo do carrinho de golfe ilustra bem a questão de forma mais direta.
A 2 de março de 2023, a Comissão de Segurança dos Produtos de Consumo dos EUA (CPSC) anunciou uma recolha que abrange cerca de 7 250 baterias RELiON InSight Série 48V, modelo 48V030-GC2. Os produtos destinavam-se a carrinhos de golfe, veículos de baixa velocidade, veículos guiados automaticamente (AGVs) e veículos utilitários todo-o-terreno (UTVs). A CPSC registou cinco incidentes de sobreaquecimento, sem feridos, e um preço de venda inicial de cerca de $1 350. O aviso oficial de recolha da CPSC instruiu os proprietários a deixarem de utilizar as baterias afetadas e a procederem à sua reparação.
Esse recall dizia respeito a um produto comercial de renome, e não a uma bateria caseira montada numa garagem.
A lição é incómoda: a engenharia ao nível do conjunto de baterias, a consistência na produção, a rastreabilidade, o comportamento do sistema de gestão da bateria (BMS) e o apoio correcional são tão importantes quanto as letras “LiFePO4” na caixa.
Não rejeito as baterias em paralelo. Rejeito as instalações em paralelo mal feitas.
A utilização de baterias de lítio em paralelo num carrinho de golfe é justificável quando se verifica, pelo menos, uma das seguintes condições.
Uma bateria de 51,2 V e 105 Ah armazena aproximadamente:
51,2 V × 105 Ah = 5 376 Wh
Isso pode ser adequado para um carrinho recreativo normal, dependendo do terreno, das definições do controlador, da carga de passageiros, do tamanho dos pneus e da autonomia necessária.
Um veículo de frota que necessite de cerca de 10 kWh poderia utilizar um conjunto de 51,2 V e 200 Ah ou dois conjuntos aprovados de 51,2 V e 100 Ah ligados em paralelo. O sistema com dois conjuntos pode caber mais facilmente no compartimento da bateria ou permitir a manutenção de um módulo sem ser necessário deslocar um compartimento de grandes dimensões.
Algumas bases para baterias mais antigas dos modelos Club Car Precedent, Club Car DS, EZGO TXT, EZGO RXV ou Yamaha Drive contêm divisórias e características estruturais concebidas para acomodar várias baterias de chumbo-ácido.
Um conjunto único de grandes dimensões pode exigir uma nova bandeja, uma estrutura de montagem, um sistema de fixação ou uma caixa de proteção. Os módulos paralelos mais pequenos podem, por vezes, aproveitar o espaço disponível de forma mais eficiente.
No entanto, o facto de “caber” não constitui uma norma de engenharia completa. Cada bateria continua a necessitar de uma fixação segura, terminais protegidos, fusíveis de derivação, alívio de tensão dos cabos, proteção contra a água e ventilação, em conformidade com as instruções do fabricante da bateria.
Um operador de frota pode preferir módulos que os técnicos possam remover com equipamento de elevação comum. Esse é um argumento operacional válido.
No entanto, a redundância só existe quando o carrinho pode funcionar em segurança com uma única bateria, a bateria restante consegue suportar toda a carga necessária, o ramo com falha pode ser isolado e o sistema não provoca retroalimentação perigosa nem falhas de comunicação.
Caso contrário, dois conjuntos criam simplesmente duas possíveis fontes de falha.
Isto não é negociável.
A documentação da bateria deve indicar:
Sem essas respostas por escrito, não aprovaria a instalação.
As baterias devem ter o mesmo fabricante, modelo, tensão nominal, capacidade, composição química, hardware do BMS, versão do firmware, configuração dos terminais e, de preferência, o mesmo lote de produção.
Não ligue em paralelo uma bateria de 51,2 V e 100 Ah com uma bateria de 51,2 V e 105 Ah só porque a tensão parece ser compatível. Não misture um conjunto de baterias com três anos com um novo e espere que a partilha de corrente seja igual. Não combine baterias com limites de corrente de pico diferentes.
«Quase certo» não é suficiente.
A ligação de baterias com tensões significativamente diferentes pode gerar uma corrente de equalização elevada. Essa corrente pode ser limitada principalmente pela resistência dos cabos, pela resistência dos terminais, pela resistência das células e pelo comportamento do BMS, e não tanto pelo controlador do carrinho de golfe.
Siga o procedimento de ligação aprovado pelo fabricante da bateria. Nunca improvise utilizando faíscas, terminais quentes ou um BMS desligado como prova de que os conjuntos de baterias se “equilibraram por si próprios”.”
Utilize a mesma secção do cabo, o mesmo tipo de condutor, o mesmo tipo de terminal e o mesmo comprimento de cabo para cada ramificação da bateria.
Não ligue os cabos positivo e negativo do carrinho diretamente aos terminais da bateria mais próxima enquanto o segundo conjunto de baterias estiver ligado com cabos mais compridos. Essa disposição pode fazer com que a bateria mais próxima tenha de trabalhar mais.
Uma disposição das barras colectoras devidamente concebida ou uma ligação diagonal equilibrada ajuda a reduzir as diferenças de resistência entre os ramos. No caso de conversões de alta corrente, deve medir-se a queda de tensão em cada ramo sob carga real, em vez de se confiar na simetria visual.
Cada conjunto em paralelo deve, normalmente, dispor de uma proteção de ramificação com classificação adequada junto ao seu terminal positivo, bem como de uma proteção principal do sistema dimensionada para o controlador, os cabos e a capacidade total da bateria.
Um fusível principal, por si só, pode não ser suficiente para proteger uma bateria da corrente de falha fornecida pela outra bateria através do barramento partilhado.
A seleção do fusível deve ter em conta a tensão nominal de corrente contínua, a capacidade de interrupção, o comportamento tempo-corrente, a corrente contínua prevista, os picos de corrente do controlador e a capacidade de corrente do cabo. Um fusível automóvel que se adapte fisicamente não é automaticamente adequado para um sistema de lítio de 58,4 V CC.
Um projeto paralelo profissional deve responder a uma questão incómoda antes da entrega: o que acontece quando um BMS se desliga em plena carga?
Teste o comportamento em caso de falha controlada e de isolamento, de acordo com os procedimentos do fabricante da bateria e do veículo. Confirme se o restante do conjunto de baterias, a cablagem de derivação e o sistema de proteção não estão sobrecarregados. Verifique se o carregador, o visor, o controlador e a leitura do SOC recuperam corretamente.
Esse teste distingue a verdadeira redundância do que é apenas marketing.
Para a maioria das conversões padrão de veículos Club Car, EZGO ou Yamaha, recomendo uma bateria integrada de LiFePO4 para carrinhos de golfe da classe 48 V ou de 51,2 V com:
Uma única bateria de 51,2 V e 100 Ah ou 105 Ah é, muitas vezes, um ponto de partida sensato para um carrinho recreativo padrão. Um carrinho com suspensão elevada, um carrinho de carga, percursos em terreno acidentado, um controlador CA de alta potência ou a utilização em frota durante todo o dia podem justificar baterias de 150 Ah, 160 Ah, 200 Ah ou um sistema paralelo devidamente concebido.
Não escolha a capacidade por hábito. Utilize o CoreSpark’s Lista de verificação para a conversão de baterias de chumbo-ácido para baterias de lítio de 48 V verificar o controlador, o carregador, o fusível, a cablagem, o tabuleiro, o conversor CC-CC e o sistema de acessórios antes de efetuar uma encomenda.
Os compradores que comparam as plataformas disponíveis em termos de tensão e capacidade também podem consultar o Autonomia da bateria de um carrinho de golfe de 48 V.
Antes de escolher a melhor bateria de lítio para a conversão de um carrinho de golfe, peça ao fornecedor respostas por escrito às seguintes perguntas:
Essa última questão é frequentemente ignorada. A Agência de Proteção Ambiental dos EUA afirma que as baterias de iões de lítio não devem ser colocadas no lixo doméstico nem nos contentores de reciclagem municipais, uma vez que o esmagamento ou danos durante o manuseamento podem representar um risco de incêndio. Em vez disso, recomenda-se o recurso a canais de recolha de baterias ou de resíduos perigosos devidamente certificados. Orientações da EPA sobre a eliminação de baterias de iões de lítio.
Um fornecedor que não consiga responder a estas perguntas não está a vender um sistema de conversão. Está a vender uma caixa e a transferir o risco de engenharia para si.
Uma única bateria de lítio é, geralmente, a melhor opção para um carrinho de golfe quando um conjunto com as dimensões adequadas consegue satisfazer os requisitos de tensão, watts-hora, corrente contínua, corrente de pico e adaptação física, uma vez que reduz as ligações de alta corrente, elimina o desequilíbrio externo entre conjuntos, simplifica o carregamento e proporciona ao instalador um único BMS coordenado para diagnosticar e proteger.
As baterias em paralelo tornam-se uma opção razoável quando é necessário um projeto aprovado pelo fabricante para obter maior capacidade energética, manutenção modular, dimensões invulgares das bandejas ou operações de frotas. Não devem ser utilizadas apenas porque várias baterias mais pequenas parecem mais baratas ou mais fáceis de adquirir.
As baterias de lítio em paralelo consistem em dois ou mais conjuntos completos de baterias ligados polo positivo a polo positivo e polo negativo a polo negativo, de modo a que a tensão nominal do sistema se mantenha inalterada, enquanto a capacidade total em ampères-hora e os watts-hora armazenados aumentam, mantendo cada conjunto as suas próprias células, BMS, terminais, cablagem de derivação, dispositivos de proteção e características de resistência interna.
Por exemplo, duas baterias de 51,2 V e 100 Ah ligadas em paralelo formam um conjunto de 51,2 V e 200 Ah, com aproximadamente 10,24 kWh de energia nominal. O fabricante deve aprovar os conjuntos para funcionamento em paralelo.
Duas baterias de lítio de 48 V para carrinhos de golfe só podem ser ligadas em paralelo quando o fabricante o autorizar explicitamente e especificar os requisitos de compatibilidade relativos ao modelo, composição química, capacidade, firmware, idade, estado de carga, diferença de tensão, resistência dos cabos, proteção de ramificação, método de carregamento, cablagem de comunicação e o número máximo de conjuntos ligados suportado.
Não basta apenas igualar a tensão indicada na etiqueta. Antes de as ligar, certifique-se de que cada conjunto consegue suportar com segurança a corrente de ramificação prevista e de que um dos conjuntos consegue tolerar a alteração da carga caso o outro BMS se desligue.
A melhor configuração de bateria de lítio para a maioria das conversões de carrinhos de golfe de 48 V consiste num conjunto integrado de LiFePO4 de 51,2 V com watt-hora suficientes para o percurso, um BMS adaptado à corrente contínua e de pico do controlador, um carregador homologado, proteção adequada contra corrente contínua, montagem segura, proteções contra temperatura e dados de diagnóstico acessíveis.
Uma bateria de 100 Ah ou 105 Ah pode ser adequada para um carrinho recreativo padrão, enquanto carrinhos com suspensão elevada, percursos em declive, transporte de carga, pneus grandes, controladores de potência elevada e utilização em frotas podem exigir 150 Ah, 200 Ah ou uma configuração em paralelo concebida pelo fabricante.
Uma conversão segura de um carrinho de golfe para baterias de lítio é um processo de substituição ao nível do sistema que verifica a tensão nominal, os limites do controlador, o perfil do carregador, a corrente do BMS, o estado dos cabos, as capacidades dos fusíveis, a resistência da bandeja, a fixação da bateria, a alimentação CC-CC dos acessórios, a tensão da travagem regenerativa, a proteção contra temperatura, a compatibilidade do visor do SOC e o desempenho sob carga, antes de o carrinho convertido entrar em serviço normal.
Desligue a bateria antiga de acordo com o manual do veículo, remova a corrosão, inspecione todas as ligações de alta corrente, instale o sistema de lítio aprovado e teste o carregamento, a aceleração, a condução em subidas, a travagem, os acessórios, o baixo nível de SOC e os relatórios de falhas do BMS antes da entrega.
Para a maioria dos carrinhos de golfe, opte por um conjunto de baterias de lítio devidamente concebido. Utilize baterias em paralelo apenas quando a procura de energia medida, a corrente do controlador, a geometria do suporte ou os requisitos de manutenção da frota justifiquem efetivamente o hardware adicional.
Envie o modelo do carrinho, as especificações do controlador, a tensão da bateria atual, a distância percorrida diariamente, o tipo de terreno, a carga de passageiros, o tamanho dos pneus, a lista de acessórios, as dimensões das bandejas disponíveis e a quantidade a encomendar à CoreSpark através do seu Serviço personalizado de engenharia de baterias LiFePO4 para OEM/ODM.
Solicite uma recomendação por escrito que abranja a tensão do conjunto de baterias, os watts-hora, a corrente contínua e de pico do BMS, a potência de saída do carregador, as dimensões, a proteção dos circuitos derivados, as opções de comunicação, a documentação e a aprovação para funcionamento em paralelo.
Faz isso primeiro.
É muito mais barato do que ter de diagnosticar duas baterias, três terminais sobreaquecidos, um BMS desligado e um cliente irritado no sopé da primeira colina.
