Avanços no armazenamento de energia em Drones

Quando fala-se em aplicações como veículos aéreos não tripulados (mais conhecidos por Drones), um dos principais desafios tecnológicos enfrentados é a questão da autonomia durante operação. Quanto maior o peso da carga de um drone, maior o consumo de bateria e portanto menor autonomia durante operação. Portanto, o desempenho de um drone depende completamente de sua bateria.

Recentes pesquisas mostram avanços tecnológicos em baterias de lítio de alta densidade de energia de até 265 Watt-hora por quilograma. Para se ter ideia, uma bateria típica para veículo aéreo não tripulado com tecnologia de lítio polímero tem densidade de energia na faixa de 150 a 200 Wh/kg.

Comparativamente, veículos elétricos de alto desempenho usam células na faixa de 210 Wh/kg. Isso significa que drones serão capazes de voar por períodos maiores de tempo ao mesmo tempo que serão menores e mais leves.

Apesar do mercado mundial oferecer sistemas avançados de armazenamento de energia a especificação apurada de acordo com os requisitos de projeto ainda é o fator chave para garantir a autonomia otimizada nos veículos aéreos não tripulados. Haja visto que outros parâmetros da bateria como dissipação térmica, resistência interna, número de ciclos (envelhecimento), entre outros, podem prejudicar o desempenho e / ou a segurança requerida.  

Tecnologia em bateria de lítio-íon

Dentre as tecnologias de acumuladores de energia, as baterias a base de lítio (Li) vem se destacando por apresentarem elevada densidade de potência e de energia e excelente desempenho em diversas aplicações, sendo até mesmo consideradas as sucessoras naturais das baterias de níquel cádmio e níquel metal hidreto (a qual possui energia específica duas vezes menor que a bateria de Li-íon) cujas características são fundamentais para a viabilização das tecnologias dos veículos elétricos e híbridos.

Entre suas principais vantagens em relação à outras tecnologias destacam-se:

  •     Tensão elevada (na ordem de 4 V);
  •     Alta densidade energética e de potência;
  •     Baixa taxa de autodescarga;
  •     Menor peso e volume;
  •     Vida útil superior (elevado número de ciclos de recarga e descarga);
  •     Baixo impacto ambiental, pois não possuem materiais tóxicos, como chumbo, cádmio e mercúrio.

Estas vantagens técnicas em relação às demais tecnologias de armazenamento de energia faz com que a bateria de lítio-íon se apresenta como o “estado-da-arte” em baterias avançadas para aplicação em drones tendo, consequentemente, papel fundamental para a viabilização em grande escala dos veículos aéreos não tripulados. Apesar de todo esforço e pesquisa para aperfeiçoar a tecnologia da bateria de lítio-íon, um dos seus desafios é a questão da segurança e a operação equilibrada quando as células são interligadas em série e/ou paralelo. O eletrólito da bateria de lítio é um material orgânico, que é reativo e opera numa faixa bem definida de tensão. Caso os limites de tensão sejam ultrapassados, podem ocorrer reações exotérmicas culminando com a explosão da bateria. A maneira de viabilizar o uso da bateria de lítio-íon, independente de sua aplicação, foi introduzir na célula um circuito eletrônico para controlar sua operação, impedindo condições de risco tais como sobrecarga, subcarga, temperatura elevada, curto circuito externo, etc. – ou seja, se um dos limites é ultrapassado, o circuito eletrônico desabilita a bateria, prevenindo a ocorrência destes fatores indesejáveis.

Sender Rocha

Sender Rocha dos Santos possui graduação em Engenharia Elétrica com ênfase em Sistemas Eletrônicos pela Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ) (2008) e mestrado em Controle, Automação e Sistemas Inteligentes pela UERJ (2015). Atualmente é engenheiro pesquisador do Centro de Pesquisa e Desenvolvimento em Telecomunicações (CPqD), Campinas. Tem experiência na área de Engenharia Elétrica, atuando principalmente em Sistema de Controle, Eletrônica de Potência, Microeletrônica, Sistemas Avançados de Armazenamento de Energia, Engenharia de Manutenção, Mineração de Dados, Inteligência Computational, Robótica, Machine Learning, Adaptive Filtering, Redes Neurais Artificiais e Computação Evolucionária. Atua em projetos de powertrain de veículos elétricos e algoritmos para sistemas embutidos. Desenvolve simulações baseadas em modelos para analise de desempenho de veículo elétrico e hibrido e para caracterização de sistema de bateria. Sender é membro do IEEE e é autor de artigos de congressos. Possui 01 Patente Internacional (PCT) e 03 patentes depositadas no Brasil.