Todos os segredos da bateria Ultium (e como a GM irá melhorá-la)

O Cadillac Lyriq é um dos primeiros modelos a utilizar a plataforma Ultium da General Motors. Este sistema de propulsão agora sustenta todos os EVs atuais (e futuros), com exceção do Chevrolet Bolt EV.

O sistema Ultium, portanto, é, em certo sentido, o centro no qual gira todo o processo com o qual a empresa americana está enfrentando a transição energética. O InsideEVs US então entrevistou Jerry Beemer, que lidera a equipe de propulsão de EV da GM, para entender em detalhes como essa tecnologia funciona.

O núcleo desse sistema é a célula de bateria Ultium, um pacote longa e fino de 103 amp/hora (Ah) que utiliza um derivado da química de níquel manganês cobalto (NMC). Isso significa uma tensão de pico de cerca de 4,2V e uma tensão nominal de cerca de 3,6V. O próximo Chevrolet Bolt supostamente estará na mesma plataforma, mas utilizará uma química de lítio-ferro-fosfato (LFP). Isso significa que a tensão de pico da célula será de cerca de 3,65 V, com a tensão nominal em torno de 3,2 V.

Células de bateria Ultium de 103Ah da GM

Não está claro se essas células terão o mesmo formato das células Ultium atuais, mas Beemer me disse que a célula em si não é vital para a plataforma. Na China, por exemplo, "vendemos Lyriqs com um pacote baseado em módulos como temos hoje, mas é uma química diferente, um fator de forma diferente dos esquemas prismáticos nesses pacotes", disse Beemer. 

Em outras palavras, há outros elementos-chave que fazem da plataforma Ultium o que ela é. Isso se refere ao sistema de gerenciamento de bateria, à construção do pacote centrado no módulo e a outros detalhes, como como a eletrônica de potência se comunica entre si. O sistema não é definido pela célula de 103 Ah que a maioria dos EVs norte-americanos da GM usa.

Falando nessas células, existem 24 delas inseridas em cada módulo do Lyriq, para uma tensão nominal do módulo de cerca de 29V. Cada módulo é conectado em série para obter a configuração do pacote Lyriq. Esse detalhe desmente a confiança da GM em sua arquitetura de baixa tensão. Para aumentar a tensão, seria necessário um retrabalho da construção do módulo. Por esta razão, os veículos que cabem menos módulos do que o Lyriq provavelmente funcionarão a uma tensão mais baixa.

O Hummer EV usa as mesmas células e módulos, mas a configuração do pacote deste monstro é maior porque, basicamente, ele monta dois pacotes Lyriq empilhados um sobre o outro. O Hummer aciona os motores a 400 V, mas pode carregar a 800 V graças aos contatores que conectam as duas partes da bateria em série.

A bateria do Hummer EV

Em termos de alimentação do trem de força com essa tensão mais alta, Beemer disse que a montadora "analisou 800 volts... no contexto da fabricação de linha completa". 

No entanto, a GM não acredita que tensões de funcionamento mais altas sejam uma peça-chave do quebra-cabeça, pelo menos no momento. "[Não] direi que nunca chegaremos lá", disse-me Beemer, mas ele indicou que a redução de custos por meio do aumento do volume de produção foi um primeiro passo mais importante. 

A tensão mais baixa claramente não está prejudicando as taxas de descarga do sistema. A bateria do Hummer, apesar de operar na região de 400V, ainda pode fornecer uma explosão de 745 kW (1.000 cavalos de potência). O Lyriq AWD com metade dos módulos pode logicamente fornecer uma potência de pico de cerca de 373 kW (500 cv). 

O Lyriq pode carregar a 190 kW continuamente em uma estação. O cálculo de uma tensão de carga de pico é difícil porque a GM é compreensivelmente cautelosa ao revelar o buffer de tensão de carga e descarga da célula Ultium - outras montadoras que estão desenvolvendo pacotes de baterias adorariam saber esse tipo de coisa. 

Esse buffer é a diferença entre a capacidade calculada do pacote com uma tensão de pico conhecida, derivada da química, e a capacidade utilizável declarada pela GM. Para ser mais preciso, cada célula não está sendo carregada até o máximo de cerca de 4,2 V e não está sendo descarregada até o mínimo de 2,0 V a 2,8 V, principalmente por causa da vida útil e da segurança do ciclo. Uma estimativa de pico de 4,1 V significaria uma tensão de carga de 393,6 V. 

Em termos de carga sob frenagem regenerativa, o Lyriq pode receber até 240 kW, o que demonstra a confiança que a GM tem no sistema. Se fosse conservador, não veríamos números de frenagem regenerativa muito mais altos do que a taxa de carga contínua do pacote.

Será ainda mais interessante ver até onde a montadora leva essas taxas de carga/descarga no Lyriq V, que é uma versão de desempenho amplamente especulada do carro. É provável que ela aumente ainda mais esses limites de carga/descarga, talvez sem alterar a célula principal. 

De fato, Beemer disse que a montadora "ainda não percebeu todo o potencial" da unidade. No caso da GM, isso significa trabalhar com a física do que deve acontecer com a célula/módulo/pacote sob determinadas condições e correlacionar essas informações aos dados de teste. 

"A grande maioria do nosso trabalho agora é analítico e, em seguida, apoiado por alguns testes importantes que o validam", disse Beemer.

Portanto, embora a GM aplique sua célula de 103 Ah no módulo 8S 3P na maioria de seus veículos elétricos, os dados de teste podem indicar que diferentes configurações são possíveis. À medida que a montadora avança na eletrificação, podemos esperar que mais potencial seja liberado a partir de qualquer fator que pareça ideal, sejam pacotes, células cilíndricas ou prismáticas. Um momento empolgante no mundo dos veículos elétricos.

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