Modelos analíticos na predição do tempo de vida de baterias utilizadas em dispositivos móveis

Abstract

Nas últimas décadas, a utilização de dispositivos móveis tem aumentado significativamente devido, principalmente, à proliferação no acesso à tecnologia sem fio. Estes dispositivos podem ser utilizados nas mais diversas áreas: no lazer, trabalho, segurança, entre outras. No entanto, o uso destes dispositivos está limitado ao tempo de vida da bateria, existindo, desta forma, a necessidade da utilização de algum método para determinar por quanto tempo o dispositivo pode ser utilizado. Um destes métodos é a utilização de modelos matemáticos que, a partir de suas equações permitem estimar o tempo de vida destas baterias. Neste trabalho é apresentada uma análise comparativa de três modelos analíticos utilizados na predição do tempo de vida de uma bateria: o modelo Linear, a Lei de Peukert e o modelo de Rakhmatov-Vrudhula. Os dois primeiros modelos foram escolhidos em virtude de serem considerados simples e, por este motivo, muito utilizados e referenciados na literatura. Porém, em virtude de sua simplicidade, não consideram os efeitos não-lineares que ocorrem durante a descarga da bateria, e que afetam significativamente a sua capacidade e tempo de vida. Já o terceiro modelo, o de Rakhmatov-Vrudhula, foi escolhido em virtude de considerar os efeitos não-lineares no processo de descarga da bateria e ser facilmente configurável para qualquer tipo de bateria. Todos os modelos foram implementados na ferramenta computacional Matlab e realizadas um conjunto de simulações computacionais considerando os parâmetros de uma bateria de lítio-íon. Diferentemente de outros trabalhos, os resultados das simulações foram comparados com os resultados obtidos a partir de uma plataforma de testes (i.e. testbed), especialmente desenvolvida para esta finalidade. Os testes experimentais foram realizados no laboratório do Grupo de Automação Industrial e Controle (GAIC) da Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Garnde do Sul, campus de Ijuí, RS. A partir da análise dos resultados das simulações pode-se verificar que o modelo Linear apresentou resultados não satisfatórios, chegando, em alguns casos, apresentar um erro de predição do tempo de vida próximo aos 30 %. Já os modelos de Rakhmatov-Vrudhula e Lei de Peukert apresentaram resultados médios de erro muito próximos. No entanto, o Modelo de Rakhmatov-Vrudhula se apresentou mais ajustado a partir de perfis de descargas constituídos por correntes altas, enquanto que a Lei de Peukert apresentou melhores resultados a partir de perfis de descargas formados por correntes baixas. Cabe ressaltar que, neste trabalho, foram utilizadas apenas correntes constantes no tempo, como trabalho futuros pretende-se estender o estudo para contemplar cargas variáveis.