Efeitos da temperatura e da tensão na carga e na saúde de módulos de baterias de íons de lítio em veículos elétricos leves

Por que dias quentes importam para baterias de e-bikes

Bicicletas e scooters elétricos prometem deslocamento mais limpo e fácil, mas as baterias que os alimentam enfrentam silenciosamente problemas com o calor. Este estudo investiga o interior do pack de baterias de um veículo elétrico leve para entender como a condução no mundo real e diferentes temperaturas — de um ambiente ameno a calor de deserto — alteram a quantidade de energia que a bateria pode armazenar e sua vida útil. Os resultados ajudam a explicar por que a autonomia cai em dias muito quentes e por que refrigeração e carregamento mais inteligentes são essenciais para uma mobilidade urbana segura e durável.

Analisando um pequeno veículo elétrico

Os pesquisadores focaram em um tipo comum de veículo elétrico leve, semelhante a uma bicicleta com assistência elétrica, equipado com um pack de baterias de 48 volts composto por 52 pequenas células cilíndricas. Em vez de tratar o pack como uma caixa preta única, desmontaram-no para que cada célula pudesse ser medida em uma bancada de testes especial. Para cada célula, determinaram quanto de carga ela podia armazenar e qual era seu estado de saúde em comparação com quando era nova. Em seguida, remontaram o pack, montaram o veículo em rolos e o submeteram a um ciclo de condução padronizado usado em testes para motocicletas, simulando tráfego urbano com paradas e partidas e picos de velocidade.

Aumentando o calor de forma controlada

Para observar como a temperatura altera o comportamento da bateria, a equipe colocou todo o pack em uma caixa metálica selada onde podiam fixar o ambiente a 25, 35, 45 ou 65 graus Celsius. Enquanto o veículo "dirigia" nos rolos, sensores registravam tensão, corrente e temperatura em tempo real, tanto na superfície do pack quanto próximo ao seu centro. Após cada série de testes em uma dada temperatura, o pack foi novamente desmontado para que a capacidade de carga e a saúde de cada célula pudessem ser reavaliadas. Imagens de câmera térmica forneceram uma visão direta de como o calor se acumulava e se espalhava dentro do módulo durante o uso e o carregamento.

O que acontece com carga e saúde quando esquenta

Em temperaturas moderadas — por volta de 25 a 35 graus Celsius — a bateria se comportou bem. O pack conseguia carregar próximo à sua tensão alvo, e a condução simulada consumia energia de forma estável, com apenas pequenos aumentos de temperatura. Nesse intervalo, o estado de carga (quão cheia está a bateria) e o estado de saúde (quanto de capacidade resta em comparação com nova) permaneceram dentro de limites desejáveis. Mas, à medida que a temperatura subiu para 45 graus e especialmente para 65 graus, surgiram problemas. O pack perdeu tensão mais rapidamente durante o ciclo de condução, o que significa menor autonomia do veículo. Algumas células perderam uma parte perceptível de sua capacidade original, caindo abaixo de limites de saúde comumente aceitos para uso contínuo em veículos.

O calor se esconde no centro

Imagens térmicas e leituras dos sensores revelaram que o calor não se espalha de maneira uniforme. As células centrais do módulo rodavam consistentemente mais quentes que as das bordas. No teste ameno de 25 graus, o ponto mais quente dentro do pack atingiu pouco menos de 30 graus, mas no ensaio a 65 graus o núcleo quente ultrapassou 80 graus. Durante o carregamento, a situação piorou: o pack retinha calor no seu interior, enquanto a eletrônica de proteção e os cabos também aqueciam. Na temperatura mais alta, o sistema de gerenciamento de bateria interrompeu o carregamento antecipadamente para evitar danos, o que protegeu o pack, mas também fez com que algumas células ficassem subcarregadas em relação a outras. Esse desequilíbrio reduziu ainda mais a energia utilizável e acelerou o envelhecimento nas células mais sobrecarregadas.

Lições de projeto para viagens mais seguras e duradouras

No geral, o estudo mostra que baterias de veículos elétricos leves são confortáveis apenas em uma janela térmica relativamente estreita, aproximadamente 25 a 35 graus Celsius. Acima disso, elas perdem energia mais rápido, envelhecem mais rapidamente e desenvolvem pontos quentes desiguais — especialmente no centro do pack — enquanto a eletrônica de proteção tem mais dificuldade para mantê-las seguras. Para os usuários, isso se traduz em menor autonomia e maior risco de substituição prematura da bateria em climas quentes. Para projetistas e planejadores urbanos, o trabalho reforça a necessidade de soluções simples, mas eficazes, de resfriamento ou ventilação, layouts de pack mais inteligentes que evitem núcleos superaquecidos e monitoramento cuidadoso da saúde a nível de célula. Com essas medidas, pequenos veículos elétricos podem oferecer transporte mais limpo sem sacrificar segurança ou vida útil da bateria.

Citação: Quintana, J.M., Paredes-Rojas, J.C., Vázquez-Medina, R. et al. Temperature and voltage effects on the charge and health of lithium-ion battery modules in light electric vehicles. Sci Rep 16, 9408 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40094-5

Palavras-chave: baterias de íon-lítio, bicicletas elétricas, temperatura da bateria, saúde da bateria, gerenciamento térmico