Conjuntos de baterias de veículos elétricos: configuração, construção e reparabilidade

Um conjunto de baterias de um veículo elétrico liga células num sistema que armazena energia e fornece potência ao veículo. As ligações elétricas definem a tensão e a capacidade em amperes-hora; o arrefecimento, a proteção e a integração no veículo influenciam o peso, o aproveitamento do espaço e as possibilidades de reparação.

Este capítulo parte de Fundamentos das baterias e Formatos de células para explicar como as células são ligadas, montadas e integradas no veículo.

O que contém um conjunto de baterias

As células armazenam energia, enquanto os barramentos e outros condutores as ligam entre si e ao veículo. A caixa mantém o conjunto no lugar e protege-o do ambiente e de danos mecânicos. O sistema de arrefecimento remove calor durante a condução e o carregamento; o aquecimento pode preparar uma bateria fria para utilização.

O sistema de gestão da bateria (BMS) monitoriza tensões, temperaturas e corrente para manter a carga e a descarga dentro dos limites de funcionamento. Os contactores ligam o conjunto ao circuito de alta tensão do veículo ou isolam-no desse circuito. Os fusíveis e, em alguns projetos, os dispositivos de corte pirotécnicos oferecem proteção adicional em caso de avaria ou colisão. Estas funções trabalham em conjunto: detetar uma condição insegura só é útil se o sistema conseguir limitar a potência ou interromper o circuito em causa. Nexperia: sistemas de gestão de baterias para automóveis

Abrir os contactores não elimina a energia armazenada nas células. As orientações de intervenção de emergência da Tesla tornam esta distinção explícita: mesmo depois de desativado o sistema de alta tensão do veículo, o conjunto mantém energia armazenada e os componentes danificados devem ser tratados como potencialmente sob tensão. Tesla: guia de intervenção de emergência do Model 3

Para mais pormenores sobre monitorização e controlo da temperatura, consulte Sistema de gestão da bateria e Gestão térmica da bateria.

Como funcionam as ligações em série e em paralelo

As configurações das baterias usam s para ligações em série e p para ligações em paralelo. Uma disposição 3s4p tem três grupos ligados em série, cada um com quatro células ligadas em paralelo: 12 células no total.

A série soma tensão; o paralelo soma capacidade

Ligar em série células com características equivalentes soma as suas tensões. A mesma corrente percorre cada posição da série, enquanto a capacidade em amperes-hora continua a ser a de uma célula ou de um grupo em paralelo.

Ligar em paralelo células com características equivalentes mantém a tensão do grupo igual à de uma célula e soma as suas capacidades em amperes-hora. As células partilham a corrente, embora diferenças de resistência, temperatura e ligações possam tornar essa partilha desigual. Um circuito de monitorização ligado aos terminais do grupo observa uma tensão comum, em vez de uma tensão separada para cada célula em paralelo. Texas Instruments: monitorização de grupos de células em paralelo O papel destes grupos monitorizados na manutenção de níveis de carga equilibrados é explicado em Equilibragem de células.

Para células idênticas, as relações básicas são:

• Tensão nominal do conjunto = número de grupos em série × tensão nominal da célula.
• Capacidade do conjunto em Ah = células por grupo em paralelo × capacidade da célula em Ah.
• Energia nominal aproximada em Wh = tensão nominal × capacidade em Ah.

Os amperes-hora medem carga elétrica; os quilowatts-hora medem energia. Um valor Ah superior não significa necessariamente mais energia se a tensão do conjunto for inferior. A tensão também varia durante a utilização, pelo que multiplicar a tensão nominal pelos Ah é uma aproximação, não uma medição da energia fornecida ao longo de uma descarga.

Um exemplo de cálculo

Considere um conjunto ilustrativo com ligações 96s46p e células com valores nominais de 3,7 V e 4,8 Ah. São valores assumidos para explicar o cálculo, não especificações de um veículo de produção.

Reconfigurar as mesmas células para 192s23p duplicaria a tensão nominal e reduziria a capacidade em Ah para metade. A energia calculada manter-se-ia. Isto mostra por que razão a classe de tensão e a dimensão da bateria descrevem propriedades diferentes.

Um exemplo documentado é o Mitsubishi i-MiEV de 2012 para o mercado norte-americano. O relatório de ensaio do Departamento de Energia dos Estados Unidos indica 88 células, 3,7 V de tensão nominal por célula, 325,6 V de tensão nominal do conjunto e 50 Ah de capacidade nominal do conjunto. Estes valores são coerentes com 88s1p: 88 × 3,7 V = 325,6 V, e 325,6 V × 50 Ah = 16,28 kWh, arredondados para os 16,3 kWh nominais do relatório. O documento regista separadamente 14,6 kWh medidos no ensaio inicial de capacidade em laboratório. A energia nominal e a energia medida não devem ser usadas como equivalentes. US Department of Energy: ensaio da bateria do Mitsubishi i-MiEV de 2012

Os grupos elétricos são diferentes dos módulos

O número de módulos descreve a montagem física. Um módulo pode conter células ligadas em série, em paralelo ou de ambas as formas; as ligações dentro dos módulos e entre eles determinam a tensão do conjunto.

O conjunto de 100 kWh do Porsche Macan Electric, introduzido em 2024, tem 12 módulos, cada um com 15 células prismáticas ligadas em série. Na configuração normal de alta tensão, a disposição resultante das 180 células é 180s1p. Porsche: bateria e carregamento do Macan

O Audi Q8 55 e-tron, introduzido no final de 2022, ilustra uma disposição diferente. A Audi documenta 36 módulos e 432 células para a família Q8 e-tron e especifica 114 kWh brutos, 106 kWh líquidos e 396 V nominais para o conjunto maior. Audi: bateria de alta tensão PPE Audi: capacidade da bateria e carregamento do Q8 e-tron

O que muda com a tensão do conjunto

A potência elétrica é a tensão multiplicada pela corrente: P = V × I. Para uma dada potência, aumentar a tensão reduz a corrente necessária.

Numa transferência idealizada de 300 kW, 400 V exigem 750 A, enquanto 800 V exigem 375 A. O aquecimento resistivo segue I²R. Se a resistência não mudar, reduzir a corrente para metade diminui esse aquecimento para um quarto. Os projetistas podem usar esta relação para reduzir perdas, a dimensão dos condutores ou uma combinação de ambas.

São cálculos a tensões especificadas. Um veículo descrito como tendo uma arquitetura de 400 V ou 800 V não funciona exatamente a essa tensão durante todo o ciclo de carga. A tensão nominal, a tensão máxima e a classe geral da arquitetura são especificações diferentes.

Uma tensão mais elevada exige também eletrónica de potência, isolamento, conectores e equipamento de carregamento compatíveis. Por si só, não determina o tempo de carregamento: a aceitação de carga das células, a temperatura da bateria, a curva de carregamento e os limites do posto continuam a determinar quanta potência chega ao conjunto.

Ligar um conjunto de 800 V a um carregador de 400 V

Um veículo pode usar conversão de tensão ou reconfigurar a bateria para aceitar uma tensão de carregamento inferior. A implementação determina a potência de carregamento disponível.

Para o sistema de 100 kWh do Macan, a Porsche descreve um interruptor que divide o conjunto em dois bancos para o carregamento a 400 V. Os bancos são carregados em simultâneo, após o alinhamento dos seus estados de carga, se necessário. A Porsche especifica até 135 kW para este modo, face a um máximo de 270 kW num posto de 800 V adequado. Os 135 kW são o limite de carregamento do veículo nesse modo, não uma potência atribuída a cada banco. Porsche: bateria e carregamento do Macan

Para métodos de conversão de tensão, curvas de carregamento e limites dos postos, consulte Carregamento de baterias e desempenho de carregamento.

Módulos, cell-to-pack e integração estrutural

Três perguntas distintas ajudam a compreender as descrições dos conjuntos: como as células estão ligadas eletricamente, como estão agrupadas fisicamente e como a bateria contribui para a estrutura do veículo. Termos como cell-to-pack e bateria estrutural dizem respeito às duas últimas perguntas. Não especificam a química das células nem a disposição em série e paralelo.

Conjuntos baseados em módulos

Num projeto modular, as células são montadas em módulos antes de esses módulos serem instalados no conjunto:

Célula → módulo → conjunto → veículo

Os módulos proporcionam unidades definidas para suporte, ligações e manuseamento das células. Podem também permitir variar a capacidade alterando o número de módulos. A contrapartida é o espaço e a massa das caixas, conectores e fixações repetidos.

As baterias do Audi Q6 e-tron mostram como esta abordagem pode ser adaptada a capacidades diferentes. O conjunto de 100 kWh brutos usa 12 módulos e 180 células; a versão de 83 kWh usa dez módulos e 150 células. A Audi também atribui parte da melhoria no aproveitamento do espaço do conjunto PPE a menos ligações e fixações de módulos do que nos seus projetos anteriores. Assim, menos módulos, mas de maiores dimensões, podem reduzir o material auxiliar de montagem mantendo uma estrutura modular. Audi: bateria de alta tensão PPE

Cell-to-pack

Cell-to-pack (CTP) elimina ou reduz a caixa intermédia convencional dos módulos:

Célula → conjunto → veículo

Um conjunto CTP pode usar filas, estruturas e grupos comprimidos para suportar e ligar as células. O arrefecimento e a proteção continuam a ser essenciais. A oportunidade de engenharia consiste em combinar funções e eliminar material repetido.

O projeto Qilin da CATL combina funções estruturais, de arrefecimento e de interface térmica numa camada intermédia entre as células. No lançamento, em junho de 2022, a CATL anunciou um aproveitamento de volume de 72%. Esta é a métrica de aproveitamento do espaço do fabricante, não uma medida da eficiência de carregamento nem da capacidade utilizável da bateria. CATL: anúncio da bateria Qilin CTP 3.0

A apresentação da PowerCo Unified Cell pela Volkswagen, em setembro de 2025, combinou um formato de célula prismática normalizado com um sistema de bateria CTP. A empresa descreveu o formato como compatível com várias químicas. Um formato de célula comum e um método de integração do conjunto podem, portanto, ser discutidos separadamente dos materiais usados no interior da célula. Volkswagen: Unified Cell e sistema cell-to-pack

BYD Blade e cell-to-body

A Blade Battery da BYD usa células LFP compridas, dispostas para aproveitar eficientemente o espaço do conjunto. Blade descreve um projeto de bateria específico; LFP identifica a química das células.

Para o BYD Seal lançado na Europa em 2023, a BYD descreve uma construção cell-to-body (CTB) em que a tampa superior da bateria está integrada no piso da carroçaria. A tampa, as células e o tabuleiro formam uma estrutura que contribui para a carroçaria do veículo. Isto vai além de eliminar as caixas dos módulos no interior de um conjunto convencional. BYD: lançamento europeu do Seal e construção cell-to-body

Os conjuntos estruturais podem manter módulos

Uma bateria estrutural participa no suporte das cargas do veículo. Integrar funções da bateria e da carroçaria pode reduzir material duplicado, mas o termo não prescreve uma única disposição interna.

As entregas do Model Y da Tesla a partir de Austin, em abril de 2022, usavam células 4680 e conjuntos estruturais. O relatório da Tesla para o mesmo período descreve a produção inicial do Model Y em Berlim com células 2170 e conjuntos não estruturais. A fábrica e a versão são relevantes; o nome Model Y, por si só, não identifica a construção da bateria. Tesla: relatório do primeiro trimestre de 2022 entregue à SEC

O Porsche Cayenne Electric oferece um exemplo modular. A Porsche descreve a bateria de 113 kWh brutos como parte da estrutura da carroçaria, apesar de conter seis módulos e 192 células de bolsa. Cada módulo tem placas de arrefecimento por cima e por baixo. A integração estrutural e a construção modular coexistem neste projeto. Porsche: sistema de alta tensão do Cayenne Electric

Comparar a densidade energética dos conjuntos

A densidade energética gravimétrica, muitas vezes chamada energia específica, expressa a energia por unidade de massa em Wh/kg.

Num conjunto completo, a massa inclui as células e os componentes instalados com elas. Os valores ao nível da célula excluem grande parte desses componentes e não devem ser comparados diretamente com valores ao nível do conjunto.

O cálculo é simples:

Energia específica do conjunto (Wh/kg) = energia bruta do conjunto (kWh) × 1000 ÷ massa do conjunto (kg)

Para comparar o projeto físico dos conjuntos, use a capacidade bruta: a capacidade energética total antes de subtrair as margens de reserva operacionais. A capacidade utilizável também reflete a quantidade dessa energia que o fabricante disponibiliza ao condutor. Misturar as duas bases pode fazer um conjunto com uma reserva maior parecer menos denso em energia. Reserva da bateria e capacidade utilizável explica a distinção.

A massa do conjunto também exige uma delimitação coerente, especialmente quando componentes estruturais e de arrefecimento são partilhados com o veículo.

Exemplos de energia bruta e nominal dos conjuntos

A tabela usa capacidades brutas dos fabricantes ou valores publicados de energia total, em vez de capacidades utilizáveis. As designações mantêm a base de cada fonte: um valor anunciado ou nominal não é uma capacidade bruta medida de forma independente. Os valores Wh/kg são cálculos da EVKX arredondados para números inteiros.

O Model S fornece uma referência histórica inicial. As especificações da Tesla de 2012 indicam 85 kWh, enquanto o manual de manutenção de 2012–2020 lista 569 kg para a bateria de 85 kWh. O manual não identifica a revisão do conjunto, e o valor em libras apresentado ao lado não corresponde exatamente aos quilogramas indicados. A tabela usa o valor métrico publicado, pelo que os 149 Wh/kg resultantes devem ser tratados como uma comparação histórica aproximada. Tesla: especificações do Model S de 2012 Tesla: massa da bateria de 85 kWh do Model S no manual de manutenção

Com base nestes valores publicados, o e-tron GT de 2024 fica cerca de 12% acima da referência do primeiro Model S, e o conjunto NIO de 100 kWh fica cerca de 21% acima. São ganhos moderados ao nível do conjunto face a um projeto inicial de grande autonomia. O progresso varia com o ponto de partida, como mostra a comparação do e-Golf abaixo; esta seleção não estabelece um ritmo de melhoria para toda a indústria.

As linhas do e-Golf usam os valores de capacidade destacados pela Volkswagen: 24,2 e 35,8 kWh, um aumento de cerca de 48%. Ambos os documentos especificam 318 kg, 264 células e 27 módulos. O ganho resultou de células com maior capacidade: na apresentação técnica da Volkswagen em 2016, o responsável pelo desenvolvimento Volkmar Tanneberger descreveu a passagem de células de 25 Ah para 37 Ah, segundo a reportagem presencial da electrive. electrive: apresentação da Volkswagen sobre células de maior capacidade para o e-Golf

Segundo a Audi, a maior densidade energética do e-tron GT de 2024 resulta de alterações nos materiais das células, nos separadores e na química, juntamente com um arrefecimento revisto. O conjunto de 105 kWh brutos pesa 625 kg, menos 9 kg do que o seu antecessor. Este exemplo combina desenvolvimento das células com alterações nos componentes do conjunto. Audi: atualização do e-tron GT de junho de 2024

O manual da NIO lista duas versões de fornecedor do conjunto de 100 kWh, ambas com 555 kg. NIO: manual de utilização do ET7

O conjunto semissólido da NIO de produção limitada

O manual do ET7 também lista um conjunto de 150 kWh com 575 kg, resultando num valor calculado de 261 Wh/kg. Armazena mais 50% de energia nominal do que os conjuntos de 100 kWh listados, com mais 20 kg de massa. A WeLion identifica esta aplicação como semissólida e atribui às suas células de produção para a NIO um valor de 360 Wh/kg; os 261 Wh/kg incluem o conjunto completo. NIO: manual de utilização do ET7 WeLion Battery Europe: aplicação semissólida NIO de 150 kWh WeLion Energy: tecnologia de células semissólidas

A disponibilidade limita a sua relevância como referência para baterias vendidas em grande escala. Numa entrevista à EV em novembro de 2025, o CEO da NIO, William Li, afirmou que só tinham sido produzidas várias centenas de conjuntos e descreveu uma utilização abaixo do esperado das atualizações flexíveis oferecidas na China. A EV noticiou que a produção tinha parado; não foi indicada a data exata. A pequena frota podia servir vários clientes através da troca de baterias, pelo que o número de unidades produzidas não corresponde ao número de utilizadores. EV: William Li sobre a produção limitada de baterias NIO de 150 kWh

É um exemplo útil de maior energia específica permitida por uma tecnologia de célula diferente, com aplicação limitada. Consulte Química e componentes das células para a distinção entre química dos elétrodos e projetos com eletrólito líquido, semissólido e sólido.

Redução de massa para além do conjunto

CTP pode melhorar a energia específica do conjunto ao reduzir as caixas dos módulos e outros componentes internos. A integração estrutural alarga a oportunidade à carroçaria: os componentes da bateria e da carroçaria podem partilhar funções de suporte de cargas ou de piso, reduzindo material duplicado. São escolhas de projeto distintas; um conjunto CTP não é automaticamente estrutural.

Os exemplos do Seal e do Cayenne acima ilustram essa função partilhada. A Porsche atribui explicitamente uma redução de peso à integração da bateria do Cayenne na carroçaria. Um projeto pode, por isso, reduzir a massa combinada da bateria e da carroçaria mesmo quando os Wh/kg do próprio conjunto pouco mudam. Avaliar esse benefício exige comparar ambos os conjuntos numa base coerente. BYD: lançamento europeu do Seal e construção cell-to-body Porsche: sistema de alta tensão do Cayenne Electric

O desenvolvimento das células, a construção do conjunto e a integração na carroçaria oferecem caminhos para uma massa inferior. Os exemplos apresentados não estabelecem qual deles permitirá a maior redução futura. A energia por quilograma também deixa o desempenho de carregamento, a vida útil e a reparabilidade para avaliação separada.

O que determina a reparabilidade

A reparabilidade depende da avaria e de como o conjunto pode ser aberto, diagnosticado e restaurado. Um contactor ou uma unidade de controlo substituível implica uma reparação diferente de danos em células coladas, numa placa de arrefecimento ou numa caixa estrutural.

Os módulos podem fornecer unidades de substituição úteis, mas o acesso, a vedação, as ligações de líquido de arrefecimento, as peças de substituição e os procedimentos de diagnóstico têm de permitir o trabalho. Colar células e suportes em unidades maiores pode reduzir o número de unidades substituíveis de forma independente. O Fraunhofer IPA identifica o uso extensivo de uniões adesivas e espumas em conjuntos CTP altamente integrados como um obstáculo à desmontagem seletiva e à reparação. Fraunhofer IPA — desmontagem e reparação de baterias CTP integradas

O exemplo do Cayenne acima mostra por que razão a função estrutural, por si só, não resolve a questão: um conjunto que suporta cargas pode continuar a ter módulos.

A Porsche assume um compromisso concreto para o Macan: os seus 12 módulos e outros componentes importantes do conjunto podem ser substituídos individualmente. É uma prova mais sólida de uma possibilidade de reparação do que uma vista em corte que mostre os limites entre módulos. Porsche: bateria e carregamento do Macan

O vídeo da Munro Live abaixo acompanha a remoção de um conjunto estrutural 4680 de um Model Y. Retirar o conjunto completo e reparar os seus componentes internos são operações de assistência distintas.

O diagnóstico, a compatibilidade das peças de substituição e as decisões de reparação são abordados em Ciclo de vida, reparação, segunda vida e reciclagem das baterias. Trabalhar com alta tensão exige pessoal qualificado e procedimentos específicos do veículo; Segurança e gestão de falhas das baterias de veículos elétricos explica o isolamento elétrico, a energia armazenada e a gestão de falhas.