Carregamento de baterias de veículos elétricos: potência, curvas e tempo de carregamento

A potência de carregamento de um veículo elétrico varia à medida que a bateria enche e a sua temperatura muda. A curva de carregamento mostra como os limites da bateria, do veículo e do posto interagem e ajuda a explicar a duração de uma paragem para carregar.

Como a corrente alternada e a corrente contínua chegam à bateria

O carregamento fornece energia elétrica que a bateria armazena como energia química. Os eletrões circulam pelo circuito externo, enquanto os iões se deslocam no interior das células; Battery basics explica estas reações. A bateria recebe corrente contínua (DC), quer o veículo esteja ligado a um ponto de carregamento AC ou a um posto DC. US Department of Energy: DOE Explains Batteries

Durante o carregamento AC, o carregador de bordo do veículo converte corrente alternada em corrente contínua para a bateria de alta tensão. A wallbox fornece uma ligação AC controlada; a conversão ocorre no automóvel. US Department of Energy: How all-electric cars work Por isso, um carregador de bordo de 11 kW não consegue receber 22 kW de um ponto de carregamento AC de 22 kW. As fases disponíveis, o limite de corrente da instalação e as definições do veículo podem reduzir ainda mais a potência.

Um posto DC alimentado pela rede efetua a conversão principal de AC para DC fora do automóvel e fornece corrente contínua regulada através da tomada de carregamento, sem passar pelo carregador AC de bordo. Alguns veículos utilizam depois um conversor de tensão DC a bordo ou reconfiguram eletricamente o conjunto da bateria para o adaptar à gama de tensão do posto, como se descreve abaixo.

O veículo e o posto coordenam o fornecimento ao longo da sessão. No carregamento CCS, a comunicação estabelece limites de funcionamento e são efetuadas verificações elétricas e uma adaptação de tensão antes de começar o carregamento com corrente elevada. O posto ajusta a saída aos pedidos do veículo, dentro das suas próprias capacidades. CharIN: Combined Charging System design guide V7

Este capítulo centra-se na capacidade da bateria para aceitar carga e no desempenho de carregamento. A série EV charging aborda conectores, instalações domésticas e carregamento público.

Energia, potência e tempo de carregamento

A potência em quilowatts descreve a rapidez da transferência de energia; a energia em quilowatts-hora descreve a quantidade transferida. O ponto de medição é importante: a entrada da rede, a saída do posto DC, a entrada nos terminais da bateria e o aumento da energia armazenada na bateria são grandezas diferentes.

O contador de faturação de um posto DC mede a energia elétrica fornecida na ligação ao veículo, e não a energia química retida nas células. OIML G 22: Electric vehicle supply equipment metrology As perdas de conversão e resistivas consomem energia ao longo do percurso, enquanto o aquecimento e arrefecimento da bateria e outros sistemas do veículo utilizam parte da potência recebida. Charging loss explica estes limites de medição em detalhe.

Para um ponto de medição e um intervalo de tempo consistentes:

Potência média (kW) = energia transferida (kWh) ÷ tempo decorrido (h)

Num exemplo hipotético, um posto DC fornece 49 kWh em 18 minutos, ou 0,3 horas. A sua potência média de saída é 49 ÷ 0,3 = aproximadamente 163 kW. Mesmo que a potência atinja brevemente 250 kW, a média da sessão continua a ser 163 kW. O aumento da energia armazenada na bateria será inferior à energia fornecida pelo posto.

Se os 49 kWh descreverem, em vez disso, um aumento da energia armazenada na bateria, o mesmo cálculo dá a taxa média de armazenamento de energia. Nesse caso, não pode ser comparada diretamente com um pico medido na saída do posto.

Uma alteração do estado de carga (SOC) apresentado também exige cuidado. Multiplicar um aumento de 70 pontos percentuais por uma capacidade de bateria anunciada dá uma estimativa, não uma medição da energia transferida. O SOC é uma estimativa da carga elétrica e a tensão varia ao longo da janela de funcionamento. A capacidade bruta inclui energia fora da janela acessível ao condutor. A EVKX utiliza a capacidade líquida (útil) para a energia dentro dessa janela. Battery capacity and buffers explica as definições de capacidade da EVKX, incluindo a reserva abaixo dos 0% apresentados. A distinção entre carga elétrica e energia é explicada em Battery basics.

O que determina a forma da curva de carregamento

Uma curva de carregamento representa habitualmente a potência em função do SOC apresentado. A sua forma reflete a restrição ativa em cada ponto: a corrente permitida pela bateria, o equipamento do veículo, a saída do posto ou o controlo de temperatura.

O posto tem limites separados de potência, tensão e corrente. A potência em quilowatts anunciada só está disponível nas combinações permitidas por esses limites. A partilha de potência no local e os limites térmicos do cabo ou do posto podem reduzir a potência durante uma sessão. DC fast charging aborda estas restrições do lado do posto. O documento de classes de potência DC da CharIN ilustra por que motivo uma potência nominal deve ser acompanhada de uma gama de funcionamento de tensão e corrente. CharIN: DC CCS power classes V7.2

Do lado do veículo, o sistema de gestão da bateria monitoriza as tensões dos grupos de células, a corrente do conjunto e as temperaturas. Texas Instruments: EV battery-management systems No carregamento CCS, o controlador de carregamento utiliza os limites de funcionamento resultantes para pedir corrente e tensão ao posto. CharIN: Combined Charging System design guide V7 Um grupo de células próximo do seu limite de tensão pode condicionar toda a bateria; Cell balancing explica como as diferenças de carga contribuem para isso. Um componente sobreaquecido também pode limitar a sessão. Battery management system explica a monitorização e as decisões de controlo.

Aumento de potência e patamares

Com um SOC baixo, a bateria pode ter uma margem de tensão considerável, mas uma bateria fria ou um posto limitado em corrente podem ainda assim restringir a potência. A comunicação inicial e o aumento gradual da corrente também fazem com que os primeiros segundos possam diferir do resto da curva.

Com corrente aproximadamente constante, o aumento da tensão da bateria faz aumentar a potência. Se o posto ou o veículo mantiver a potência constante, a corrente diminui à medida que a tensão sobe. Um patamar de potência prolongado pode, por isso, ocultar uma corrente variável.

Porque diminui a potência

À medida que o carregamento avança, as tensões das células aproximam-se dos seus limites superiores permitidos. Reduzir a corrente limita a subida de tensão sob carga e permite continuar o carregamento. Esta redução é conhecida como redução progressiva de potência. Durante o carregamento limitado pela tensão, a diminuição da corrente também reduz a potência, o que explica por que motivo as percentagens finais podem demorar desproporcionadamente mais tempo. O carregamento convencional de iões de lítio utiliza uma fase de corrente controlada seguida de carregamento limitado pela tensão, embora os veículos elétricos possam usar perfis mais complexos. Microchip AN947: Lithium-ion battery charging fundamentals

As restrições das células também podem exigir uma corrente mais baixa antes de se atingir o limite superior de tensão. O transporte de lítio e as reações nos elétrodos têm de acompanhar a carga recebida. Uma corrente excessiva, sobretudo numa célula fria com elétrodo de grafite, pode depositar lítio metálico no elétrodo negativo. A investigação de Rodrigues e colegas mostra que as condições de carregamento que evitam essa deposição dependem da temperatura, da conceção dos elétrodos e do protocolo de carregamento. Rodrigues et al.: Fast Charging of Li-Ion Cells, Part IV O mecanismo é abordado em Cell chemistry and components.

Um degrau ou uma quebra na potência não identifica, por si só, a sua causa. Pode refletir uma redução programada da corrente, limites de arrefecimento da bateria ou uma restrição do posto. O diagnóstico requer informação sobre tensão, corrente, temperatura e carregador, além da curva de potência.

Temperatura antes e entre paragens

O pré-condicionamento para carregamento rápido aquece ou arrefece a bateria antes de uma paragem planeada. A preparação baseada na navegação dá tempo ao sistema térmico para atuar antes da chegada; alguns veículos também permitem ativação manual. Um temporizador de partida pode preparar o habitáculo e a bateria para conduzir, um objetivo diferente da preparação para carregamento de alta potência. O manual do Tesla Model 3, por exemplo, descreve separadamente a preparação para a partida e o aquecimento da bateria baseado na rota para carregamento. Tesla Model 3 manual: cold-weather preparation

A bateria também tem de gerir o calor gerado durante a sessão. A avaliação do DOE sobre carregamento rápido identifica a remoção de calor e o controlo de temperatura como desafios centrais. US Department of Energy: Enabling Fast Charging Nas paragens seguintes, a temperatura inicial e a capacidade de arrefecimento restante podem diferir das da primeira paragem. Battery thermal management aborda em detalhe o aquecimento, o arrefecimento e o comportamento em paragens repetidas.

Tensão, corrente e compatibilidade com o carregador

Para potência DC num determinado ponto do percurso de carregamento:

Potência (kW) = tensão (V) × corrente (A) ÷ 1.000

Os exemplos calculados seguintes pressupõem que o equipamento consegue fornecer 500 A a cada tensão indicada:

Uma arquitetura de «800 volts» é uma classe de tensão. A tensão real da bateria varia com o SOC e as condições de funcionamento. A uma tensão real de 700 V, um posto de 500 A consegue fornecer, no máximo, 350 kW, mesmo que a sua potência máxima anunciada seja superior.

Uma tensão mais elevada permite que a mesma potência passe pelo cabo de carregamento com uma corrente mais baixa, uma relação discutida na avaliação de carregamento rápido do DOE. US Department of Energy: Enabling Fast Charging Mantendo a resistência do condutor, a corrente mais baixa reduz o aquecimento resistivo segundo I²R. A conceção da célula continua a determinar a corrente de carregamento que cada célula consegue aceitar. Battery pack and configuration explica como as ligações em série e em paralelo estabelecem a tensão e a capacidade do conjunto.

Como exemplo concreto de corrente necessária, o configurador alemão da XPENG indica 542 kW para o X9 FWD Long Range com bateria NCM de 110 kWh brutos e arquitetura de 800 V. XPENG Germany: X9 configurator Admitindo uma tensão real de 800 V, 542 kW exigem aproximadamente 678 A. A uma tensão inferior, exigem mais corrente.

Carregar num posto de tensão mais baixa

Um posto cuja tensão máxima de saída seja inferior à tensão de carregamento exigida pela bateria precisa de ajuda do veículo. Existem duas abordagens principais: elevar a tensão recebida ou alterar a configuração elétrica do conjunto da bateria.

Um conversor elevador DC-DC dedicado aumenta a tensão do posto até ao nível exigido pela bateria. Algumas conceções reutilizam componentes de tração para esta função: o anúncio da E-GMP da Hyundai de 2020 descreve a utilização do motor e do inversor para elevar uma entrada de carregamento de 400 V para o seu sistema de 800 V. Hyundai: E-GMP electric platform A capacidade do conversor, as perdas e a geração de calor passam então a fazer parte do limite de carregamento.

O carregamento por bancos altera a ligação elétrica entre secções da bateria. A documentação do Audi Q6 e-tron descreve a comutação da bateria da classe de 800 volts para dois bancos de tensão inferior que carregam em paralelo. A Audi especifica até 135 kW no total neste modo. Audi: charging technologies and Q6 e-tron bank charging A descrição do Macan da Porsche de 2024 indica os mesmos 135 kW totais para carregamento por bancos sem um elevador de alta tensão adicional, em comparação com até 270 kW em equipamento de alta tensão adequado. Porsche: Macan charging technology

Tanto na conversão como no carregamento por bancos, a compatibilidade com um posto de tensão mais baixa pode implicar um limite de potência diferente do pico anunciado para o veículo.

O que indica a taxa C

A taxa C exprime a corrente de carga ou descarga em relação à capacidade de referência de uma bateria em amperes-hora. Microchip AN947: Lithium-ion battery charging fundamentals

Taxa C = corrente (A) ÷ capacidade de referência (Ah)

Numa bateria hipotética de 100 Ah, 100 A correspondem a 1C, 250 A a 2,5C e 500 A a 5C. Uma corrente constante de 1C transferiria a carga de referência numa hora. Um valor de pico de 5C não promete uma carga completa de um veículo elétrico em 12 minutos: a redução progressiva e a janela de funcionamento permitida determinam a sessão real.

Quando apenas estão disponíveis a potência e a capacidade energética, dividir kW por kWh dá uma relação potência/energia em horas inversas. Esta é frequentemente utilizada como taxa C aproximada. Por exemplo, 250 kW divididos por 100 kWh dão 2,5 h⁻¹.

A aproximação funciona melhor quando a potência e a capacidade descrevem a mesma bateria e a tensão real está próxima da tensão nominal usada para calcular a energia anunciada. Com corrente constante, o aumento da tensão eleva kW/kWh, embora a taxa C baseada na corrente se mantenha constante. As capacidades energéticas bruta e líquida também produzem relações diferentes, pelo que é necessário identificar o denominador.

A taxa C ajuda a comparar a intensidade de carregamento entre baterias de diferentes tamanhos. A uma dada taxa C, evitar a deposição de lítio durante o carregamento depende da conceção dos elétrodos e da temperatura. Rodrigues et al.: Fast Charging of Li-Ion Cells, Part IV A capacidade de referência, os limites de corrente e as condições de ensaio têm de ser especificados para uma comparação significativa. Maccor: understanding C-rate in battery testing

Comparar o desempenho de carregamento

Compare em conjunto a variante exata da bateria, o intervalo de SOC, a energia adicionada e o tempo de carregamento decorrido. Um resultado de 20–80% começa mais tarde do que um de 10–80%, e dois automóveis a carregar no mesmo intervalo percentual podem armazenar quantidades de energia muito diferentes.

A especificação alemã do XPENG X9 FWD Long Range associa o pico anunciado de 542 kW a 20–80% em 10 minutos. XPENG Germany: X9 configurator

As afirmações sobre o posto e sobre o veículo também devem ser identificadas separadamente. No anúncio do Z9GT de 13 de março de 2026, a BYD descreveu um posto Flash Charging capaz de fornecer até 1.500 kW através de um único conector para o mercado chinês. Anunciou separadamente 10–70% em cinco minutos e 10–97% em nove minutos para o novo sistema. A potência do posto, por si só, não estabelece um pico de 1.500 kW no veículo nem a potência média em qualquer dos intervalos. O anúncio do lançamento europeu não especificou a capacidade dos postos europeus nem um protocolo de ensaio detalhado para esses tempos. BYD: Denza Z9GT Flash Charging announcement

Numa curva de carregamento ou num ensaio publicado, verifique:

• O veículo, a versão da bateria e o software exatos, e se a curva foi medida, fornecida pelo fabricante ou estimada.
• O intervalo de SOC, o tempo decorrido e o ponto de medição da potência e da energia.
• A capacidade de tensão, corrente e potência do posto, incluindo qualquer partilha ou redução.
• A preparação da bateria e as condições ambientais, e se o resultado cobre uma sessão ou paragens repetidas.

Estas verificações também se aplicam às curvas das variantes da EVKX. Uma curva estimada e uma sessão medida fornecem evidências diferentes, e a ausência das condições de ensaio limita a proximidade com que um resultado pode ser reproduzido.

Relacionar o carregamento com a distância percorrida

Para comparar viagens, utilize a energia disponível para conduzir e o consumo com a mesma base de energia da bateria. É necessário descontar as perdas de carregamento aos quilowatts-hora fornecidos pelo carregador antes de os usar neste cálculo.

Numa paragem hipotética de 20 minutos, o automóvel A recebe 60 kWh de energia útil na bateria e consome depois 30 kWh/100 km. Essa energia permite percorrer 200 km. O automóvel B recebe 50 kWh no mesmo tempo e consome 20 kWh/100 km, permitindo percorrer 250 km.

O automóvel A armazena energia mais depressa; o automóvel B acrescenta mais distância de condução durante a paragem sob estes pressupostos. Ajustar o consumo à velocidade, ao tempo e à carga esperados torna esta comparação útil para planear uma viagem.