A Stratio, Caetano Bus e a Universidade de Halmstad na Suécia uniram forças no desenvolvimento do sistema de monitorização de próxima geração para veículos eléctricos.
A Caetano Bus, um fabricante português de autocarros, disponibilizou 10 veículos eléctricos (VE) para testar e validar o modelo, enquanto a Universidade de Halmstad forneceu competências-chave na área da monitorização de baterias e análise de dados. A Stratio desenvolveu e implementou a solução na sua Plataforma de manutenção preditiva em tempo real para frotas
O resultado tem sido até agora um sucesso comprovado e implementado em várias frotas de autocarro com centenas de VE a baterias. A solução fornece uma visão geral em tempo real da saúde da bateria de tração, uma característica crucial para os operadores de frotas com autocarros eléctricos.
A bateria de tracção é o componente mais importante, e mais caro, de um VE. Ter uma solução de monitorização adequada permite aos operadores de frota identificarem problemas antecipadamente, antes de se tornarem reparações ou substituições dispendiosas.
A solução da Stratio apresenta também a vida útil restante para os módulos individuais das baterias. A vida útil restante é constantemente atualizada para reflectir as condições de operação actuais e futuras expectáveis para cada veículo. Isto permite ao operador do veículo manter-se sempre a par do desgaste da bateria e aproveitar ao máximo a vida útil da bateria do veículo, identificando padrões de operação ou condições que provoquem um desgaste excessivo da bateria. 
Outros sistemas existentes normalmente re-transmitem o estado de saúde da bateria fornecida pelo sistema de gestão da bateria (BMS). Esta informação inclui informações como o Estado de Saúde (SOH), isto é, a capacidade máxima restante expressa como percentagem da capacidade original. Este tipo de solução tem um problema inerente porque o BMS é tipicamente fornecido pelo fabricante da bateria, o mesmo fabricante que também emite a quilometragem mínima garantida até que o SOH atinja os 70 ou 80%. O cliente, sendo o fabricante ou o proprietário do veículo, não tem outra opção senão confiar cegamente na medição de SOH do fornecedor da bateria para verificar se a bateria está a cumprir a especificação.
A solução da Stratio é completamente independente de qualquer fornecedor de baterias e não usa qualquer informação relacionada com a saúde da bateria que advenha de algoritmos proprietários do BMS. O algoritmo Battery Cortex da Stratio baseia-se em medições detalhadas de corrente e tensão, bem como no novo algoritmo de IA desenvolvido no âmbito deste projecto.
A solução fornece os melhores resultados no mercado, de forma independente. Em breve, será em parte publicada num jornal científico da especialidade, estando de momento na fase de revisão por pares para publicação futura.
O projecto
O projecto foi realizado ao longo de um ano e foi realizado em três fases.
Na fase inicial, os membros da equipa redigiram a direção do projecto. Os investigadores definiram uma direção de investigação para os algoritmos, enquanto que a Stratio e a Caetano Bus desenvolveram várias versões da aplicação Web dedicada a esta funcionalidade. Ter um cliente e um utilizador final envolvidos já na fase de conceção provou ser muito vantajoso para afinar os detalhes da interface e torná-la de fácil utilização.
A Stratio e os investigadores da Universidade de Halmstad tiveram vários workshops a fim de compreender as oportunidades de investigação com os dados e infraestrutura disponíveis. Isto forneceu a base para o plano de investigação.
Esteve sempre presente que a pandemia em curso exigiria a realização de todas as reuniões à distância, o que exigiria uma forma diferente de organizar o trabalho do projeto em relação ao que as partes estavam normalmente habituadas. Os workshops presenciais mais longos foram alterados para reuniões à distância e foram introduzidas reuniões de trabalho semanais adicionais a fim de facilitar a comunicação e interação entre os membros de diferentes partes do projeto.
Com o projecto devidamente planeado, as partes de investigação e implementação puderam começar, dando-se início à segunda fase. Esta fase foi realizada principalmente pela Stratio e pela Universidade de Halmstad ao longo de 8 meses. Uma versão inicial do modelo de IA foi lançada mais cedo para permitir à Stratio começar a trabalhar na produção do modelo, de forma a que os dados do veículo fossem ingeridos automaticamente e os resultados entregues na interface Web voltada para o cliente. Este modelo inicial não era exacto, mas fornecia uma boa base de trabalho para o produto final.
Um problema de qualidade nos dados foi descoberto logo na segunda fase. A resolução dos sinais variou significativamente entre gerações de baterias e esta variação causou erros nos resultados do modelo. Após avaliar diferentes opções, foi decidido tentar melhorar a qualidade dos dados para os veículos com pior resolução. Eventualmente, um método que utiliza a técnica de fusão de sensores provou ser bem sucedido e os dados puderam ser melhorados para obter resolução semelhante entre gerações de bateria.
Esta característica foi identificada como particularmente importante, uma vez que permite que o produto tenha a qualidade necessária numa gama mais vasta de veículos eléctricos. A conceção e implementação foram iteradas algumas vezes e a Caetano Bus teve a oportunidade de testar o sistema e fornecer feedback ao longo desta fase.
A terceira e última fase do projecto visava validar o novo algoritmo num cenário real. Esta fase teve início quando o conceito e a funcionalidade tinham amadurecido o suficiente para testes no terreno. Esta fase foi realizada com os 10 veículos de teste fornecidos pela Caetano Bus. O desempenho e o estado da bateria foram seguidos durante as suas operações normais. A degradação da bateria é um processo muito lento e não é de esperar qualquer degradação significativa em apenas alguns meses. Os dados dos veículos que tinham sido capturados durante todo o projeto foram depois combinados com os dados dos últimos meses do projeto. Com um ano completo de dados dos veículos, foi possível prever e confirmar mais tarde uma tendência significativa de degradação com os dados obtidos no terreno.
Os modelos desenvolvidos
O principal objectivo do projecto era desenvolver um modelo que previsse a vida útil remanescente da bateria de tracção num VE. Contudo, no decurso do projecto, foram acrescentados outros indicadores de desempenho da bateria, com o intuito de ajudar no diagnóstico de problemas nos módulos das baterias. Cada modelo é descrito separadamente a seguir.
Modelo RUL da bateria / Rastreio e previsão da capacidade máxima
A capacidade refere-se à quantidade de carga que pode ser descarregada de uma bateria (ou célula). É também conhecida como contagem de Coulomb. A capacidade da bateria é a integração da corrente ao longo do tempo durante um ciclo de descarga de corrente constante. No entanto, a medição da capacidade depende da magnitude da corrente utilizada no teste.
Balanceamento de cargas da bateria
O indicador de equilíbrio de cargas é utilizado para estabelecer se os diferentes módulos da bateria estão equilibrados em termos de consumo de energia: idealmente, todos os módulos devem fornecer quantidades iguais de carga durante um determinado período de tempo. A carga é a integração do sinal de corrente ao longo do tempo.
Homogeneidade (equilíbrio) entre módulos
A homogeneidade é um indicador do equilíbrio de tensão entre módulos da bateria. Idealmente, todos os módulos (ou células) apresentam a mesma tensão quando totalmente carregados. No entanto, pequenas diferenças na produção dos módulos podem fazer divergir as tensões. Problemas de homogeneidade podem indicar problemas no BMS.
Contagem de Ciclos
A contagem de ciclos indica o número de ciclos de carga e descarga a que uma bateria foi sujeita. SOH, SOP e a capacidade degradam-se ao longo do número de ciclos. Um ciclo consiste de uma carga completa (0-100%) e uma descarga completa (100-0%).
Os próximos passos
A Stratio lançou com sucesso o modelo Battery Cortex em mais de 100 VE de várias marcas e modelos durante 2021. Isto dá-nos confiança de que a nossa abordagem funciona e fornece valor aos nossos clientes. Esperam-se novas expansões durante 2022 e a Stratio prevê usar este modelo em milhares de veículos até ao final do próximo ano.
A Stratio está continuamente a investir no desenvolvimento de novas funcionalidades para frotas de VE e na qualidade das funcionalidades existentes. O projeto Battery Cortex visa fornecer aos OEMs e operadores de frota de Veículos elétricos uma plataforma de deteção de anomalias e falhas para análise automatizada de dados de baterias de veículos elétricos, componente crítico destes veículos. No âmbito do H2020 Eureka Eurostars, foi financiado pelo Portugal 2020, no âmbito do COMPETE 2020, a sua despesa elegível é de 515.270,43 eur, dos quais 388.636,08 eur são provenientes do Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional - Projeto POCI-01-0247-FEDER-072268.
