Desenvolvimento de bateria aeronáutica modular e de alta performance utilizando células a base de LiFePO4

• Processo: 21/12066-2
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Pesquisa Inovativa em Pequenas Empresas - PIPE
• Data de Início da vigência: 01 de março de 2022
• Data de Término da vigência: 31 de maio de 2024
• Área do conhecimento: Engenharias - Engenharia Aeroespacial - Sistemas Aeroespaciais
• Acordo de Cooperação: SEBRAE-SP
• Pesquisador responsável: Arthur Roza Augusto
• Beneficiário: Arthur Roza Augusto
• Empresa: Lace Serviços de Engenharia e Representação Ltda
• CNAE: Fabricação de turbinas, motores e outros componentes e peças para aeronaves
• Município: São José dos Campos
• Pesquisadores principais: Guilherme Hoffmann Leão Coelho ; Patrick Garcia Vilela
• Vinculado ao auxílio: 19/16264-3 - Desenvolvimento de bateria aeronáutica de alta performance utilizando células à base de LiFePO4, AP.PIPE
• Auxílio(s) vinculado(s): 24/14161-0 - FAPESP Week Itália 2024, AR.EXT; 24/06148-4 - FAPESP Week China 2024, AR.EXT; 21/15032-1 - Desenvolvimento de bateria aeronáutica modular e de alta performance utilizando células a base de LiFePO4, AP.PIPE
• Assunto(s): Aeronáutica Propulsão elétrica Baterias Eletrônica Lítio Ferro
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Bateria aeronáutica | Eletrônica de Bateria | Evtol | Lítio-Ferro | Propulsão elétrica | Baterias aeronáuticas

Resumo

Atualmente, aeronaves modernas e a segurança do voo são totalmente dependentes de sistemas eletrônicos, incluindo a partida dos motores e os sistemas críticos de navegação, comunicação e controle. Em caso de falha dos geradores elétricos da aeronave, são baterias que fornecem energia aos sistemas críticos. Essa necessidade já existe a algumas décadas, época em que a tecnologia dominante eram baterias de chumbo-ácido ou níquel-cadmio. Na última década houve iniciativas de modernização para baterias íon-lítio, leve e de melhor desempenho, porém, em 2013, ocorreu um incidente com um Boeing 787 envolvendo fumaça e risco de incêndio, como consequência houve um recuo do setor no uso de baterias de íon-lítio. O projeto de pesquisa se propõe a desenvolver uma bateria a base de LiFePO4 para aplicação aeronáutica, em substituição a químicas antigas. Durante a FASE 1 foi desenvolvido um protótipo funcional demonstrando a viabilidade da química LiFePO4 para aplicação aeronáutica, por não ter os problemas da íon-lítio, ser leve e apresentar bom desempenho. Durante a FASE 2 busca-se desenvolver protótipos avançados para qualificação nas normas do setor, como a DO-311, DO-160, DO-254 e DO-178, resultando em baterias seguras e com bom desempenho. Funcionalmente, as baterias serão modulares permitindo associação serie/paralelo para maior capacidade de corrente e tensão, o que é motivado pelo recente desenvolvimento de aeronaves elétricas, onde há necessidade de associação de muitas baterias, para alcançar altas corrente e tensões. A vantagem será a fácil adaptação a outras aeronaves com diferentes requisitos de tensão e corrente sem necessidade de desenvolver um novo produto, o que no setor, acaba sendo um processo caro e demorado, necessitando de muitos testes de hardware, software e de qualificações em laboratórios, além todo o trâmite junto a órgãos de certificação do setor como ANAC, FAA e EASA. No início da pesquisar será feito o detalhamento dos requisitos junto a fabricantes de aeronaves, que já demonstraram interesse no projeto e já compartilharam dados durante a FASE 1. O desafio de pesquisa pode ser dividido em três grandes áreas, a mecânica, a eletrônica e software. A mecânica focará a pesquisa em uma estrutura que suporte as condições ambientais extremas da DO-160, sendo as mais desafiadoras relacionadas a choque mecânico, vibração, resistência a entrada de água. Serão realizados estudos de carga e simulações nos materiais considerados para a fabricação do protótipo, para que durante os testes não existam problemas de qualificação. A eletrônica focará nos requisitos funcionais, como capacidade, carga, descarga, gerenciamento e comunicação, e condições ambientais da DO-160, principalmente temperatura, efeitos indiretos de descargas atmosféricas, picos e transientes de tensão e campos irradiados. A eletrônica deverá ser capaz de comunicar-se com a aeronave, informando a integridade da bateria e a disponibilidade de carga, e reconhecer a conexão com outras baterias, monitorando o status de todo o conjunto, e, em caso de falha, garantir uma degradação mínima na performance. Durante a pesquisa serão feitas simulações eletrônicas em diversos cenários funcionais e em falha, testes em bancada, e testes operacionais com condições extremas validando a maturidade do projeto para os testes de qualificação. O desenvolvimento de software seguirá a DO-178 e se torna bastante complexo devido a criticidade do sistema, necessitando de extensivos teste e debugs, e, posteriormente testes junto ao hardware desenvolvido, estimulando fisicamente as entradas de sinais para verificar o comportamento do software junto ao hardware. O software final será testado junto ao hardware em bancada e durante os testes de qualificação DO-311 e DO-160.O sucesso da pesquisa resultará em protótipos avançados e qualificados segundo as normas do setor. Isso permitirá iniciar trâmite para certificação junto a ANAC e a comercialização do produto junto a fabricantes. (AU)