Por que o carrinho de golfe fica mais forte com bateria de lítio
Quem troca percebe na primeira rampa. A explicação não está no rótulo da bateria, e é um pouco diferente da que costuma circular.
O relato se repete em quase toda troca que fazemos: o carrinho sobe a rampa que antes travava, e continua subindo igual no fim do dia. A explicação mais comum é “a bateria de lítio tem mais tensão”. Isso é verdade, mas é a parte menor da história.
O que o motorista chama de força
No carrinho elétrico, a força na roda vem do motor, e o motor recebe a energia por meio do controlador. O controlador limita a corrente para proteger o motor e a si mesmo. O que a bateria decide é com que tensão essa corrente chega.
Potência é tensão vezes corrente. Com a corrente limitada pelo controlador, a bateria que segura a tensão mais alta durante o esforço é a que entrega mais potência na rampa. E é aqui que as duas químicas se separam.
O chumbo perde tensão à medida que descarrega
Numa bateria de chumbo-ácido, o próprio ácido participa da reação. Conforme a bateria descarrega, o eletrólito fica mais diluído e a tensão cai junto, de forma praticamente contínua. Num banco de chumbo-ácido inundado de 48 V, em repouso, a tensão sai de 50,9 V com a bateria cheia, passa por 48,4 V na metade da carga e chega a 45,4 V no fim.
E esses números são com o carrinho parado. Andando, a tensão fica abaixo disso.
O lítio trabalha num patamar
A LiFePO4 se comporta de outro jeito. A tensão sobe rápido no início da carga, cai rápido no fim, e no meio permanece praticamente estável. Segundo a Battery University, nas químicas de lítio-fosfato 80% da energia armazenada fica nesse trecho plano da curva.
Colocando as duas lado a lado, com um banco de lítio de 48 V (16 células em série, como a FE-211) e um banco de chumbo-ácido inundado de 48 V, ambos em repouso:
| Especificação | Valor |
|---|---|
| 100% de carga | 50,9 V × 54,4 V |
| 80% de carga | 50,0 V × 53,1 V |
| 50% de carga | 48,4 V × 52,2 V |
| 30% de carga | 47,2 V × 51,5 V |
| 20% de carga | 46,6 V × 51,2 V |
| 10% de carga | 46,0 V × 48,0 V |
Chumbo × lítio, em repouso.
Entre 90% e 20% de carga, o lítio fica entre 53,6 V e 51,2 V. Ou seja: durante quase toda a descarga, o lítio está acima do que o banco de chumbo marca totalmente cheio, que são 50,9 V. E a distância aumenta conforme as duas descarregam: 3,5 V com as duas cheias, 4,6 V com as duas em 20%. Os 51,2 V do rótulo da FE-211 são praticamente o piso do patamar, não a tensão de trabalho.
As medições da nossa equipe batem com essas tabelas: o banco de chumbo novo marcou 50,8 V carregado; a FE-211 parte de 53 V carregada e marca 48 V quando está quase vazia.
de 100% a 20% de carga
de 100% a 20% de carga
fica no trecho plano da curva
Sob esforço, a diferença aumenta
Um detalhe que costuma ser contado errado: o chumbo-ácido não é ruim com corrente alta. Ele responde muito bem a picos curtos, e é por isso que é a bateria de partida dos carros a combustão.
O problema do carrinho é a corrente sustentada. Numa rampa longa, o motor puxa corrente alta por vários segundos seguidos. O ácido que está colado nas placas é consumido mais rápido do que o ácido do resto da bateria consegue chegar até ali, e a tensão cai. É o mesmo fenômeno que faz o chumbo entregar menos capacidade em corrente alta, que explicamos em por que uma bateria de 105 Ah rende mais que uma de 170 Ah.
Medimos isso na nossa equipe, com um banco de chumbo novo e corrente de 150 A, que é o regime típico de um carrinho de quatro lugares em movimento:
| Especificação | Valor |
|---|---|
| Banco de chumbo 48 V carregado, em repouso | 50,8 V |
| Banco de chumbo 48 V carregado, sob 150 A | ≈ 46,8 V |
| Banco de chumbo 48 V perto do fim da carga, sob 150 A | 41 V |
| FE-211 carregada, em repouso | 53,0 V |
| FE-211 carregada, sob 150 A | ≈ 52,6 V |
| FE-211 perto do fim da carga, sob 150 A | 48 V |
O chumbo perde 4 V no momento em que a carga é aplicada. A FE-211 perde 0,4 V. É dez vezes menos queda, com as duas baterias cheias, antes de qualquer descarga.
Os dois efeitos se somam
Aqui está o ponto que quase nunca é explicado. O lítio já parte de uma tensão mais alta em repouso. Quando a carga entra, ele perde 0,4 V e o chumbo perde 4 V. As duas diferenças se somam:
| Especificação | Valor |
|---|---|
| Diferença em repouso, as duas cheias (53,0 × 50,8 V) | 2,2 V |
| Diferença na queda ao aplicar 150 A (4 × 0,4 V) | 3,6 V |
| Diferença sob 150 A, as duas cheias (52,6 × 46,8 V) | 5,8 V |
No momento em que o motorista pisa, com as duas baterias cheias, são quase 6 V de diferença. E ela não para aí: conforme as duas descarregam, o chumbo continua descendo e o lítio segue no patamar. Aplicando as quedas medidas às tabelas de tensão em repouso:
- Chumbo-ácido 48 V sob 150 A
- LiFePO4 48 V (FE-211) sob 150 A
- linhas claras: em repouso
Tensão estimada sob 150 A ao longo da descarga: tensão em repouso menos a queda medida (4 V no chumbo, 0,4 V no lítio). A queda do chumbo foi mantida constante em 4 V do começo ao fim; na prática ela aumenta conforme o banco descarrega, então a diferença real tende a ser maior. No 0% o lítio cai abaixo, mas é onde o BMS desliga a bateria e nenhuma das duas deve operar. No 100%, a tabela de referência do lítio marca 54,4 V logo após a carga; a FE-211 medida estabiliza em 53 V.
as duas na metade da carga
contra 3,2 V do rótulo
7,8 kW contra 6,7 kW
Em potência, com as duas cheias, isso já são 7,9 kW contra 7,0 kW a 150 A: +12%. E essa é a comparação mais favorável ao chumbo, porque ele está no começo da carga. No fim do dia, o chumbo chega a 41 V sob carga e o lítio a 48 V, segundo as nossas medições. Na mesma corrente de 150 A:
(41 V × 150 A)
(48 V × 150 A)
quando o motorista mais sente
Repare num detalhe: o lítio quase vazio entrega mais potência do que o chumbo cheio entrega na rampa (46,8 V).
Os números acima são medições pontuais. Estamos preparando no Energy Lab um ensaio completo, com um banco de chumbo e uma FE-211 descarregando no mesmo regime e a tensão registrada do começo ao fim. Quando a curva estiver pronta, ela entra aqui.
Por que o carrinho fica lento
O controlador tenta entregar ao motor a mesma performance de sempre. Mas ele não fabrica energia: trabalha com a tensão que a bateria oferece. Com o banco de chumbo descendo para a casa dos 41 V sob carga, falta tensão para sustentar a potência, e o carrinho perde velocidade justamente na rampa.
Com a tensão sustentada no patamar do lítio, o controlador tem de onde tirar. A força que o carrinho tinha de manhã continua disponível à tarde.
Doze conexões contra duas
Um banco de chumbo de 48 V costuma ter seis baterias de 8 V ligadas em série. São doze terminais e cinco cabos de interligação, cada um somando um pouco de resistência. Com o tempo, o zinabre se forma nos terminais e essa resistência aumenta, roubando tensão antes mesmo de ela chegar ao controlador.
A FE-211 é uma bateria só, com dois terminais. Não há banco para se oxidar.
E a tensão nominal maior?
Ela existe, mas o rótulo subestima a diferença. No papel são 51,2 V contra 48 V, cerca de 6%. Na prática, com as duas baterias na metade da carga e em repouso, são 52,2 V do lítio contra 48,4 V do chumbo, quase 8%. E sob carga, como mostramos acima, a distância cresce.
Vale saber de um efeito colateral: tensão um pouco mais alta também tende a aumentar um pouco a velocidade final do carrinho. Em condomínio ou em campo com limite de velocidade, isso merece atenção. Se você precisa manter a velocidade original, fale com a gente antes da troca.
130 kg a menos na rampa
Um banco de seis baterias Trojan T-875 pesa 174 kg. A FE-211 pesa 44 kg. São 130 kg que o motor deixa de carregar em cada subida.
Para ter a dimensão disso: segundo a Club Car, o Precedent elétrico pesa 410 kg em ordem de marcha, já com o banco de chumbo. Com a FE-211, o mesmo carrinho fica com cerca de 280 kg, 32% mais leve.
| Especificação | Valor |
|---|---|
| Club Car Precedent com banco de chumbo | 410 kg |
| O mesmo carrinho com a FE-211 | ≈ 280 kg |
| Com dois ocupantes, banco de chumbo | 570 kg |
| Com dois ocupantes, FE-211 | 440 kg (−23%) |
Numa subida, a força que o motor precisa fazer é proporcional à massa do conjunto: tanto a parte do peso que puxa o carrinho rampa abaixo quanto o atrito dos pneus crescem junto com ele. Com os mesmos dois ocupantes, o carrinho de lítio precisa de cerca de 23% menos força para subir a mesma rampa na mesma velocidade. A aceleração melhora na mesma proporção.
As duas vantagens se multiplicam
Juntando tudo: o lítio entrega mais potência, e o carrinho precisa de menos. Uma forma simples de enxergar isso é a relação potência por peso, a mesma usada para comparar carros. Com as duas baterias na metade da carga, sob 150 A e com dois ocupantes:
6,7 kW para 570 kg
7,8 kW para 440 kg
no mesmo carrinho
É essa combinação que o motorista sente na rampa: mais tensão chegando ao motor e menos peso para ele empurrar. Na conta, consideramos 80 kg por ocupante e desprezamos o arrasto do ar, que é pequeno na velocidade de um carrinho de golfe.
O peso menor também reduz o desgaste de pneus, freios e suspensão, e compacta menos o gramado do campo. O efeito do peso na autonomia está no artigo sobre capacidade real.
O que a troca não faz
A bateria de lítio não muda o motor nem o controlador. Se o carrinho já está limitado pela corrente máxima do controlador, o ganho aparece como constância, não como um pico de força que ele nunca teve.
E nem toda perda de força é culpa da bateria. Escovas gastas, cabos de potência subdimensionados, contatores com desgaste e terminais oxidados também tiram desempenho. Antes de trocar, vale um diagnóstico. É o tipo de avaliação que fazemos no nosso Energy Lab.
Se a conclusão for trocar, os modelos e o seletor por marca de carrinho estão na página de bateria de lítio para carro de golfe.
Resumindo
- Tensão mais alta e estávelEntre 90% e 20% de carga o lítio fica entre 53,6 e 51,2 V, acima do chumbo cheio (50,9 V).
- Menos queda sob esforçoAo aplicar 150 A o chumbo perde 4 V e o lítio 0,4 V.
- Os efeitos se somamTensão mais alta em repouso e dez vezes menos queda: quase 6 V de diferença sob carga com as duas cheias.
- 130 kg a menosCerca de 23% menos força para subir a mesma rampa e 51% mais potência por quilo.
Fontes: Battery University, BU-903 (patamar de descarga do lítio-fosfato) e BU-802a (resposta do chumbo-ácido a picos de corrente); especificação oficial Trojan T-875 (29 kg por bateria); folheto técnico Club Car Precedent elétrico (peso em ordem de marcha de 410 kg); especificação FullEnergy FE-211 (51,2 V, 105 Ah, 44 kg, 200 A contínuos); tabelas de tensão em repouso por estado de carga para LiFePO4 16S (Clever Solar Power) e para chumbo-ácido inundado 48 V. Tensões sob 150 A: medições da equipe FullEnergy com banco de chumbo novo. Curva completa de descarga em preparação no Energy Lab.
O seu carrinho perde força na rampa?
Mande o modelo, a tensão e como ele é usado. A engenharia avalia se o problema é a bateria e indica a solução.