Desenvolvimento de metodologia para medição de impedância interna em módulos de baterias LiFePO₄ de um sistema de armazenamento de energia em larga escala conectado à rede de transmissão de 138 kv da subestação registro

A crescente inserção de fontes renováveis e a consequente necessidade de maior flexibilidade e confiabilidade dos sistemas elétricos têm impulsionado a adoção de sistemas de armazenamento de energia em baterias (Battery Energy Storage Systems – BESS). No Brasil, destaca-se a implementação de sistemas em nível de transmissão, como o BESS da subestação Registro em 138 kV, evidenciando a evolução tecnológica do setor. Adicionalmente, observa-se que, na maioria dos casos documentados, as falhas em sistemas BESS estão associadas ao fenômeno da avalanche térmica, caracterizado por reações químicas internas nas células que liberam calor de forma descontrolada, podendo evoluir até a destruição total do sistema. Neste contexto, o objetivo deste trabalho é desenvolver e avaliar uma metodologia aplicável às rotinas de manutenção preditiva em sistemas BESS, baseada na análise da evolução da impedância interna como indicador de degradação e falhas incipientes em baterias de íon-lítio. Embora a medição de parâmetros ôhmicos já seja consolidada para baterias chumbo-ácidas, sua aplicação em baterias de lítio-íon ainda é limitada, sobretudo em condições reais de operação e em nível de módulos completos. A maior parte dos estudos disponíveis concentra-se em análises laboratoriais e em células individuais, o que evidencia uma lacuna relevante quanto à aplicação prática em sistemas comerciais. Como contribuição, este trabalho propõe a utilização de medições de impedância diretamente em módulos de baterias, permitindo a avaliação da degradação em condições reais de operação. As medições foram realizadas em cinco units (7, 8, 15, 17 e 18), selecionadas por amostragem aleatória, abrangendo um total de 360 módulos, distribuídos em nove racks por unit, com oito módulos cada. Os resultados indicaram que os módulos de posição 5 apresentam valores de impedância superiores aos demais, indicando um comportamento distinto e potencialmente associado a maior degradação. Esse comportamento recorrente em todos os racks analisados reforça a importância do monitoramento contínuo desses módulos, visando evitar impactos na capacidade operacional e na confiabilidade do sistema BESS.

Resumo (inglês)

The increasing integration of renewable energy sources and the consequent need for greater flexibility and reliability in electrical systems have driven the adoption of Battery Energy Storage Systems (BESS). In Brazil, the implementation of transmission-level systems—such as the BESS at the 138 kV Registro substation—stands out, highlighting the sector's technological evolution. Furthermore, in most documented cases, BESS failures are associated with the phenomenon of thermal runaway, characterized by uncontrolled internal chemical reactions within the cells that release heat and can lead to the total destruction of the system. In this context, the objective of this study is to develop and evaluate a methodology applicable to predictive maintenance routines for BESS, based on analyzing the evolution of internal impedance as an indicator of degradation and incipient failures in lithium-ion batteries. Although the measurement of ohmic parameters is well-established for lead-acid batteries, its application to lithium-ion batteries remains limited, particularly under real operating conditions and at the complete module level. Most existing studies focus on laboratory analyses and individual cells, highlighting a significant gap regarding practical application in commercial systems. As a contribution, this study proposes measuring impedance directly on battery modules, enabling the assessment of degradation under real operating conditions. Measurements were performed on five units (7, 8, 15, 17, and 18), selected via random sampling, covering a total of 360 modules distributed across nine racks per unit, with eight modules each. The results indicated that modules in position 5 exhibited higher impedance values than the others, suggesting distinct behavior potentially associated with greater degradation. This recurring behavior across all analyzed racks underscores the importance of continuously monitoring these modules to prevent impacts on the operational capacity and reliability of the BESS.

Palavras-chave

Armazenamento de energia em baterias (BESS) Baterias de íon-lítio LiFePO₄ Impedância (Eletricidade) Medição de impedância interna Battery Energy Storage System (BESS) Lithium-ion batteries Internal impedance measurement

Idioma

Português

Citação

SILVA, Caio Cesar Vieira de Freitas Almeida da. Desenvolvimento de metodologia para medição de impedância interna em módulos de baterias LiFePO4 de um sistema de armazenamento de energia em larga escala conectado à rede de transmissão de 138 kV da subestação Registro. 2026. 66 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Faculdade de Engenharia de Bauru, Universidade Estadual Paulista (UNESP), Bauru, 2026.