1. Capacidade da bateria

Geralmente, a capacidade da bateria é determinada pela quantidade de material ativo nela contida, geralmente expressa em miliamperes-hora (mAh) ou Ah. Por exemplo, 1000 mAh podem ser descarregados por 1 h com uma corrente de 1 A.

1.1 Compreendendo a capacidade da bateria: nominal vs. real vs. teórica

A capacidade da bateria pode ser categorizada em capacidade real, capacidade teórica e capacidade nominal, com base em diferentes condições.

A capacidade que uma bateria fornece quando descarregada a uma determinada taxa de descarga a 25 °C até sua tensão terminal é definida como a capacidade da bateria durante o projeto e a produção. Isso é chamado de capacidade nominal para uma determinada taxa de descarga (UR).

A capacidade da bateria é normalmente medida em AH (Amperes-hora). Outro método de medição é em termos de CÉLULA (por unidade de placa) em watts (W/CÉLULA).

1. Para cálculos de Ah (ampères-hora), pegue a corrente de descarga (corrente constante) I e multiplique-a pelo tempo de descarga (em horas) T. Por exemplo, uma bateria de 7 AH descarregada continuamente a 0,35 A pode durar aproximadamente 20 horas.
2. O tempo de carregamento padrão é de 15 horas e a corrente de carregamento é de 1/10 da capacidade da bateria. O carregamento rápido pode reduzir a vida útil da bateria.

A capacidade da bateria refere-se ao tamanho da carga elétrica armazenada em uma bateria. A unidade para capacidade da bateria é "mAh", conhecido em chinês como miliamperes-hora. Para baterias de maior capacidade, como baterias de chumbo-ácido, "Ah" (Ampère-hora) é geralmente usado por conveniência, onde 1Ah = 1000mAh. Se uma bateria tiver uma capacidade nominal de 1300mAh e você descarregar a bateria com uma corrente de 130mA, a bateria pode operar por cerca de 10 horas (1300mAh/130mA = 10h). Se a corrente de descarga for de 1300mA, o tempo operacional cai para cerca de 1 hora. Esses cálculos pressupõem condições ideais, e a operação real do dispositivo pode variar com base em componentes, como uma tela LCD ou flash em uma câmera digital, o que pode causar grandes variações na corrente. Portanto, o tempo operacional real de um dispositivo alimentado pela bateria só pode ser aproximado, geralmente com base na experiência do mundo real.

1.2 Unidade de Capacidade

Normalmente, a capacidade da bateria é medida em amperes-hora (Ah), e isso é determinado para uma bateria específica. Por exemplo, a pergunta pode ser: Qual é a capacidade da bateria deste smartphone? Ou qual é a capacidade da bateria deste patinete elétrico? Essas consultas são específicas para cada bateria. Quando a voltagem da bateria já está definida e não se considera a voltagem em tempo real, simplesmente informar os amperes-hora pode representar a capacidade da bateria.

No entanto, ao lidar com baterias de voltagens diferentes, não se pode confiar simplesmente em amperes-hora para indicar capacidade. Tomemos, por exemplo, uma Bateria MANLY 12V 20AH e uma bateria MANLY de 15 V e 20 AH. Embora ambas tenham 20 AH, ao alimentar um dispositivo com a mesma carga, o dispositivo funcionará perfeitamente, mas a duração da operação será diferente. Portanto, a capacidade padrão deve ser medida em termos de potência.

Para ilustrar melhor, considere um dispositivo que suporta 12 V e 24 V. Se alimentado por uma bateria MANLY 12 V 20 AH, ele pode durar uma hora. No entanto, se duas dessas baterias forem conectadas em série, resultando em 24 V 20 AH, os amperes-hora permanecem inalterados, mas o tempo de operação dobra. Nesse contexto, a capacidade deve ser vista em termos da potência que a bateria pode suportar, não apenas dos amperes-hora.

Potência (W) = Potência (P) * Tempo (T) = Corrente (I) * Voltagem (U) * Tempo (T).

Essa abordagem para discutir a capacidade da bateria é mais significativa. É preciso ser realista e factual; caso contrário, você pode acabar com a afirmação ilógica de que a bateria de um smartphone tem uma capacidade maior do que a de uma bateria de patinete elétrico, o que é claramente anticientífico.

2. Tensão nominal

A diferença de potencial entre os eletrodos positivo e negativo da bateria é chamada de tensão nominal da bateria. A tensão nominal é determinada pelo potencial do eletrodo do material da placa e pela concentração do eletrólito interno. O diagrama de descarga da bateria de lítio é parabólico, com 4,3 V caindo para 3,7 V e 3,7 V caindo para 3,0 V, ambos os quais mudam rapidamente. Apenas o tempo de descarga, de cerca de 3,7 V, é o mais longo, representando quase 3/4 do tempo, portanto, a tensão nominal da bateria de lítio se refere à tensão que mantém o maior tempo de descarga.

1. Bateria de lítio ternária

A tensão nominal de uma célula ternária de lítio é de 3,6 V, com uma faixa de tensão de operação entre 2,5 V e 4,2 V. Para uma bateria, multiplique a tensão pelo número de células em série. Por exemplo, para uma bateria ternária de lítio série 10, a tensão nominal é de 36 V e a faixa de tensão de trabalho varia de 25 V a 42 V.

2. Bateria de fosfato de ferro e lítio

A tensão nominal de uma célula de fosfato de ferro-lítio é de 3,2 V, com uma faixa de tensão operacional de 2,0 V a 3,65 V. Da mesma forma, para a bateria correspondente, multiplique pelo número de células em série. Por exemplo, uma bateria de fosfato de ferro-lítio série 15 tem uma tensão nominal de 48 V, com uma faixa de tensão operacional de 30 V a 54,75 V.

Então, quais são as implicações de uma baixa voltagem para baterias de lítio?

Recomenda-se que as baterias de lítio sejam armazenadas por longo prazo, com cerca de 70% de carga. Se não forem utilizadas por 3 a 6 meses, é aconselhável realizar um ciclo completo de carga e descarga. Isso beneficia a vida útil geral da bateria.

Se armazenada por longos períodos sem uso e em tensões muito baixas, os materiais da bateria de lítio podem ser afetados negativamente. Sua reatividade química pode se deteriorar, o que, por sua vez, afeta a vida útil da bateria.

Baterias de íons de lítio operam em tensões que variam de 2,5 V a 4,2 V. Quando a tensão cai abaixo de 2,5 V, a descarga da bateria cessa e, devido ao fechamento do circuito de descarga, a perda de corrente do circuito de proteção interno cai para o seu nível mais baixo. No entanto, em aplicações reais, devido a variações nos materiais internos, a tensão de terminação da descarga pode variar de 2,5 V a 3,0 V. Quando a tensão excede 4,2 V, o circuito de carga é encerrado para garantir a segurança da bateria.

3. Tensão de terminação de carga

Quando a bateria recarregável está totalmente carregada, o material ativo na placa do eletrodo atinge um estado saturado e a tensão da bateria não aumenta enquanto ela continua sendo carregada. A tensão nesse momento é chamada de tensão de fim de carga. A bateria ternária de lítio tem 4,2 V e a bateria de fosfato de ferro-lítio tem 3,65 V.

4. Tensão de terminação de descarga

A tensão de fim de descarga refere-se à menor tensão permitida quando a bateria está descarregada. A tensão de término da descarga está relacionada à taxa de descarga.

5. Resistência interna da bateria

A resistência interna da bateria é determinada pela resistência da placa do eletrodo e pela resistência do fluxo de íons. Durante o processo de carga e descarga, a resistência do mecanismo de imagem e da placa do eletrodo permanece inalterada, mas a resistência do fluxo de íons aumenta ou diminui com a concentração do eletrólito e dos íons carregados. E muda. Quando a tensão OCV de uma bateria de lítio diminui, a impedância aumenta. Portanto, ao carregar em baixa potência (menos de 3 V), a pré-carga (carga lenta) deve ser realizada primeiro para evitar que uma corrente excessiva cause geração excessiva de calor na bateria.

Composição da resistência interna da bateria de lítio

A resistência ôhmica decorre principalmente dos materiais do eletrodo, do eletrólito, da resistência do separador, bem como da resistência de contato dos coletores de corrente e das conexões das abas. Ela está relacionada ao tamanho, à estrutura e aos métodos de conexão da bateria.

A resistência à polarização, que surge instantaneamente quando a corrente é aplicada, representa a tendência cumulativa de várias barreiras dentro da bateria, impedindo que íons carregados cheguem aos seus destinos. Essa resistência pode ser categorizada em polarização eletroquímica e polarização de concentração.

Atualmente, a bateria de lítio 18650, que se destaca, tem uma resistência interna de cerca de 12 miliohms, enquanto as típicas oscilam entre 13 e 15 miliohms. Considerando que a impedância pode afetar o desempenho da bateria, em geral, 50 miliohms são considerados normais. Entre 50 e 100 miliohms, a bateria permanece funcional, mas o desempenho começa a degradar. Ao exceder 100 miliohms, o uso em paralelo é necessário, e qualquer valor acima de 200 miliohms é praticamente inutilizável.

Impactos da resistência interna da bateria de lítio

Todos os fatores que impedem o movimento de íons de lítio e elétrons de um polo para outro dentro da bateria de lítio contribuem para sua resistência interna. Idealmente, quanto menor a resistência interna, melhor. Uma resistência interna maior leva a maiores perdas térmicas, evitando descargas de alta corrente. Além disso, uma alta resistência interna significa que a bateria aquece durante o uso. Temperaturas elevadas podem fazer com que a tensão operacional de descarga da bateria caia e sua duração de descarga diminua, afetando gravemente seu desempenho e vida útil. Em casos extremos, isso pode até representar um risco de combustão espontânea.

6. Taxa de autodescarga

Refere-se à porcentagem da capacidade total que é perdida automaticamente quando a bateria não é utilizada por um período de tempo. Geralmente, a taxa de autodescarga das baterias de íons de lítio em temperatura ambiente é de 5% a 8%.

6.1 Como a taxa de descarga afeta a capacidade da bateria?

A taxa de descarga impacta diretamente a capacidade efetiva de uma bateria. Especificamente, uma taxa de descarga mais alta pode diminuir a capacidade disponível, pois a bateria pode não ser capaz de manter sua capacidade nominal máxima durante descargas rápidas. Portanto, ao avaliar a capacidade utilizável de uma bateria, a taxa de descarga deve ser levada em consideração.

6.2 Qual é a taxa de descarga das baterias de bicicletas elétricas?

A taxa de descarga das baterias de bicicletas elétricas pode variar de acordo com a composição química e o design específicos da bateria. Bicicletas elétricas normalmente utilizam baterias de íons de lítio devido à sua alta densidade energética e desempenho. Essas baterias geralmente apresentam uma taxa de descarga que varia de 1C a 4C ou até mais. Para ilustrar, uma bateria de 1 Ah com uma taxa de descarga de 10C pode fornecer uma corrente de descarga contínua de 10 amperes, enquanto uma taxa de 4C permitiria uma corrente de descarga contínua de 40 amperes.

6.3 O que é considerado uma alta taxa de descarga para baterias de lítio?

Para baterias de lítio, uma taxa de descarga normalmente considerada "alta" começa em 1 °C ou mais. No entanto, é importante observar que o que é considerado uma alta taxa de descarga específica pode variar de acordo com o design da bateria, a composição química e a aplicação pretendida.

6.4 Qual é uma boa taxa de descarga para baterias?

A taxa C ideal para uma bateria depende das demandas específicas de sua aplicação. Normalmente, uma taxa de descarga que facilite a transferência eficiente de energia sem sobrecarregar a bateria é considerada favorável. Recomenda-se consultar as especificações e diretrizes do fabricante para determinar a melhor taxa de descarga para uma bateria específica.

6.5 Como calcular a taxa C?

Taxa C (C) = Corrente de carga ou descarga em amperes (A) / Capacidade nominal da bateria (Ah)

Vamos analisar um exemplo envolvendo uma bateria de lítio de 100 Ah:

1C representa uma corrente de descarga de 100 amperes, o que significa que a bateria pode fornecer uma descarga contínua de 100 amperes por uma hora. Em termos mais simples, ela pode suportar uma corrente de carga de 100 amperes por 60 minutos.

Se aumentarmos a taxa C para 2C, a corrente de descarga passa a ser de 200 amperes. Isso significa que a bateria agora pode fornecer uma corrente de descarga de 200 amperes, mas por um período reduzido. A uma taxa de 2C, a bateria pode sustentar uma corrente de carga de 200 amperes por 30 minutos ou meia hora.

Por outro lado, reduzir a taxa C para 0,5 °C resulta em uma corrente de descarga de 50 amperes. A uma taxa de 0,5 °C, a bateria pode fornecer uma corrente de descarga de 50 amperes, prolongando assim o período de descarga. Nessas condições, a bateria pode suportar uma corrente de carga de 50 amperes por 2 horas ou 120 minutos.

Ao avaliar o desempenho e a capacidade das baterias de lítio, a taxa C se destaca como um fator crucial, pois determina tanto a corrente de descarga disponível quanto a duração da descarga correspondente.

Baterias LiFePO4 vs. Níquel-Zinco e VRLA em sistemas UPS de data center

Melhor fabricante OEM de bateria de lítio para marca própria e pacotes personalizados

As 12 maiores empresas de baterias de estado sólido que estão moldando o futuro

Quantas baterias há em um carrinho de golfe em 2024

12...196