O que é uma bateria de íon de lítio ou íon de lítio?
Uma bateria de íon de lítio (Li-Ion) é um tipo de bateria recarregável comumente usada em dispositivos eletrônicos portáteis, como telefones celulares, laptops, câmeras digitais, bicicletas elétricas, ferramentas manuais e dispositivos de armazenamento de energia, entre outros.
Essas baterias funcionam por meio de um processo eletroquímico no qual os íons de lítio se movem entre um eletrodo negativo de grafite e um eletrodo positivo de óxido metálico de lítio durante a carga e a descarga. Esse movimento dos íons de lítio é o que gera a corrente elétrica usada para alimentar os dispositivos.
As células de íon de lítio têm uma tensão nominal de cerca de 3,7 volts. No entanto, durante o carregamento e descarregamento, a tensão real pode variar de cerca de 4,2 volts com carga total até cerca de 3,0 volts com descarga total, dependendo da química exata da bateria e das especificações do fabricante.
As baterias de íons de lítio são populares devido à sua alta densidade de energia, o que significa que podem armazenar grandes quantidades de energia em um tamanho relativamente pequeno e leve em comparação com outros tipos de baterias recarregáveis. Além disso, têm uma baixa taxa de autodescarga em comparação com outras tecnologias de baterias recarregáveis, o que significa que podem reter a carga por longos períodos quando não estão em uso.
No entanto, as baterias de iões de lítio também apresentam algumas limitações, como a sua sensibilidade à sobrecarga e descarga profunda, o que pode reduzir a sua vida útil se não forem manuseadas corretamente. Eles também podem estar sujeitos a inflamação ou até explosão se forem fisicamente danificados ou usados incorretamente. Além disso, outro problema que surge na construção de baterias compostas por elementos individuais é o desequilíbrio das células.
O que é o desequilíbrio da célula da bateria de íon de lítio?
O desequilíbrio das células da bateria de íons de lítio refere-se às disparidades no estado de carga ou descarga entre as diferentes células individuais que compõem a bateria. Esse desequilíbrio pode surgir devido a uma variedade de fatores, incluindo:
- Variações de fabricação: As células individuais de uma bateria de íons de lítio podem apresentar pequenas diferenças em termos de capacidade, resistência interna ou outras características devido a variações no processo de fabricação.
- Condições de uso irregulares: As células individuais podem experimentar diferentes condições de carga e descarga devido a fatores como temperatura ambiente, corrente de carga e descarga aplicada, frequência de uso e nível de estresse mecânico.
O desequilíbrio celular pode ter vários efeitos negativos, incluindo:
- Capacidade efetiva reduzida: Se algumas células atingirem a tensão máxima antes de outras durante o carregamento, o carregamento completo da bateria será interrompido antes que todas as células estejam totalmente carregadas, resultando na redução da capacidade efetiva da bateria.
- Danos Permanentes: Se algumas células forem descarregadas abaixo de sua tensão mínima durante a descarga, elas poderão sofrer danos permanentes, como formação de dendritos ou perda de capacidade, o que pode reduzir a vida útil da bateria e afetar o desempenho a longo prazo.
- Instabilidade operacional: O desequilíbrio das células pode causar operação instável da bateria, o que pode resultar em distribuição desigual de corrente durante a carga e descarga, aumento da temperatura e risco de falha ou situações perigosas, como superaquecimento ou inflamação.
Para resolver estes problemas, o sistema de gestão da bateria (BMS) monitoriza e controla ativamente o estado de carga e descarga de cada célula individual, equilibrando as células para garantir um desempenho ideal e seguro da bateria como um todo. Isso envolve a redistribuição da carga entre as células durante a carga e a descarga para mantê-las dentro de faixas seguras e uniformes de tensão e capacidade.
O que é o BMS de uma bateria e para que serve?
Um Sistema de Gerenciamento de Bateria (BMS) é um componente crucial em baterias de íons de lítio e é usado para monitorar e controlar vários aspectos de sua operação. Algumas das principais funções de um BMS neste tipo de baterias são:
- Proteção contra sobrecarga: O BMS monitora a tensão de cada célula da bateria e evita que a bateria seja carregada acima de sua tensão máxima segura. Isto é essencial para evitar danos às células e para garantir a segurança durante o carregamento.
- Proteção contra descarga excessiva: O BMS também monitora a tensão da célula durante a descarga e evita que a bateria descarregue abaixo de um nível seguro. Descarregar uma bateria de iões de lítio abaixo de um determinado nível pode danificar permanentemente as células e reduzir a sua vida útil.
- Balanceamento de células: Podem surgir diferenças na capacidade ou no estado de carga entre células individuais devido a variações de fabricação ou condições de uso irregulares. O BMS controla a carga e descarga de cada célula para manter todas as células equilibradas em termos de tensão e capacidade.
- Monitoramento de temperatura: As baterias de íons de lítio podem se tornar instáveis e perigosas se ficarem muito quentes durante o carregamento ou descarregamento. O BMS monitoriza a temperatura da bateria e, caso seja detetado um aumento anormal da temperatura, pode tomar medidas para reduzir a corrente ou interromper o carregamento para evitar danos.
- Proteção contra curto-circuito e sobrecorrente: O BMS pode detectar condições de curto-circuito ou correntes anormalmente altas e desconectar a bateria para evitar danos ou riscos à segurança.
Em resumo, o BMS é essencial para garantir o desempenho seguro e eficiente das baterias de íons de lítio, monitorando e controlando fatores como carga, descarga, equilíbrio celular e temperatura.
Que tipos de BMS existem para bateria de íon de lítio?
Existem vários tipos de sistemas de gerenciamento de bateria (BMS) para baterias de íons de lítio, e a escolha do tipo de BMS depende de vários fatores, como o tamanho e a complexidade do sistema de bateria, as necessidades de monitoramento e controle e o nível desejado de integração. . Alguns dos tipos comuns de BMS incluem:
- BMS integrado na bateria: Neste projeto, o BMS é integrado diretamente na bateria e é responsável por monitorar e controlar o status de cada célula individual. Este tipo de BMS é comum em baterias de íons de lítio de menor escala, como aquelas usadas em dispositivos eletrônicos portáteis. Este é o tipo de BMS que geralmente encontramos nesta seção do nosso site.
- BMS autônomo: Nesta abordagem, o BMS é uma unidade separada que se conecta à bateria e é responsável por monitorar e controlar a integridade da bateria como um todo. Este tipo de BMS é utilizado em sistemas de baterias de maior escala, como aqueles utilizados em veículos elétricos ou sistemas estacionários de armazenamento de energia.
- BMS distribuído: Neste projeto, cada módulo de bateria possui seu próprio BMS que monitora e controla o status desse módulo específico. Esses BMSs podem se comunicar entre si para coordenar operações e compartilhar informações sobre a saúde da bateria como um todo.
Como as baterias de íon de lítio são conectadas para fabricar baterias?
Quando se trata de conectar baterias de íons de lítio para formar conjuntos de baterias, existem várias abordagens comuns:
- Configuração em série: Nesta configuração, células individuais são conectadas em série, o que significa que o terminal positivo de uma célula se conecta ao terminal negativo da próxima célula. Isto aumenta a tensão total do pacote, mantendo a capacidade da bateria igual à de uma única célula.
- Configuração Paralela: Nesta configuração, as células individuais são conectadas em paralelo, o que significa que os terminais positivos de todas as células estão conectados entre si, assim como os terminais negativos. Isto aumenta a capacidade total do pacote enquanto mantém a tensão igual à de uma única célula.
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Quando você conecta duas baterias de íons de lítio em paralelo, elas não estão necessariamente balanceadas entre si em termos de tensão e capacidade. A conexão paralela significa simplesmente que os terminais positivos de ambas as baterias estão conectados entre si, assim como os terminais negativos. Isto aumenta a capacidade total do sistema de bateria, mantendo a mesma tensão.
Contudo, o equilíbrio entre baterias individuais num sistema paralelo não é automaticamente garantido. Diferenças na capacidade e no estado de carga entre baterias individuais, diferentes envelhecimentos, podem resultar em desequilíbrio de carga e descarga, o que pode levar a uma distribuição desigual de corrente e afetar o desempenho geral do sistema.
- Combinação em série e paralelo: Esta é uma combinação das configurações em série e paralelo, onde grupos de células são conectados em série e então esses grupos são conectados em paralelo entre si. Esta abordagem é usada para aumentar a tensão e a capacidade total do pacote.
Em qualquer configuração, é importante considerar a necessidade de um equilíbrio adequado entre as células para evitar desequilíbrios de tensão e capacidade, que podem ser geridos pelo BMS correspondente.
Existe uma nomenclatura padrão para identificar a montagem de células individuais para formar conjuntos de baterias maiores usando a letra S e a letra P. A letra S é usada para determinar a conexão em série, enquanto a letra P indica uma conexão em série.
- 2S Li-ion: Significa que existem duas células individuais conectadas em série. Este formato aumenta a tensão total da bateria, mantendo a mesma capacidade.
- 3S Li-ion: Indica que existem três células individuais conectadas em série. Isso aumenta a voltagem total da bateria para aproximadamente três vezes a voltagem de uma única célula, mantendo a mesma capacidade.
- 4S Li-ion: Significa que existem quatro células individuais conectadas em série. Isso aumenta a voltagem total da bateria para aproximadamente quatro vezes a voltagem de uma única célula, mantendo a mesma capacidade.
- 5S Li-ion: Significa que existem cinco células individuais conectadas em série. Isso aumenta a voltagem total da bateria para aproximadamente cinco vezes a voltagem de uma única célula, mantendo a mesma capacidade.
- E assim por diante: A letra “S” seguida de um número indica a quantidade de células conectadas em série na bateria. Quanto mais células estiverem conectadas em série, maior será a tensão total da bateria.
Essas notações são importantes para entender rapidamente a tensão nominal da bateria e são amplamente utilizadas na indústria para descrever as especificações das baterias de íon-lítio e suas aplicações.
Exemplo: Bateria de íon de lítio 4S2P
A notação "4S2P" refere-se à configuração de uma bateria de íons de lítio onde as células individuais são conectadas em série (S) e paralelo (P).
“4S” indica que existem quatro células individuais conectadas em série. Quando as células são conectadas em série, a tensão total da bateria é a soma das tensões de cada célula. Portanto, se cada célula individual tiver uma tensão nominal de cerca de 3,7 volts, então uma bateria "4S" teria uma tensão nominal total de cerca de 14,8 volts (3,7 V/célula * 4 células).
“2P” indica que existem dois grupos de células conectadas em paralelo. Cada grupo de células em paralelo fornece a mesma capacidade que uma única célula. Isso é feito para aumentar a capacidade total da bateria, mantendo a mesma tensão.
Resumindo, numa configuração “4S2P”, você tem quatro células de íons de lítio conectadas em série, fornecendo uma tensão total em torno de 14,8 volts, e dois desses grupos de células são conectados em paralelo para aumentar a capacidade do pack. baterias.
Para a confecção dos diferentes conjuntos de baterias é utilizada uma folha de níquel, que é soldada em uma estação de soldagem por pontos.
