Terminologia da bateria de íon-lítio (1)

1. Tensão (V)

Tensão em circuito aberto (OCV): refere-se à tensão da bateria quando não há nenhum circuito externo ou carga externa conectada. A tensão em circuito aberto tem uma certa relação com a energia restante da bateria, e o indicador de carga utiliza esse princípio.

Tensão de funcionamento (WV): refere-se à diferença de potencial entre os eletrodos positivo e negativo da bateria quando esta está em estado de funcionamento, ou seja, quando a corrente flui pelo circuito. No estado de descarga da bateria, quando a corrente flui pela bateria, ela precisa superar a resistência interna; portanto, a tensão de funcionamento é sempre menor do que a tensão em circuito aberto.

Tensão de corte de descarga (DCV): refere-se à tensão atingida quando a bateria está totalmente carregada e descarregada (se continuar a descarregar, ocorre uma descarga excessiva, o que prejudicará a vida útil e o desempenho da bateria). Tensão limite de carga (LCV): a tensão na qual o modo de carga de corrente constante muda para o modo de carga de tensão constante durante o processo de carga.

2. Capacidade da bateria (Ah)

A capacidade da bateria refere-se à quantidade de eletricidade que a bateria pode armazenar. A capacidade é um indicador importante do desempenho elétrico da bateria, que é determinado pelo material ativo do eletrodo.

A capacidade é representada pela letra C, e a unidade é Ah (ampere-hora) ou mAh (miliampere-hora): Fórmula: C = It, ou seja, capacidade da bateria (Ah) = corrente (A) × tempo de descarga (h). Uma bateria com capacidade de 10 ampere-hora pode ser descarregada por 2 horas a 5 amperes e por 1 hora a 10 amperes.

3. Resistência interna (mΩ)

A resistência interna de uma bateria refere-se à resistência encontrada pela corrente que flui através da bateria quando esta está em funcionamento. O valor da resistência interna é influenciado principalmente por fatores como o material da bateria, o processo de fabricação e a estrutura da bateria. Devido à existência da resistência interna, quando a bateria é descarregada, a corrente que passa pela resistência interna gera calor e consome energia. Quanto maior a corrente, maior o consumo de energia. Portanto, quanto menor a resistência interna, melhor o desempenho da bateria. Não só a tensão real de funcionamento da bateria é alta, como também o consumo de energia na resistência interna é menor.

A existência de resistência interna faz com que a tensão nos terminais da bateria seja inferior à força eletromotriz e à tensão em circuito aberto durante a descarga, e superior à força eletromotriz e à tensão em circuito aberto durante o carregamento.

A resistência interna da bateria não é uma constante (a resistência é dividida em resistência interna física e resistência interna de polarização). Ela varia ao longo do tempo durante o processo de descarga, pois a composição do material ativo, a concentração do eletrólito e a temperatura estão em constante mudança. A resistência ôhmica obedece à lei de Ohm: a resistência de polarização aumenta com o aumento da densidade de corrente, mas essa relação não é linear. Frequentemente, ela aumenta linearmente com o aumento do logaritmo da densidade de corrente.

4. Capacidade de carga

Quando os pólos positivo e negativo da bateria são conectados ao aparelho elétrico, a potência de saída, quando o aparelho elétrico é acionado, corresponde à capacidade de carga da bateria.

5. Pressão interna

Refere-se à pressão interna da bateria, causada pelo gás gerado pela bateria selada durante o processo de carga e descarga. É influenciada principalmente por fatores como os materiais da bateria, os processos de fabricação e a estrutura da bateria.

A principal razão para sua formação é que o gás gerado pela decomposição da água e das soluções orgânicas no interior da bateria se acumula na bateria

6. Taxa de carga (C-rate)

C é a primeira letra de “Capacidade”, termo usado para indicar o valor da corrente durante o carregamento e a descarga da bateria.

Por exemplo: quando a capacidade nominal de uma bateria recarregável é de 1.100 mAh, isso significa que o tempo de descarga a 1.100 mAh (1C) pode durar 1 hora, e que o tempo de descarga a 200 mA (0,2C) pode durar 5 horas. O tempo de carga também pode ser calculado dessa forma.

7. Descarga excessiva

Se a bateria ultrapassar a tensão de corte da descarga durante o processo de descarga e continuar a descarregar, isso poderá causar um aumento da pressão interna da bateria, danificar a reversibilidade dos materiais ativos positivos e negativos e reduzir significativamente a capacidade da bateria.

8. Cobrança excessiva

Quando a bateria está carregada, se continuar a ser carregada após atingir o estado de carga total, isso pode causar aumento da pressão interna da bateria, deformação, vazamento etc., e o desempenho da bateria será significativamente reduzido e ela ficará danificada.

9. Profundidade de carga e descarga (SOC, DOD)

Método utilizado para expressar o valor da capacidade remanescente da bateria. A profundidade de carga e de descarga é expressa em porcentagem.

Por exemplo: se a capacidade de uma bateria de 10 Ah passar a ser de 2 Ah após a descarga, isso pode ser denominado 80% DOD. Por exemplo: uma bateria com capacidade de 10 Ah tem capacidade de 8 Ah após o carregamento, o que corresponde a 80% SOC. Ao descrever a carga e a descarga completas, isso geralmente é chamado de 100% DOD.

10. Taxa de descarga (A)

A taxa de descarga refere-se ao valor da corrente necessária para descarregar sua capacidade nominal (C) dentro de um tempo especificado, sendo numericamente igual a um múltiplo da capacidade nominal da bateria.

De acordo com o valor da taxa de descarga, ela pode ser dividida em baixa taxa (7,0C)

Tomemos como exemplo uma bateria de 10 Ah: se ela for descarregada a 2 A, a taxa de descarga é de 0,2 C. Se for descarregada a 20 A, a taxa de descarga é de 2 C.

11. Energia da bateria (Wh)

Definição: refere-se à quantidade de energia armazenada na bateria, expressa em Wh

Fórmula: Energia (Wh) = tensão nominal (V) × corrente de trabalho (A) × tempo de funcionamento (h).

Por exemplo: a energia de uma célula única de 3,2 V e 15 Ah é de 48 Wh, e a energia de um conjunto de baterias de 3,2 V e 100 Ah é de 320 Wh. A energia da bateria é um indicador importante para medir o trabalho realizado pela bateria para alimentar o equipamento. A capacidade, por si só, não determina a quantidade de trabalho realizado.

12. Vida útil do ciclo de carga

Conceito: Uma bateria recarregável passa por um ciclo de carga e descarga, denominado “ciclo”. Após repetidas cargas e descargas, a capacidade da bateria diminui gradualmente. Em determinadas condições de descarga, quando a capacidade da bateria cai para 80%, o número de ciclos pelos quais a bateria passou é a vida útil da bateria.

A vida útil está relacionada às condições de carga e descarga da bateria: a vida útil das baterias de íon-lítio em ciclos de carga e descarga de 0,5C à temperatura ambiente pode chegar a 3.000–5.000 ciclos (padrão do setor). Fatores que influenciam: o uso inadequado das baterias, os materiais das baterias, a composição e a concentração do eletrólito, a taxa de carga e descarga, a profundidade de descarga (DOD%), a temperatura, o processo de fabricação etc. — todos esses fatores têm impacto na vida útil da bateria.

13. Densidade energética (Wh/kg)

Refere-se à energia liberada por unidade de volume ou massa, geralmente expressa como densidade de energia volumétrica (Wh/L) ou densidade de energia massica (Wh/kg).

Por exemplo, se uma bateria de lítio pesar 325 g, tiver uma tensão nominal de 3,7 V e uma capacidade de 10 Ah, sua densidade energética será de 113 Wh/kg. A tabela a seguir mostra os valores teóricos. Em aplicações reais, é preciso levar em consideração vários fatores, como o invólucro e as peças que compõem a estrutura da bateria.

Atualmente, a densidade energética das baterias de lítio é 3 e 1,5 vezes maior do que a das baterias de níquel-cádmio e de níquel-hidreto metálico. A densidade energética é determinada pela densidade e pela estrutura do material.

14. Tempo de recarga

Tempo de recarga (horas) = capacidade da bateria recarregável (mAh) / corrente de recarga (mA) * coeficiente de 1,5.

Se você usar uma bateria recarregável de 1600 mAh e o carregador carregar com uma corrente de 400 mA, o tempo de carregamento será: 1600/400*1,5=6 horas.