Carga e descarga de células / baterias de Li-ion

Descubra como prolongar a vida útil da sua bateria utilizando os melhores métodos de carregamento

Ao carregar e descarregar baterias ocorre uma reação química, mas com os íons de lítio há uma exceção. Os cientistas falam sobre as energias que fluem dentro e fora da bateria como parte do movimento dos íons entre o ânodo e o cátodo. Se os cientistas estivessem certos, de acordo com essa afirmação, a bateria duraria para sempre, mas isso não acontece. Eles culpam o desaparecimento dos íons que ficam presos, mas, como em todos os sistemas de bateria, a corrosão interna e outros efeitos degenerativos, também conhecidos como reações parasitárias no eletrólito e nos eletrodos, desempenham um papel importante.

O carregador de íons de lítio é um dispositivo limitador de voltagem que apresenta semelhanças com o sistema das baterias de chumbo-ácido. As diferenças nas Li-ion encontram-se em uma voltagem mais alta por célula, tolerâncias de voltagem mais rigorosas e na ausência de carga de manutenção ou flutuação na carga total. Enquanto o chumbo-ácido oferece certa flexibilidade em termos de voltagem de corte, os fabricantes do Li-ion são muito precisos no ajuste correto, pois o Li-ion não pode aceitar nenhuma sobrecarga. O chamado "carregador milagroso" que promete prolongar a vida útil da bateria e aumentar a capacidade extra não existe. O sistema Li-ion é um sistema "limpo" e apenas absorve o que pode.

Carregando baterias de cobalto misturado com Li-ion

Especificamente, referimo-nos a baterias de Li-ion fabricadas com materiais tradicionais de cátodo, como cobalto, níquel, manganês e alumínio, carregadas tipicamente a 4,20V/célula. A tolerância é de +/- 50mV/célula. Algumas variedades baseadas em níquel são carregadas a 4,10V/célula; as de alta capacidade de Li-ion podem ir até 4,30V/célula. Ao aumentar a voltagem, também se aumenta a capacidade, mas ultrapassar a especificação pode sobrecarregar a bateria. Os circuitos de proteção incorporados no pacote não permitem exceder a voltagem estabelecida.

A Figura 1 mostra a variação de tensão e corrente quando o íon de lítio passa pelas fases de corrente. A carga total é atingida quando a corrente diminui para entre 3% e 5% da classificação de Ah.

Figura 1: Etapas de carregamento de íons de lítio. O Li-ion está completamente carregado quando a corrente cai para um nível estabelecido. Em vez da carga de manutenção, alguns carregadores aplicam uma carga quando a voltagem cai.

Cortesia de Cadex

O tempo de carga completa é de aproximadamente 2-3 horas. Os fabricantes dessas células recomendam carregar a 0.8C ou menos para prolongar a vida útil da bateria. A maioria das células de energia pode suportar um carregador mais potente. A eficiência do carregamento é de cerca de 99% e a célula permanece fria durante a carga.

Algumas baterias de Li-ion podem experimentar um aumento de temperatura de aproximadamente 5ºC quando atingem a carga completa. Suspenda o uso da bateria ou do carregador se a temperatura subir mais de 10ºC sob velocidades de carga moderadas.

A carga completa ocorre quando a bateria atinge o limite de voltagem e a corrente cai para 3% da corrente nominal. Uma bateria também pode ser considerada totalmente carregada se os níveis se estabilizarem e não puderem cair mais.

Uma bateria de Li-ion não precisa ser totalmente carregada, como acontece com o chumbo-ácido, nem é desejável fazê-lo. Na verdade, é melhor não carregá-la completamente, pois uma voltagem alta pode sobrecarregar a bateria. Escolher um limite de voltagem mais baixo ou eliminar completamente a carga de saturação prolonga a vida útil da bateria, mas reduz o tempo de uso.

Quando a bateria está totalmente carregada, a corrente de carga deve ser interrompida. Uma vez concluído o carregamento, a voltagem da bateria começa a cair, aliviando a tensão. Com o tempo, a voltagem de circuito aberto se estabiliza entre 3.70V e 3.90V/célula.

Se as baterias de íons de lítio forem deixadas no carregador, alguns dispositivos aplicam uma carga suplementar breve para compensar a pequena autodescarga da bateria. Os carregadores feitos para preparação operacional ou modo de espera geralmente deixam a voltagem da bateria cair para 4.00V/célula e recarregam apenas até 4.05V/célula, em vez dos 4.20V/célula completos. Isso reduz o estresse relacionado à voltagem e prolonga a vida útil da bateria.

Resumo

O carregamento das baterias de íons de lítio é mais simples do que os sistemas baseados em níquel. O circuito de carga é direto e as limitações de voltagem e corrente são mais fáceis de acomodar do que outros sistemas que mudam à medida que a bateria envelhece. O processo de carregamento pode ser intermitente, e as Li-ion não precisam de saturação como acontece com as de chumbo-ácido.

Os consumidores e a maioria dos carregadores industriais carregam totalmente a bateria. Não oferecem voltagens ajustáveis que poderiam prolongar a vida útil do Li-ion ao reduzir a voltagem final de carga e proporcionar um tempo de uso mais curto.

Diretrizes simples para carregar baterias de lítio

• Desligue o dispositivo ou desconecte a carga para permitir que a corrente caia sem obstáculos durante a saturação.
  
  
• Carregue a uma temperatura moderada. Não carregue em temperaturas de congelamento.
  
  
• O íon de lítio não precisa estar completamente carregado; uma carga parcial é melhor.
  
  
• Nem todos os carregadores aplicam uma carga completa; por isso, a bateria pode não estar completamente carregada quando a luz "pronto" aparece.
  
  
• Suspenda o uso do carregador e/ou da bateria se esta aquecer excessivamente.
  
  
• Aplique uma pequena carga em uma bateria vazia antes de armazená-la (40-50%).

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