As baterias já foram objetos pesados e desajeitados que produziam uma energia ridiculamente baixa para seu tamanho e peso. Felizmente, a tecnologia melhorou com o tempo e, em 2020, temos excelentes baterias de polímero de lítio de alta potência que fornecem tanta energia quanto o seu projeto móvel precisa. No entanto, há algumas coisas para se manter em mente ao usá-los - então eu sugiro que você leia um guia para iniciantes sobre como usar o LiPo corretamente em seu projeto.
Muitos tipos!
As primeiras baterias comerciais de íon-lítio entraram no mercado em 1991 e, nos últimos 30 anos, observamos um rápido progresso. Como resultado, temos muitas tecnologias e tipos diferentes de baterias, divididos pelo tipo de design e materiais usados. Para um manuseio adequado das baterias, é importante saber de que tipo você tem as mãos, e é muito importante prestar atenção a isso.
Células de íon de lítio 18650 de um laptop. Kits como esse geralmente são soldados por pontos com tiras de níquel.
Normalmente, as baterias de íon de lítio ou de íon de lítio são chamadas de toda a tecnologia das baterias recarregáveis de lítio como um todo; no entanto, esse é frequentemente o nome de células tradicionais com uma caixa de metal cilíndrica. Uma opção é o altamente respeitado 18650, no entanto, existem muitas opções e tamanhos. Seus cascos resistentes os tornaram populares para uso em veículos, pois eles sofrem um estresse físico significativo.
Polímero de lítio, ou Li-Po, refere-se a baterias de íon-lítio que usam um eletrólito de polímero em vez de um líquido. Graças a isso, eles podem ser feitos na forma de recipientes de vários formatos. Essa flexibilidade os torna úteis para aplicativos como smartphones e tablets que requerem uma grande capacidade e bateria descarregada. Eles também são frequentemente usados em modelos controlados por rádio, já que seu baixo peso oferece uma vantagem significativa aos veículos voadores.
Baterias de polímero de lítio para uso em modelos controlados por rádio.
Lítio-HV, ou baterias de lítio de alta tensão, são baterias de polímero de lítio que usam um aditivo especial de silício-grafeno no terminal positivo para que não sejam danificadas pela alta tensão. Se você carregar a maioria das baterias de lítio com uma voltagem superior a 4,2 V, elas perderão capacidade significativamente e sua vida útil será consideravelmente reduzida. Usando este aditivo, as células podem ser carregadas até 4,32 V sem esses efeitos negativos. O aumento da tensão resulta em um aumento de cerca de 10% na densidade de energia em comparação com as baterias convencionais de polímero de lítio.
Baterias de fosfato de ferro-lítio ou LiFePO 4, usam uma química ligeiramente modificada, para que possam suportar mais ciclos de carga / descarga às custas de uma capacidade de energia ligeiramente inferior. Eles têm melhor desempenho na faixa de 3,0 V a 3,65 V, em vez da faixa de 3,0 a 4,2 típica da química de íons de lítio padrão. Isso e a curva de descarga muito plana os tornam ideais para substituir baterias de chumbo-ácido de 12 V em muitos casos, e em vez das seis células originais, quatro são usadas. Geralmente são mais estáveis, menos suscetíveis a autodescarga e perda de capacidade com o tempo.
Respeite os limites
Um erro pode levar a resultados desagradáveis.
Em comparação com a maioria dos tipos de baterias, as células de lítio não toleram abuso. A descarga abaixo do limite inferior leva à formação de dendritos de cobre, devido aos quais sua capacidade diminui e um curto-circuito pode ocorrer. A sobrecarga pode danificar o ânodo por depósitos de lítio, que podem formar dendritos de lítio, geralmente resultando em um curto-circuito ou reação autossustentável de geração de calor - a bateria começa a soltar fumaça e queimar. Além disso, cada elemento do grupo precisa ser mantido no mesmo nível de tensão de todos os seus vizinhos para que os elementos não se degradem muito rapidamente.
É importante não carregar as células de lítio muito rapidamente. A temperatura ambiente também afeta muito o desempenho da bateria. As baterias de lítio não gostam de temperaturas congelantes, especialmente quando totalmente carregadas. Eles não podem ser carregados em temperaturas de congelamento. Porque o metal de lítio pode se depositar no eletrodo negativo, o que pode danificar a célula ou causar um curto-circuito. Em princípio, eles podem ser carregados até -5 ° C, mas isso deve ser feito muito lentamente. Além disso, as baterias podem ser danificadas se carregadas em temperaturas acima de 45 ° C.
Se você ultrapassar os limites especificados, na melhor das hipóteses você simplesmente eliminará a bateria; na pior, ela pegará fogo e explodirá. Além disso, esses elementos são suscetíveis a inchaço, evolução de gás e geralmente não parecem muito convenientes para trabalhar. Pode parecer muito difícil lidar com eles. Felizmente, a eletrônica moderna aprendeu a lidar com seus problemas. O equipamento correto e as precauções garantirão que as baterias de lítio possam ser usadas com segurança e eficiência. No entanto, todos os que trabalham com eles devem compreender os perigos potenciais. Bob Baddeley publicou um excelente artigo sobre esse tópico em novembro passado .
Trabalhando com baterias
No caso de utilizar células individuais ou seus grupos, por exemplo, ao utilizar baterias LiPo em modelos rádio-controlados, basta utilizar um carregador especial para baterias de lítio. Ao carregar, você precisa conectar os fios para verificar o balanceamento [permitem medir a tensão em cada um dos elementos separadamente / aprox. transl.], especialmente se a bateria estiver completamente descarregada. O melhor desempenho da bateria pode ser alcançado com carregadores inteligentes (especialmente com LiFePO 4 e células de alta tensão). Certifique-se de que haja uma maneira de impedir que a bateria descarregue se a voltagem cair muito - seja uma luz de aviso, um bipe ou apenas um desligamento automático.
Módulos como esses são ótimos para integrar baterias de lítio em protótipos.
Se o seu dispositivo requer uma bateria integrada, placas dedicadas de proteção e carga são adequadas para você. Existem módulos prontos e circuitos integrados que permitem monitorar facilmente o funcionamento das baterias de íon-lítio. Em princípio, existem muitos deles - desde aqueles que simplesmente interrompem o circuito quando a tensão cai, até soluções complexas de carregamento e proteção. Empresas como a Adafruit vendem módulos que são ótimos para iniciantes em eletrônica que procuram integrar uma solução de monitoramento e carregamento de bateria conveniente sem ter que projetar placas eles próprios. No entanto, existem soluções de código aberto que serão fáceis de integrar em seu próprio conselho no futuro.
(BMS) 12 , 60 .
Para projetos maiores com baterias automontadas, os Sistemas de Gerenciamento de Bateria (BMS) são adequados. O BMS não é muito diferente do chip de segurança, ele é simplesmente projetado para tarefas maiores. O BMS é comumente usado para baterias com uma dúzia ou mais células e é frequentemente usado em projetos como e-bikes e outros veículos. O BMS é soldado diretamente às baterias e conectado a cada célula separadamente [a um grupo de células conectadas em paralelo / aprox. trad.]. Sua tarefa é equilibrar os elementos, limitar a corrente de descarga por segurança, controlar o processo de carregamento. Montadores de bateria experientes costumam integrar o BMS ao corpo ou cobertura da própria bateria, deixando apenas o conector de fora. Isso permite que o usuário simplesmente adicione a bateria pronta ao seu projeto,sem se preocupar com proteção.
Se o seu projeto precisar de resistência ambiental especial, você também precisará monitorar a temperatura da bateria. Manter o controle da temperatura das células, especialmente durante o carregamento, é uma ótima maneira de proteger a bateria contra danos. Os melhores chips e BMS possuem função de rastreamento de temperatura. Neste nível de montagem, você já estará fabricando a bateria, inserindo termopares nos locais certos durante a montagem. Para baterias que produzem altas correntes, as temperaturas devem ser monitoradas sem falhas. Quase todas as e-bikes e veículos elétricos possuem equipamentos para monitorar a temperatura das baterias e sistemas de controle.
Resultado
As baterias de íon de lítio podem ser perigosas, mas quando usadas corretamente, são seguras o suficiente para a maioria dos projetos. A chave é usar o equipamento certo para garantir que você permaneça dentro das faixas de voltagem e temperatura, ou então um desastre pode acontecer. Espero que este guia o ajude em sua busca por informações sobre a inclusão de baterias de lítio em seu projeto.
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