Teoria de carga e descarga de bateria de lítio

Teoria de carga e descarga de bateria de lítio

1.1 Estado de carga (SOC)

O estado de carga pode ser definido como o estado da energia elétrica disponível em uma bateria, geralmente expresso em porcentagem. Como a energia elétrica disponível varia dependendo da corrente de carga e descarga, temperatura e fenômeno de envelhecimento, a definição de estado de carga também é dividida em dois tipos: Estado de Carga Absoluto (ASOC) e Estado de Carga Relativo (RSOC). A faixa do estado relativo de carga é geralmente de 0% a 100%, enquanto a bateria é de 100% quando totalmente carregada e 0% quando totalmente descarregada. O estado absoluto de carga é um valor de referência calculado com base no valor de capacidade fixa projetada quando a bateria é fabricada. O estado absoluto de carga de uma bateria totalmente carregada é 100%; Mesmo que a bateria envelhecida esteja totalmente carregada, ela não poderá atingir 100% sob diferentes condições de carga e descarga.

A figura a seguir mostra a relação entre tensão e capacidade da bateria sob diferentes taxas de descarga. Quanto maior a taxa de descarga, menor será a capacidade da bateria. Quando a temperatura estiver baixa, a capacidade da bateria também diminuirá.

                          Figura 1. Relação entre tensão e capacidade sob diferentes taxas de descarga e temperaturas

1.2 Tensão máxima de carregamento

A tensão de carga mais alta está relacionada à composição química e às características da bateria. A tensão de carga das baterias de lítio é geralmente 4,2 V e 4,35 V, e os valores de tensão podem variar dependendo dos materiais do cátodo e do ânodo.

1.3 Totalmente carregado

Quando a diferença entre a tensão da bateria e a tensão de carga mais alta for inferior a 100mV e a corrente de carga diminuir para C/10, a bateria pode ser considerada totalmente carregada. As características das baterias variam e as condições para carregamento completo também variam.

A figura a seguir mostra uma curva característica típica de carregamento de bateria de lítio. Quando a tensão da bateria é igual à tensão de carga mais alta e a corrente de carga diminui para C/10, a bateria é considerada totalmente carregada.

                             Figura 2. Curva característica de carregamento da bateria de lítio

1.4 Tensão Mínima de Descarga

A tensão mínima de descarga pode ser definida como a tensão de descarga de corte, geralmente a tensão no estado de carga de 0%. Este valor de tensão não é um valor fixo, mas muda com a carga, temperatura, grau de envelhecimento ou outros fatores.

1.5 Descarga Completa

Quando a tensão da bateria é menor ou igual à tensão mínima de descarga, pode ser chamada de descarga completa.

1.6 Taxa de descarga de carga (taxa C)

A taxa de descarga de carga é uma representação da corrente de descarga de carga em relação à capacidade da bateria. Por exemplo, se 1C for usado para descarregar por uma hora, o ideal é que a bateria seja totalmente descarregada. Diferentes taxas de carga e descarga resultarão em diferentes capacidades disponíveis. Normalmente, quanto maior a taxa de descarga de carga, menor será a capacidade disponível.

1.7 Ciclo de Vida

O número de ciclos é o número de vezes que uma bateria passou por carga e descarga completa, que pode ser estimado a partir da capacidade real de descarga e da capacidade projetada. Sempre que a capacidade de descarga acumulada for igual à capacidade projetada, o número de ciclos é um. Normalmente, após 500 ciclos de carga e descarga, a capacidade de uma bateria totalmente carregada diminuirá de 10% a 20%.

                          Figura 3. Relação entre tempos de ciclo e capacidade da bateria

1.8 Autodescarga

A autodescarga de todas as baterias aumentará com o aumento da temperatura. A autodescarga basicamente não é um defeito de fabricação, mas sim uma característica da própria bateria. No entanto, o manuseio inadequado durante o processo de fabricação também pode levar a um aumento na autodescarga. Normalmente, para cada aumento de 10°C na temperatura da bateria, a taxa de autodescarga dobra. As baterias de íon de lítio têm uma capacidade de autodescarga mensal de aproximadamente 1-2%, enquanto várias baterias à base de níquel têm uma capacidade de autodescarga mensal de 10-15%.

                             Figura 4. Desempenho da taxa de autodescarga de baterias de lítio em diferentes temperaturas