Se você comprou recentemente ou está pesquisando baterias de fosfato de ferro-lítio (frequentemente chamadas de Li-Ion ou LiFePO4), você pode ter notado que elas oferecem várias vantagens sobre baterias de chumbo-ácido seladas (SLA), incluindo um número maior de ciclos, saída de energia consistente e peso mais leve. Você também sabia que elas carregam até quatro vezes mais rápido do que as baterias SLA? Mas como exatamente você carrega baterias de lítio?
Keheng recomenda escolher um carregador que seja projetado especificamente para a química da sua bateria. Isso significa usar um carregador de lítio, como a série de carregadores Keheng LiFe, ao carregar baterias de lítio.
Um carregador de chumbo-ácido pode carregar uma bateria de lítio?
Você notará várias similaridades nas curvas de carga das baterias SLA e LiPo. No entanto, é preciso ter cuidado ao usar carregadores SLA para baterias LiPo, pois eles podem danificar, subcarregar ou reduzir a capacidade da bateria LiPo ao longo do tempo. As diferenças entre baterias de lítio e SLA são significativas.
Curva de carga de bateria de chumbo-ácido selada (SLA)
Vamos rever os princípios básicos de carregamento de uma bateria de chumbo-ácido selada. O método de carregamento mais comumente usado é o método de carregamento de três estágios: carregamento inicial (corrente constante), carregamento de saturação (voltagem constante) e carregamento de flutuação.
No primeiro estágio, a corrente é limitada a uma certa faixa para evitar danos à bateria. Durante esse estágio, a voltagem é gradualmente variada, eventualmente atingindo um estado estável próximo ao limite da voltagem totalmente carregada. Corrente constante/carga de estágio um é crítica antes de passar para o próximo estágio. Normalmente, o primeiro estágio de carga é realizado em 10-30% (0.1C a 0.3C) ou menos da capacidade nominal da bateria.
O segundo estágio é o estágio de tensão constante, que começa quando a tensão atinge seu limite (14.7 V para baterias SLA de carregamento rápido, 14.4 V para a maioria das outras baterias). Durante esta fase, a corrente diminui gradualmente à medida que a bateria recebe uma carga máxima. Esta fase termina quando a corrente cai para menos de 5% da capacidade nominal da bateria. O estágio final é o estágio de carga flutuante, que é crítico para evitar autodescarga e perda de capacidade.
O terceiro estágio é usado se a bateria estiver em standby; o carregamento de flutuação garante que a bateria permaneça totalmente carregada quando necessário. Em aplicações de armazenamento, o carregamento de flutuação mantém as baterias SLA em 100% do estado de carga (SOC), o que é crítico para evitar a sulfatação da placa e proteger as placas contra danos.
As baterias Li-FePO4 utilizam os mesmos estágios de corrente constante e tensão constante que as baterias SLA. Embora esses dois estágios sejam semelhantes e tenham o mesmo propósito, as baterias Li-FePO4 têm a vantagem de uma taxa de carga significativamente maior, o que reduz muito o tempo de carga.
O primeiro estágio do carregamento da bateria de lítio é geralmente entre 30% e 100% da capacidade nominal da bateria (0.3C a 1.0C). Enquanto o primeiro estágio do carregamento para baterias SLA pode levar cerca de quatro horas, as baterias de lítio podem ser concluídas em apenas uma hora, carregando quatro vezes mais rápido do que SLA. Mesmo com uma taxa de carga de apenas 0.5C, as baterias de lítio carregam quase três vezes mais rápido!
Ambas as químicas de bateria exigem um segundo estágio para atingir 100% SOC. A bateria SLA pode levar até seis horas para concluir o segundo estágio, enquanto a bateria LiPo pode fazê-lo em apenas 15 minutos. No geral, leva cerca de 4 horas para carregar totalmente uma bateria LiPo, enquanto uma bateria SLA leva 10 horas. Em aplicações de ciclagem, o tempo de carga rápida das baterias de íons de lítio é crítico porque elas podem ser carregadas e descarregadas várias vezes por dia, enquanto as baterias de chumbo-ácido são normalmente cicladas totalmente apenas uma vez por dia.
Diferenças na curva de carga: Estágio 3
Baterias de lítio não requerem carga flutuante como baterias de chumbo-ácido. Para aplicações de armazenamento de longo prazo, é recomendado que baterias de lítio não sejam armazenadas em 100% do estado de carga (SoC). Em vez disso, um ciclo completo de carga/descarga deve ser realizado a cada 6 a 12 meses e então armazenadas carregadas a apenas 50% do SoC.
Em aplicações de espera, as baterias de íons de lítio têm uma taxa de autodescarga muito baixa e podem fornecer capacidade quase total mesmo após 6 a 12 meses sem carregar. Para períodos prolongados de uso, é recomendado o carregamento suplementar usando um sistema de carregamento baseado em voltagem. Isso é especialmente importante para baterias Bluetooth, pois o módulo Bluetooth consome muito pouca corrente da bateria, mesmo quando não está ativado.
Características de carregamento da bateria de íons de lítio
Configurações de tensão e corrente durante o carregamento
A tensão de circuito aberto (OCV) totalmente carregada de uma bateria de chumbo-ácido selada (SLA) de 12 V é de cerca de 13.1 V, enquanto a OCV totalmente carregada de uma bateria de lítio de 12 V é de cerca de 13.6 V. A bateria será danificada somente quando a tensão de carga exceder significativamente a tensão totalmente carregada. Portanto, durante o segundo estágio de carga, as baterias SLA devem ser mantidas abaixo de 14.7 V e as baterias LiPo abaixo de 15 V. O carregamento flutuante se aplica somente a baterias SLA e geralmente é recomendado em torno de 13.8 V. A faixa de tensão de carga de 13.8 V a 14.7 V é suficiente para carregar com segurança ambos os tipos de baterias sem causar danos.
Ao selecionar um carregador para qualquer tipo de bateria, é importante selecionar um carregador com uma tensão operacional dentro da faixa acima. O carregador deve corresponder à capacidade da bateria que está sendo carregada, pois a corrente de carga depende da capacidade nominal da bateria. Baterias de lítio podem ser carregadas em até 1C, enquanto baterias de chumbo-ácido devem ser limitadas a menos de 0.3C. Por exemplo, uma bateria de lítio de 10 amperes-hora geralmente pode ser carregada a 10 amperes, enquanto uma bateria de chumbo-ácido de 10 amperes-hora só pode ser carregada a três amperes.
A corrente de corte de carga é definida em 5% da capacidade da bateria, o que significa que a corrente de corte para ambos os tipos de baterias é de 0.5 A. A configuração da corrente do terminal geralmente é determinada pelo carregador.
Carregadores universais geralmente têm um recurso que seleciona a química da bateria. Esse recurso otimiza a faixa de tensão de carga e determina quando a bateria está totalmente carregada. Se estiver carregando uma bateria de íons de lítio, o carregador deve desligar automaticamente. Por outro lado, se estiver carregando uma bateria SLA, o carregador deve alternar para o modo de flutuação.
Baterias de lítio substituem baterias de chumbo-ácido seladas em aplicações de carregamento flutuante
Em aplicações de carregamento flutuante, as baterias de lítio estão gradualmente substituindo sistemas UPS e outras aplicações que anteriormente usavam baterias SLA. Preocupações surgiram sobre a segurança desse tipo de uso de bateria de lítio. Em geral, é viável usar um carregador SLA de tensão constante padrão para carregar baterias LiPo da TechHelix, desde que certas condições sejam atendidas:
- O carregador não deve conter uma configuração de dessulfuração.
- A tensão de carga rápida/em massa deve ser definida como 14.7 V.
- A tensão de carga flutuante recomendada é 13.8 V.
Além disso, alguns carregadores SLA inteligentes ou multiestágios têm uma função para detectar tensão de circuito aberto (OCV). Uma bateria LiPo descarregada em excesso no modo de proteção tem um OCV próximo a 0 V. Esse carregador pode assumir que a bateria está descarregada e não tenta mais carregá-la. Em vez disso, um carregador equipado com uma configuração de bateria Li-Ion tentará recuperar ou "acordar" uma bateria Li-Ion descarregada em excesso no modo de proteção.
Armazenamento de longo prazo
Ao armazenar baterias por longos períodos, é importante considerar os diferentes requisitos de armazenamento das baterias SLA e LiPo. A principal razão para essas diferenças é a química diferente das baterias.
Determinar o estado ideal de carga (SOC) é essencial para a vida útil da bateria. Para Keheng, as baterias SLA devem ser armazenadas o mais próximo possível de 100% SOC. Isso evita a sulfatação, o acúmulo de cristais de sulfato nas placas, o que pode reduzir a capacidade da bateria. Em contraste, com as baterias de lítio Kaiheng, a estrutura do eletrodo positivo se torna instável quando os elétrons são esgotados por um longo período. Essa instabilidade pode levar à perda permanente da capacidade. Portanto, é recomendado que as baterias de lítio sejam armazenadas em perto de 50% SOC para garantir que os elétrons sejam distribuídos uniformemente em ambas as extremidades. Para recomendações detalhadas sobre armazenamento de bateria de lítio de longo prazo, consulte as diretrizes relevantes.
Outro fator que afeta o armazenamento é a taxa de autodescarga. As baterias SLA têm uma alta taxa de autodescarga e, portanto, exigem carga flutuante ou lenta para mantê-las próximas a 100% SOC para evitar perda permanente de capacidade. Em contraste, as baterias de lítio Kaiheng têm uma baixa taxa de autodescarga, não exigem 100% SOC e podem exigir carga de manutenção mínima.
Ao selecionar um carregador de bateria, é importante garantir que o carregador seja capaz de fornecer a corrente e a voltagem apropriadas para o tipo de bateria. Por exemplo, não use um carregador de 24 V para uma bateria de 12 V. Também é recomendado usar um carregador que seja adequado para a química da bateria, a menos que um carregador SLA seja usado para baterias de lítio. Nesse caso, certifique-se de que o carregador não tenha um modo de dessulfuração ou falha de bateria.
Se você tiver alguma dúvida sobre a compatibilidade do seu carregador existente com os produtos Keheng, teremos prazer em ajudar você com suas necessidades de carregamento.