Últimas Novidades

As últimas informações sobre produtos, exposições e notícias da empresa.

Por: Anke Ge/Centro de Serviço Técnico
anke.ge@meanwellusa.com

Introdução

A bateria, como uma das soluções de armazenamento de energia mais acessíveis, tem ganhado popularidade nos últimos anos. Hoje em dia, as baterias não só podem ser utilizadas em equipamentos eletrónicos pessoais, automóveis e sistemas de alimentação ininterrupta (UPS), mas também em veículos elétricos e armazenamento de energia renovável. No entanto, diferentes características de diferentes tipos de baterias apresentam desafios técnicos para os consumidores e até mesmo para os engenheiros na seleção de baterias e carregadores. Este artigo discutirá as diferenças entre dois dos tipos de bateria mais populares: bateria de chumbo-ácido e bateria de lítio, bem como como selecionar um carregador adequado.

Características das baterias de chumbo-ácido e lítio

As baterias de chumbo-ácido, como um dos tipos químicos de bateria mais populares, têm uma longa história. Algumas das vantagens das baterias de chumbo-ácido são alta tolerância à tensão de carga, alta capacidade de corrente de surto, ampla temperatura operacional e baixo preço.

 É frequentemente encontrado em aplicações motrizes, como carros e empilhadeiras, bem como em sistemas de backup. As desvantagens das baterias de chumbo-ácido são a alta taxa de autodescarga e os ciclos de carga/descarga relativamente curtos; portanto, não é adequado para aplicações de armazenamento de energia.
Ao contrário do chumbo-ácido, a alta taxa de carga/descarga, a baixa taxa de autodescarga e a alta densidade de energia das baterias de lítio tornam-nas um candidato melhor para armazenar energia por um longo prazo. Dependendo do metal usado no cátodo das baterias de lítio, há uma variedade de baterias de lítio com diferentes desempenhos. O óxido de lítio-cobalto (LCO) tem alta densidade de energia e é popular em eletrônicos pessoais. 

O fosfato de ferro-lítio (LiFePO4) tem uma vida útil mais longa e estabilidade térmica relativamente boa, tornando-o uma melhor opção para soluções de armazenamento de energia. A limitação das baterias de lítio é que a fuga térmica pode causar incêndio na bateria. Portanto, as baterias de lítio requerem carga/descarga mais deliberada.

Algoritmo de carregamento das baterias de chumbo-ácido

A tensão nominal de uma única célula das baterias de chumbo-ácido são de cerca de 1,8-2,3V com corrente de carga máxima recomendada de 0,3C. A maioria das baterias comercializadas possui muitas células em série e em paralelo para formar uma bateria de grande capacidade em tensões mais práticas como 12V, 24V e 48V. Observe que ’12V’, ’24V ou ’48V’ é frequentemente usado vagamente como uma indicação da faixa de tensão. A tensão real mudaria constantemente com base na capacidade restante. Por exemplo, a tensão de circuito aberto de uma bateria de chumbo-ácido AGM típica de ’12V’ está entre 10,8V (30% da capacidade da bateria) e 13,8V (100% da capacidade).

Devido à alta taxa de autodissipação das baterias de chumbo-ácido, o método de carregamento em três estágios é frequentemente recomendado. Um ciclo de carregamento típico começa no estágio de corrente constante (‘estágio 1’ da Figura 1), onde o carregador limita sua corrente de saída à sua classificação máxima e aumenta lentamente sua tensão de saída. Assim que a tensão das baterias de chumbo-ácido atingirem a tensão máxima de carga, o carregador mudará para um estágio de tensão constante (‘estágio 2’ da Figura 1). 

O carregador começa a emitir sua tensão nominal máxima constantemente e a monitorar sua corrente de saída. Finalmente, o carregador muda para o estágio de carregamento flutuante (‘estágio 3’ da Figura 1) após a corrente de carregamento cair abaixo de cerca de 10% da corrente nominal. Nesta fase, o carregador diminuiria a tensão de saída para evitar sobrecarga. Embora a bateria neste momento esteja perto de estar totalmente carregada, ela ainda consumiria energia constantemente do carregador para compensar sua autodissipação.

As baterias de lítio podem ter tensões nominais de 3,2 V a 4,4 V com uma corrente de carga máxima de até 1C. Mesmo a mesma variante química das baterias de lítio, mas de fabricantes diferentes, pode ter tensões nominais e correntes de carga diferentes. Ao contrário das baterias de chumbo-ácido, as baterias de lítio não toleram alta tensão de carga e não requerem carga flutuante para manter seu estado de carga. Portanto, as baterias de lítio são frequentemente carregadas com um método de carregamento de 2 estágios (Figura 2) sem o estágio de carregamento flutuante.

O desequilíbrio celular é uma preocupação para um grande banco de baterias de lítio. Devido às tolerâncias de fabricação, a resistência em série equivalente (ESR) das células de lítio não pode ser combinada perfeitamente. As diferenças entre as células fazem com que as células do mesmo banco possam ser carregadas com uma tensão ou corrente diferente.

 As células com ESR baixo sempre serão totalmente carregadas/descarregadas primeiro, portanto, essas células envelhecerão e falharão mais rapidamente. O desequilíbrio das células não só reduz a vida útil da bateria, mas também pode causar fuga térmica e tornar-se um risco à segurança. Para resolver este problema, grandes bancos de baterias de lítio devem estar sempre equipados com sistemas de gestão de baterias (BMS). A função básica do BMS é monitorar o estado de carga e equilibrar as células de forma passiva ou ativa. 

O BMS passivo equilibra as células descarregando as células mais cheias usando resistores de potência. É robusto e relativamente fácil de projetar, mas não é eficiente e é menos eficaz. Por outro lado, o BMS ativo carrega as células individualmente para corresponder aos estados de carga. Como o BMS ativo tem controle de carregamento para cada célula, alguns bancos de baterias de lítio com BMS de balanceamento ativo requerem apenas fontes de alimentação CA/CC de tensão constante como carregador

Solução de carregamento de bateria inteligente MEAN WELL

Conforme mencionado acima, baterias de química diferente e de fabricantes diferentes podem ter características diferentes. Também é recomendado (obrigatório para baterias de lítio) otimizar a curva de carga das baterias para garantir confiabilidade, longevidade e segurança. Os carregadores programáveis ​​MEAN WELL com o programador de carregador inteligente SBP-001 oferecem flexibilidade e uma interface amigável para ajustar a curva de carga.

Usando a série HEP-1000 lançada recentemente como exemplo. A configuração padrão do HEP-1000-48 é uma fonte de alimentação de tensão constante de 48 V e no máximo 1008 W. Os usuários podem conectar o HEP-1000-48 ao programador de carregador inteligente MEAN WELL SBP-001 e ativar o modo carregador. A curva de carga padrão é de 3 estágios (Figura 3) para baterias de chumbo-ácido seladas típicas com uma tensão de carga de reforço de 57,6 V e uma tensão de carga flutuante de 55,2 V. A tensão e a corrente de carregamento podem ser facilmente ajustadas para 36 ~ 60 V e 3,5 ~ 17,5 A, respectivamente, para outros tipos de baterias de chumbo-ácido

HEP-1000 Fonte AC/DC 1000W com Função PFC e Uso em Ambiente Severo MeanWell

Simplesmente selecionando o modo de carregamento de 2 estágios, o HEP-1000 também pode ser usado para carregar baterias de lítio com a mesma faixa de ajuste. Para carregar uma bateria LiFePO4 de 20Ah com uma tensão de carga máxima de 56V, as opções ‘CV’ e ‘CC’ mostradas na Figura 4 podem ser configuradas para 56V e 17,5A para carregamento mais rápido. O usuário também pode diminuir a corrente de carga para evitar aumento de temperatura causado por alta corrente e diminuir a tensão para evitar a possibilidade de sobrecarga.

Conclusão

Os carregadores programáveis ​​MEAN WELL podem ser usados ​​para acomodar a personalização das curvas de carga exigidas pelas baterias de chumbo-ácido ou de lítio. Nesse sentido, ajustar a tensão e a corrente de carga com base na temperatura e na idade das baterias de chumbo-ácido ou de lítio também pode preservá-la e otimizar sua capacidade.

Saiba mais em nosso blog.