O que é tecnologia de bateria de lítio?

As baterias de lítio se diferenciam de outras baterias químicas devido à sua alta densidade de energia e baixo custo por ciclo. No entanto, “bateria de lítio” é um termo ambíguo. Existem cerca de seis produtos químicos comuns para baterias de lítio, todos com suas vantagens e desvantagens exclusivas. Para aplicações de energia renovável, a química predominante é Fosfato de ferro-lítio (LiFePO4) . Este produto químico possui excelente segurança, com grande estabilidade térmica, altas correntes nominais, ciclo de vida longo e tolerância a abusos.

Fosfato de ferro-lítio (LiFePO4) é uma química de lítio extremamente estável quando comparada com quase todas as outras químicas de lítio. A bateria é montada com um material catódico naturalmente seguro (fosfato de ferro). Em comparação com outros produtos químicos de lítio, o fosfato de ferro promove uma forte ligação molecular, que resiste a condições extremas de carga, prolonga o ciclo de vida e mantém a integridade química ao longo de muitos ciclos. É isso que confere a essas baterias grande estabilidade térmica, longo ciclo de vida e tolerância a abusos. Baterias LiFePO4 não são propensos ao superaquecimento, nem à 'fuga térmica' e, portanto, não superaquecem ou pegam fogo quando submetidos a manuseio incorreto rigoroso ou condições ambientais adversas.

Ao contrário de chumbo-ácido inundado e outros produtos químicos de bateria, as baterias de lítio não liberam gases perigosos, como hidrogênio e oxigênio. Também não há perigo de exposição a eletrólitos cáusticos, como ácido sulfúrico ou hidróxido de potássio. Na maioria dos casos, essas baterias podem ser armazenadas em áreas confinadas sem risco de explosão e um sistema projetado adequadamente não deve exigir resfriamento ou ventilação ativa.

As baterias de lítio são um conjunto composto por muitas células, como baterias de chumbo-ácido e muitos outros tipos de baterias. As baterias de chumbo-ácido têm uma tensão nominal de 2V/célula, enquanto as células de bateria de lítio têm uma tensão nominal de 3,2V. Portanto, para obter uma bateria de 12 V, normalmente você terá quatro células conectadas em série. Isto fará com que a tensão nominal de um LiFePO4 12,8V . Oito células conectadas em série formam uma Bateria 24V com tensão nominal de 25,6 V e dezesseis células conectadas em série formam um Bateria 48V com tensão nominal de 51,2V. Essas tensões funcionam muito bem com seu típico Inversores de 12V, 24V e 48V .

As baterias de lítio são frequentemente usadas para substituir diretamente as baterias de chumbo-ácido porque têm tensões de carga muito semelhantes. Uma célula de quatro Bateria LiFePO4 (12,8 V), normalmente terá uma tensão máxima de carga entre 14,4-14,6 V (dependendo das recomendações dos fabricantes). O que é único em uma bateria de lítio é que ela não precisa de carga de absorção ou de ser mantida em um estado de tensão constante por períodos de tempo significativos. Normalmente, quando a bateria atinge a tensão máxima de carga, ela não precisa mais ser carregada. As características de descarga das baterias LiFePO4 também são únicas. Durante a descarga, as baterias de lítio manterão uma tensão muito mais alta do que as baterias de chumbo-ácido normalmente manteriam sob carga. Não é incomum que uma bateria de lítio caia apenas alguns décimos de volt de uma carga completa para 75% descarregada. Isto pode tornar difícil saber quanta capacidade foi utilizada sem o equipamento de monitoramento da bateria.

Uma vantagem significativa do lítio sobre as baterias de chumbo-ácido é que elas não sofrem ciclos de déficit. Essencialmente, é quando as baterias não podem ser totalmente carregadas antes de serem descarregadas novamente no dia seguinte. Este é um problema muito grande com baterias de chumbo-ácido e pode promover uma degradação significativa da placa se for repetida desta maneira. As baterias LiFePO4 não precisam ser totalmente carregadas regularmente. Na verdade, é possível melhorar ligeiramente a expectativa de vida geral com uma leve carga parcial em vez de uma carga completa.

A eficiência é um fator muito importante no projeto de sistemas elétricos solares. A eficiência de ida e volta (de cheia a morta e de volta a cheia) da bateria média de chumbo-ácido é de cerca de 80%. Outras químicas podem ser ainda piores. A eficiência energética completa de uma bateria de fosfato de ferro e lítio é superior a 95-98%. Isto por si só já é uma melhoria significativa para sistemas carentes de energia solar durante o inverno; a economia de combustível com o carregamento do gerador pode ser enorme. O estágio de carga de absorção das baterias de chumbo-ácido é particularmente ineficiente, resultando em eficiências de 50% ou até menos. Considerando que as baterias de lítio não absorvem carga, o tempo de carga desde completamente descarregada até completamente cheia pode ser de apenas duas horas. Também é importante observar que uma bateria de lítio pode sofrer uma descarga quase completa conforme classificação, sem efeitos adversos significativos. É, no entanto, importante certificar-se de que as células individuais não descarregam excessivamente. Este é o trabalho do integrado Sistema de gerenciamento de bateria (BMS) .

A segurança e a confiabilidade das baterias de lítio são uma grande preocupação, portanto todos os conjuntos devem ter um sistema integrado Sistema de gerenciamento de bateria (BMS) . O BMS é um sistema que monitora, avalia, equilibra e protege as células contra operação fora da “Área Operacional Segura”. O BMS é um componente de segurança essencial de um sistema de bateria de lítio, monitorando e protegendo as células dentro da bateria contra sobrecorrente, sub/sobretensão, sub/sobretemperatura e muito mais. Uma célula LiFePO4 será permanentemente danificada se a tensão da célula cair para menos de 2,5V, mas também será permanentemente danificada se a tensão da célula aumentar para mais de 4,2V. O BMS monitora cada célula e evitará danos às células em caso de sub/sobretensão.

Outra responsabilidade essencial do BMS é equilibrar o pack durante o carregamento, garantindo que todas as células recebam carga completa sem sobrecarregar. As células de uma bateria LiFePO4 não serão equilibradas automaticamente no final do ciclo de carga. Existem pequenas variações na impedância através das células e, portanto, nenhuma célula é 100% idêntica. Portanto, quando cicladas, algumas células serão totalmente carregadas ou descarregadas mais cedo do que outras. A variação entre as células aumentará significativamente ao longo do tempo se as células não estiverem equilibradas.

Em baterias de chumbo-ácido , a corrente continuará a fluir mesmo quando uma ou mais células estiverem totalmente carregadas. Isto é resultado de a eletrólise ocorre dentro da bateria, a água se dividindo em hidrogênio e oxigênio. Esta corrente ajuda a carregar totalmente outras células, equilibrando naturalmente a carga de todas as células. No entanto, uma célula de lítio totalmente carregada terá uma resistência muito alta e fluirá muito pouca corrente. As células atrasadas, portanto, não estarão totalmente carregadas. Durante o balanceamento, o BMS aplicará uma pequena carga às células totalmente carregadas, evitando que sobrecarreguem e permitindo que as outras células se recuperem.

As baterias de lítio oferecem muitos benefícios em relação a outros produtos químicos de bateria. Elas são uma solução de bateria segura e confiável, sem medo de fuga térmica e/ou fusão catastrófica, o que é uma possibilidade significativa em relação a outros tipos de baterias de lítio. Essas baterias oferecem ciclo de vida extremamente longo, com alguns fabricantes até garantindo baterias para até 10.000 ciclos. Com altas taxas de descarga e recarga acima de C/2 contínuas e uma eficiência de ida e volta de até 98%, não é de admirar que essas baterias estejam ganhando força na indústria. Fosfato de ferro-lítio (LiFePO4) é um perfeito solução de armazenamento de energia .