Como a Temperatura Afeta o Desempenho da Bateria

 

A temperatura em que a bateria é descarregada tem um efeito pronunciado em seu desempenho, ou seja, capacidade e tensão.

Em temperaturas mais baixas há uma redução na atividade química no interior da bateria e isso afeta a produção de energia.

 

Também há um aumento na resistência interna da bateria em temperaturas mais baixas. Isto é ilustrado na figura 1, que mostra descargas na mesma corrente, mas em temperaturas progressivamente crescentes da bateria (T1 a T4), com T4 representando uma descarga à temperatura ambiente normal.

A redução da temperatura de descarga resultará em uma redução da capacidade, bem como um aumento na inclinação da curva de descarga.

 

Tanto as características específicas quanto o perfil de descarga variam para cada sistema de bateria, design e taxa de descarga, mas geralmente o melhor desempenho é obtido entre 20ºC e 40ºC.

Em temperaturas mais elevadas, a resistência interna diminui, a tensão da descarga aumenta e, em consequência, a capacidade ampère-hora e a saída de energia normalmente aumentam também.

 

 

 

Figura 1 – Curvas de descarga em temperaturas diferentes

 

Como exemplo, na figura 2 são mostradas as curvas de desempenho da bateria de lítio manganês de 3V não recarregável CR 2032  com temperaturas entre -20ºC e 60 ºC.

 

Figura 2 – Curva de descarga em várias temperaturas da bateria CR 2032

 

A célula de lítio cloreto de tionila -  LiSOCl₂ de 3,6V não recarregável, é capaz de um bom desempenho em temperaturas excepcionalmente altas, como mostrado na figura 3.

 

 

Figura 3 – Capacidade x Corrente da bateria LiSOCl₂ – tamanho AA – linha padrão

 

As baterias de lítio ferro - LiFeS_{2 -} de 1,5V, não recarregáveis, têm uma sensibilidade à temperatura muito menor em comparação com outros sistemas químicos. A faixa de temperatura operacional recomendada é de -40 °C a + 60 °C.

 

Como em todos os sistemas de bateria, a vida útil é reduzida à medida que a temperatura de descarga é reduzida abaixo da temperatura ambiente como mostrado na figura 4.

 

 

Figura 4 – Curva de Capacidade x Temperatura – Bateria LiFeS₂ – Tamanho AA

 

Temperaturas frias também diminuem a tensão de operação, reduzindo assim a produção de energia (figura 5). A capacidade da bateria não é perdida em temperatura baixa, mas é mais difícil acessar todo o potencial da bateria devido à lentidão das reações eletroquímicas, reduzindo a capacidade a altas taxas de corrente.

 

 

Figura 5– Efeito da temperatura na tensão da bateria

 

Ao comparar o desempenho de temperatura fria da bateria LiFeS₂ com uma bateria alcalina, a bateria LiFeS₂ é afetada muito menos em correntes altas de descarga (figura 6) e opera em temperaturas nas quais as baterias alcalinas não funcionam.

 

 

Figura 6 – Comparação entre baterias LiFeS₂ e Alcalinas

 

Por outro lado, temperaturas quentes podem aumentar o desempenho da bateria em aplicações com correntes contínuas muito altas que aumentam a temperatura da bateria (figura 7). Em algumas aplicações, pode haver limites adicionais na temperatura máxima de descarga devido aos dispositivos de segurança limitadores de corrente da bateria. A bateria LiFeS₂ utiliza um PTC projetado para desligar de forma reversível a bateria em altas temperaturas. A temperatura ambiente e o aquecimento interno da bateria que ocorre durante a descarga afetarão a operação do PTC.

 

 

Figura 7 – Influência da temperatura na descarga em altas correntes

 

As baterias de LiFeS₂ são adequadas para uso em uma ampla faixa de temperatura. Enquanto em temperaturas elevadas, todas as químicas mostram mudança mínima no desempenho versus ambiente.

A baixas temperaturas, a bateria de lítio oferece mais desempenho que as químicas alcalinas ou NiMh.

 

O gráfico a seguir (Fig. 8) mostra o impacto da temperatura na bateria de LiFeS₂ de tamanho AA, na bateria alcalina e na bateria de NiMh.

 

 

Figura 8 – Comparação do efeito da temperatura nas baterias LiFeS₂, alcalinas e NiMh

 

A descarga das baterias de lítio íon recarregáveis também é afetada pela temperatura. Em temperaturas muito baixas a queda de tensão da bateria é acentuada. A influência da temperatura na descarga da bateria de lítio íon é mostrada na figura 9.

 

Figura 9 – Curvas de descarga da bateria de Lítio íon para várias temperaturas

A descarga das baterias de lítio fosfato de ferro – LioFePO4 - também é afetada pela temperatura. Em temperaturas muito baixas a queda de tensão da bateria é acentuada. A influência da temperatura na descarga da bateria de lítio íon é mostrada na figura 10.

 

 

Figura 10 – Curvas de descarga em várias temperaturas para a bateria de lítio ferro

 

A bateria de lítio íon tem o desempenho diminuído quando exposta ao calor ou quando carregada com tensão acima do especificado. Procurar manter a temperatura de uma bateria de lítio íon abaixo de 30°C e carregá-la com uma tensão abaixo de 4,2V por célula irá prolongar a vida útil da bateria.

 

Expor uma bateria a alta temperatura irá reduzir sua vida útil. A tabela abaixo mostra a perda da capacidade em função da temperatura de armazenagem da bateria.

A tabela 1 mostra a capacidade estimada após 3 meses da bateria estocada com 40 e 100 % da carga.

 

Temperatura	Carga 40%	Carga 100%
0 ºC	98%	94%
25 ºC	96%	80%
40 ºC	85%	65%
60 ºC	75%	60%

 

Tabela 1: Número de Ciclos x Corrente de Descarga

 

Pelos dados da tabela 1 nota-se que é uma bateria de lítio íon armazenada com apenas 40% da carga, se degrada menos que uma bateria armazenada com 100% da carga.