CIRCUITOS DE PROTEÇÃO DE BATERIAS

 

 

 

A maioria dos packs de baterias inclui algum tipo de proteção para proteger a bateria e o equipamento, no caso da ocorrência de mau funcionamento. 

Células de lítio íon de alta potência podem ser perigosas. Elas contêm grandes quantidades de energia que, se liberadas de forma descontrolada por um curto-circuito ou dano físico, podem ter consequências catastróficas. No caso de curto-circuito, correntes de centenas de ampères podem se acumular em microssegundos e os circuitos de proteção devem ser de ação muito rápida para evitar isso.

Os circuitos de proteção devem proteger o pack de baterias nas seguintes situações:

* Corrente excessiva durante o carregamento ou descarregamento.
* Circuito curto
* Sobretensão - Sobrecarga
* Subtensão
* Alta temperatura ambiente
* Superaquecimento da célula
* Pressão excessiva acumulada dentro da célula
* Isolamento do sistema em caso de acidente
* Abuso

Figura 1 - Componentes de proteção de pack de baterias

 

Os principais tipos de proteção de packs de baterias são:

Fusível: A proteção mais básica de packs de baterias é um fusível que se abre no caso de uma corrente excessiva. Alguns fusíveis se abrem permanentemente e tornam a bateria inútil uma vez que o filamento é quebrado.

Polyswitch: Outro componente de proteção utilizado é o polyswitch, que se assemelha a um fusível reutilizável. Em condições normais a resistência do polyswitch é baixa. Quando a corrente que circula pela bateria é excessiva, o polyswitch cria uma resistência alta, inibindo o fluxo de corrente. Quando a condição se normaliza, a resistência do polyswitch reverte para baixo, permitindo retomar a operação normal.

Protetores térmicos também são utilizados para interromper a corrente em caso de temperatura excessiva.

Termostato: Um dos protetores térmicos mais utilizados é o termostato, que desconecta a carga da bateria quando a temperatura ultrapassa determinado valor. Quando a condição se normaliza, o termostato volta a ligar a carga na bateria.

Fusível Térmico: Pode-se usar também um fusível térmico, que desliga a bateria permanentemente em caso de temperatura excessiva.

Tanto o termostato como o polyswitch e o fusível térmico, têm uma resistência residual durante a operação normal, causando um aumento na resistência do circuito.

Termistor: Para evitar alta temperatura na bateria, também pode-se utilizar um termistor, que é um dispositivo que tem sua resistência elétrica alterada pela temperatura. Normalmente é fixado na parte externa de uma das células. Um circuito eletrônico monitora a resistência do termistor. Quando se detecta uma variação nessa resistência o circuito entende que a temperatura está alta demais e providencia a interrupção da corrente na bateria.

BMS/PCM/PCB: No caso das baterias Li-Ion é necessário a utilização de um sistema de gerenciamento de bateria (BMS – Battery Management System) para manter a segurança das baterias.

Sistemas de gerenciamento de bateria (BMSs), ou como são mais comumente conhecidos, módulos de circuito de proteção (PCMs) ou placas de circuito de proteção (PCB), são circuitos que devem ser adicionados a uma bateria de Li-Ion para proteger a saúde das células individuais na bateria.

As baterias de Li-Ion não devem ser sobrecarregadas (tensão de excessiva ou corrente de descarga excessiva) e também não podem ser descarregadas abaixo da tensão mínima.

Isso geralmente é feito com uma placa de segurança que monitora a carga e descarga da bateria e evita que coisas perigosas aconteçam. As especificações destas placas de segurança são ditadas pela fabrica das células e podem incluir o seguinte:

* Proteção contra inversão de polaridade
* Temperatura de carga – a bateria não deve ser carregada quando a temperatura é inferior a 0°C ou superior a 45°C.
* A corrente de carga não deve ser muito alta, normalmente abaixo de 0,7C.
* Proteção de corrente de descarga para evitar danos devido a curtos-circuitos.
* Tensão de carga - um circuito se abre se uma tensão demasiadamente elevada é aplicada aos terminais da bateria. A proteção contra sobrecarga - termina a carga quando a tensão por célula aumenta acima de 4,30V
* Proteção contra descarga excessiva - termina a descarga quando a tensão da bateria cai abaixo de 2,3V por célula (varia de acordo com o fabricante).
* Um circuito se abre se a bateria for exposta a temperaturas acima de 100°C.

Válvulas de Pressão: O processo eletroquímico dentro das baterias, pode dar origem à geração de gases, particularmente durante condições de excesso de carga. Isso é chamado de gaseificação. Se for permitido que os gases escapem, a massa ativa de produtos químicos na célula será diminuída, reduzindo permanentemente sua capacidade e sua vida útil. Além disso, a liberação de substâncias químicas na atmosfera pode ser perigosa. Os fabricantes, portanto, desenvolveram células seladas para evitar que isso aconteça. Selar as células, no entanto, dá origem a um problema diferente. Se ocorrer a produção execessiva de gás no interior da bateria, a pressão dentro da célula aumentará, isso geralmente será acompanhado por um aumento na temperatura, o que piorará a situação, até que a célula se quebre ou exploda. Para superar este segundo problema, as células seladas normalmente incorporam alguma forma de ventilação para liberar a pressão de maneira controlada, se ela se tornar excessiva. Esta é a última linha de defesa para uma célula abusada se todas as outras medidas de proteção falharem. As células não devem emitir gases sob condições normais de operação.