Como carregar uma Bateria de Lítio-Ferro - LiFePO4
Como Carregar uma Bateria de Lítio-Ferro - LiFePO4
1.Carga Convencional
O processo convencional de carregamento de uma bateria de LiFePO4 necessita de dois passos para atingir a carga completa:
PASSO 1: CORRENTE CONSTANTE (CC) - Se utiliza corrente constante para atingir cerca de 60% da carga;
PASSO 2: TENSÃO CONSTANTE (TC) - Ocorre quando a tensão de carga atinge 3.65V por célula, que é o limite superior da tensão de carga efetiva.
A passagem de corrente constante (CC) para tensão constante (TC) significa que a corrente de carga é limitada pelo que a bateria aceita nessa voltagem, de modo que a corrente de carga diminui exponencialmente.
O passo 1 (60% de carga) precisa de cerca de uma hora e o passo 2 (40% de carga) precisa de mais duas horas.
2.Carga Rápida
Em uma bateria de LiFePO4 pode-se aplicar uma sobre tensão sem decompor o eletrólito. Assim ela pode ser carregada em apenas uma etapa, de corrente constante, para atingir 95% da carga máxima ou ser carregada em duas etapas, corrente constante seguida de tensão constante, para obter 100% de estado de carga. Isso é semelhante à maneira como as baterias de chumbo-ácido são carregadas. O tempo total mínimo de carga será de aproximadamente duas horas.
O gráfico abaixo mostra um perfil típico de uma bateria LiFePO4 sendo carregada em modo rápido.
No início, a bateria é carregada com uma taxa de carga de 0,5 C (em azul), ou metade da capacidade Ah, em outras palavras, para uma bateria de 5.000 mAh, isso seria uma taxa de carga de 2.500 mA.
A tensão de carga (em vermelho) não muda muito para taxas de carga mais altas ou mais baixas (em azul). As baterias LiFePO4 têm uma curva de tensão muito plana.
Uma bateria de Li-íon comum de 3,7V, feita de LiCoO2 tem uma tolerância de sobrecarga muito estreita, cerca de 0,1V sobre o platô de tensão de carga de 4.2V por célula, que também é o limite superior da tensão de carga. O carregamento contínuo de 4,3 V pode danificar o desempenho da bateria, como ciclo de vida, ou resultar em incêndio ou explosão.
Uma bateria LiFePO4 tem uma tolerância de sobrecarga muito mais ampla de cerca de 0,7V a partir do seu patamar de tensão de carga de 3,5V por célula. Quando medido com um calorímetro de varredura diferencial (DSC), o calor exotérmico da reação química com o eletrólito após a sobrecarga é de apenas 90 Joules / grama para LiFePO4 versus 1600 J / g para LiCoO2. Quanto maior o calor exotérmico, mais vigoroso é o incêndio ou explosão que pode acontecer quando a bateria é abusada.
Uma bateria LiFePO4 pode ser sobrecarregada com segurança até 4,2 volts por célula, mas tensões mais altas começarão a quebrar os eletrólitos orgânicos.
No entanto, é comum carregar um pack de baterias de 12 volts, feito com 4 células em série, com um carregador de bateria de chumbo-ácido. A tensão máxima desses carregadores, seja alimentado por CA ou usando um alternador de carro, é de 14,4 volts. Isso funciona bem, mas os carregadores de baterias de chumbo-ácido reduzirão sua tensão para 13,8 volts para a carga de flutuação e, portanto, normalmente a carga terminará antes que a bateria de LiFePO4 esteja em 100% da carga. Por este motivo, é necessário um carregador especial LiFePO4 para atingir 100% da capacidade.
Devido ao fator de segurança adicional, as baterias de LiFePO4 são preferidas para aplicações de grande capacidade e alta potência. Do ponto de vista da grande tolerância à sobrecarga e desempenho de segurança, uma bateria LiFePO4 é semelhante a uma bateria de chumbo-ácido.
3.Balanceamento
Diferentemente da bateria de chumbo-ácido, várias células LiFePO4 em uma bateria em série não conseguem se equilibrar durante o processo de carregamento. Isso ocorre porque a corrente de carga é interrompida quando uma célula está completamente carregada. É por isso que os packs de baterias de LiFEPO4 precisam de placas de gerenciamento BMS.
A maioria dos controladores de carga em sistemas de energia solar, não tem problemas para carregar packs de baterias de LiFePO4. As tensões necessárias são muito semelhantes àquelas usadas para baterias seladas de chumbo de 12V. As placas de gerenciamento de packs de baterias LiFEPO4, fazem com que as células da bateria estejam na tensão correta, não fiquem sobrecarregadas ou excessivamente descarregadas, fiquem com tensão equilibrada. Algumas placas ainda controlam a temperatura da célula para esteja dentro da especificação, enquanto estão sendo carregadas.
Em muitos aspectos, uma bateria de LiFePO4 é mais fácil de carregar do que uma bateria de chumbo-ácido: contanto que a tensão de carga seja alta o suficiente para mover íons, ela é carregada. As baterias de LiFePO4 não se importam se não estiverem totalmente carregadas, na verdade elas duram mais se não estiverem.
Tensões de carga abaixo de 3,4 V/célula, não permitem carregar a bateria de LiFePO4. Tensões acima disso, carregam a bateria até pelo menos 95% da carga, com tempo suficiente para isso. Com uma tensão de 3,5 V/célula, a bateria carrega facilmente até 95% e com algumas horas absorve a energia de carga. Para todos os efeitos há pouca diferença na carga entre tensões de 3,5V/célula ou superiores.