Bateria Fosfato de Lítio Ferro LiFePO4
A primeira descoberta do uso do lítio como meio de armazenar energia foi feita pelo professor John Goodenough da universidade de Oxford. Ao desenvolver a sua pesquisa, ele convidou o físico e pesquisador japonês Koichi Mizushima e juntos desenvolveram a bateria de lítio óxido de cobalto (LiCoO2). A partir deste momento, o conhecimento e desenvolvimento das baterias com compostos químicos juntos ao Lítio passaram por diversas evoluções no meio científico e, atualmente, está sendo amplamente utilizado.
Dentre as baterias de lítio presentes no mercado, vale destacar três tipos, sendo elas:
Devido ao fato das baterias tipo LifePO4 serem mais seguras e possuírem melhor custo-benefício, a Vinnig optou por fornecê-las ao mercado nacional ainda no primeiro semestre de 2023, com objetivo de torná-las uma opção para as empresas que pretendem desenvolver novos projetos de VEs e também para veículos já existentes que utilizam a antiga tecnologia de baterias de chumbo-ácido.
Colocar foto de pessoas da Vinnig manuseando bateria de lítio
A seguir iremos explicar os principais aspectos técnicos que envolvem essa bateria:
VIDA ÚTIL: As baterias LiFePO4 possuem em média entre 4000-6000 ciclos de vida se usadas em 80% DOD (profundidade de descarga), podendo durar até 10 anos se estiverem em condições indicadas de uso, como a temperatura de operação, profundidade de descarga e armazenamento correto.
MANUNTENÇÃO e SEGURANÇA: As baterias de LiFePO4 não necessitam de manutenção, isso ocorre pois não necessitam de troca de eletrólito, além de não gerar zinabre nos terminais e vazamento de líquidos. Sendo assim, a manutenção no conjunto só ocorrerá caso seja necessário substituir alguma célula.
Já em relação à segurança, essas baterias não liberam gases poluentes durante a utilização, por isso, não necessitam de um sistema de ventilação para exaustão dos gases. Durante a aplicação, a segurança da bateria é garantida através do BMS, responsável por identificar falhas e consequentemente desconectar a bateria do restante sistema elétrico. Além disso, essas baterias possuem maior estabilidade térmica e química, maior proteção contra sobrecarga, sobreaquecimento e curto-circuito.
TEMPO DE RECARGA: O processo de recarga das baterias de lítio é bem simples. Geralmente os carregadores enviam as baterias uma corrente constante, o que permite um tempo de recarga menor quando comparados com baterias de chumbo ácido. O processo de carga pode ser finalizado independentemente pelo carregador ou pode ser interrompido pelo BMS (Battery Management System). O segundo caso é o mais recomendado de ser utilizado, uma vez que além de monitorar a tensão total do pack de baterias, o BMS também monitora individualmente cada célula, evitando assim uma sobretensão individual das células.
COMPOSIÇÃO DA CÉLULA LiFePO4: Utilizando a imagem abaixo para exemplificar como é a formação de uma bateria de LiFePO4, temos os triângulos verdes como Ferro, os marrons como fosfato e os pontos vermelhos como lítio, sendo a composição da parte positiva da bateria. Quando a bateria está descarregada, o lítio se prende a grade feita de fosfato e ferro, porém, durante a carga, os íons de lítio são atraídos pela membrana de polímero que está no meio, sendo levada para o eletrodo negativo feito de carbono-grafite.
NOMENCLATURAS
Nos datasheets das baterias e em suas respectivas etiquetas aparecem com frequência nomenclaturas tais como “C20”, “1C”, “8s” e “16s2p”. As duas primeiras nomenclaturas indicam a capacidade de carga e descarga da bateria. Já as duas últimas indicam como as células das baterias estão associadas eletricamente, a exemplo das associações de circuito série, paralelo ou misto. Veja abaixo exemplos de ambas nomenclaturas:
TEMPERATURA: A temperatura ambiente afeta diretamente as baterias durante a aplicação, influenciando no seu desempenho e na sua vida útil. Nas baterias LiFePO4, por possuir uma maior resistência térmica provenientes no fosfato, as faixas de operação destas baterias são:
BMS
O BMS é responsável pelo gerenciamento e segurança das baterias, feito através da análise individual de cada célula. Este dispositivo mantém a operação em conformidade através do controle de corrente máxima, tensão máxima, mínima e a defasagem de tensão entre as células, desconectando-as eletricamente do VE caso alguma dessas partes ultrapasse o valor pré-definido, de acordo com as especificações de cada fabricante de baterias. Junto a isso, o BMS também reforça a segurança nas baterias contra curtos externos e sobre temperatura. Além disso, há BMSs que possuem outros acessórios que podem ser integrados a eles. Veja abaixo alguns tipos de acessórios:
Painéis
O BMS pode possuir conexão com painéis externos que mostraram dados como estado de carga, tensão do pack de baterias, corrente consumida pelo sistema, corrente de recarga e temperatura, etc.
Balanceador
O balanceador é um dispositivo que pode ser externo ou integrado internamente ao BMS. O dispositivo garante um maior equilíbrio de tensão entre as células. O constante balanceamento das células ao longo da operação é feito automaticamente pelo dispositivo, garantindo maior capacidade de drenar energia das baterias, aumentando a autonomia e vida útil. O termo ”Balanceador Ativo” significa dizer que o pack de baterias que possui balanceador internamente.
Aplicativo e Software
O BMS pode ser configurável através de aplicativos para celulares e/ou softwares para computadores. Além de configurá-lo, também é monitorar diversas informações como tensão mínima e máxima das células, temperatura, tensão do pack, Amperhora de carga e descarga acumulados, etc.
Comunicação Serial e CANBus:
O BMS pode ter saídas de comunicação Serial ou CANBus. Através destas comunicações é possível conectá-lo a:
É imprescindível que o BMS possua algum tipo de comunicação externa, preferencialmente CANBus, para que os diversos dados da bateria possam ser enviados para outros dispositivos externos.
PROCESSOS DE USO
Diferentemente das baterias de chumbo ácido, as baterias de lítio permitem as seguintes operações em um VE:
GARANTIA
As baterias de lítio geralmente possuem a garantia média de 4 anos. Isso ocorre por serem baterias resistentes pela sua organização físico-química, permitindo assim uma maior quantidade de ciclos de carga e descarga e consequentemente uma longa vida útil.
Vinnig Power Pack
As baterias do tipo LiFePO4 são amplamente recomendadas para o uso nas frotas de veículos elétricos e sistemas solares off grid, pois como mencionamos, são extremamente seguras, possuem alta densidade energética e não necessitam de manutenção.
Além disso, por possuírem BMS, o pack de baterias se torna um componente inteligente, que atua na segurança, monitoramento e registro de diversas informações importantes, que poderão ser compartilhadas externamente, a exemplos de dispositivos de telemetria e relatórios de gestão de frota.
Apesar de serem mais caras que as baterias de chumbo-ácido, as baterias de lítio possuem vida útil que chega a ser cinco vezes maior. Além disso, reduzem os custos de manutenção preventiva do veículo, uma vez que elimina a necessidade de um técnico ir a campo para fazer a reposição ou troca da água e também a respectiva limpeza dos bornes, uma vez que as baterias de chumbo-ácido acumulam zinabre em seus terminais em decorrência da exaustão de gases.
Sendo assim, somando esses fatores a outros ganhos no processo de uso, como foi mencionado acima, se torna difícil justificar o uso de baterias de chumbo-ácido na fabricação de novos veículos ou reposição em máquinas já existentes.
A Vinnig passará fornecer packs de baterias de lítio ainda no primeiro semestre de 2023. Teremos diversas opções de potência e tamanho, para atender o mercado de fabricação de VEs e reposição.
Caso tenha interesse em saber mais comercialmente ou tecnicamente das baterias LiFePO4, contate o time da Vinnig!