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Tipos e princípios de baterias recarregáveis
O mercado oferece diversos tipos de baterias recarregáveis para armazenamento de energia residencial/comercial, bateria movida a energia solar, estação de energia portátil, etc.. Como fosfato de ferro-lítio, lítio ternário, chumbo-ácido líquido, chumbo-ácido coloidal, e mais. Essas baterias funcionam armazenando e liberando energia por meio de reações químicas que sofrem repetidas oxidações e reduções dentro da bateria..
Uma bateria recarregável compreende três partes principais: O eletrodo positivo, o eletrodo negativo, e o eletrólito. O eletrólito separa os eletrodos positivos e negativos, o que permite que os íons se movam entre eles. Ao carregar, uma fonte de energia externa envia corrente para a bateria. Este processo faz com que os íons no eletrodo positivo oxidem enquanto aqueles no eletrodo negativo reduzem, aumentando assim a energia armazenada. Por outro lado, durante a alta, a bateria libera corrente. Isso leva à redução de íons no eletrodo positivo e à oxidação de íons no eletrodo negativo, resultando em diminuição da energia armazenada dentro da bateria.
Vida útil da bateria
Uma bateria passa por um ciclo quando é descarregada 100% para 0% e depois recarregou de volta para 100%. O ciclo de vida de uma bateria refere-se a quantas vezes ela pode lidar com esse processo antes que sua capacidade diminua para 80% do seu original sob condições específicas de carga e descarga, como corrente de descarga, temperatura, tensão de corte, etc..
Diferentes baterias recarregáveis têm ciclos de vida variados. Por exemplo, baterias ternárias de lítio podem durar cerca de 1,500 ciclos, baterias de fosfato de ferro-lítio até 2,000 ciclos, enquanto as baterias de chumbo-ácido gerenciam apenas cerca de 800 ciclos.
Fatores que afetam a vida útil da bateria
Vários fatores influenciam o ciclo de vida da bateria, como profundidade de descarga, estado de carga, taxa de carga/descarga, número de ciclos, e temperatura.
Número de ciclos
À medida que a bateria passa por mais ciclos, seu desempenho e vida útil diminuem gradualmente. É importante observar que os ciclos não equivalem ao número de cobranças.
Profundidade de Descarga (Departamento de Defesa)
Isto se refere à porcentagem de descarga da bateria em relação à sua capacidade nominal. Um DoD de 100% significa que a bateria está totalmente descarregada, enquanto 0% significa uma carga completa. Para otimizar a vida útil da bateria, visar descargas superficiais (25%Faixa de aproximadamente 75%) em vez de descargas profundas. Carregar e descarregar em incrementos menores é preferível a esgotar completamente a bateria e depois recarregar. Descargas superficiais geralmente prolongam o ciclo de vida da bateria em comparação com descargas profundas.
Estado de Carga (SoC)
Indica a capacidade restante da bateria em comparação com sua capacidade total, medido em eletricidade. SoC em 0% significa que a bateria está completamente descarregada, enquanto 100% significa que está totalmente carregado. A tensão está diretamente ligada à potência: maior potência corresponde a maior tensão. A baixa tensão atrasa o envelhecimento do calendário e o envelhecimento do ciclo.
Carregar e descarregar com baixo consumo de energia (tensão) faixa, na mesma profundidade de descarga, tende a prolongar a vida útil da bateria em comparação com baterias de alta potência (tensão) intervalos. Alto SoC prolongado pode acelerar a precipitação de íons de lítio, reduzindo íons de lítio ativos e diminuindo a capacidade da bateria. Por outro lado, SoC baixo estendido pode acelerar o consumo da interface de eletrólito sólido negativo (SER) filme. Isto pode levar à dissolução da folha de cobre do eletrodo negativo, formando dendritos de cobre, e acelerando a degradação da bateria
Taxa de descarga de carga
Isso mede o fluxo de corrente durante a carga e descarga em relação à capacidade nominal da bateria, refletindo a rapidez com que a bateria carrega ou descarrega. Por exemplo, se uma bateria for carregada dentro de uma hora, a taxa média de carregamento é 1C; carregando dentro 30 minutos indica uma taxa de 2C. O carregamento rápido acima de 1C pode reduzir a vida útil da bateria. As taxas de descarga são geralmente leves e normalmente não representam preocupações.
Temperatura
As altas temperaturas aumentam a atividade do eletrólito e dos materiais ativos da bateria, levando a reações colaterais e decomposição de eletrólitos. Isto acelera a perda de capacidade e pode gerar gás, causando inchaço. Por outro lado, baixas temperaturas aumentam a viscosidade do eletrólito, diminuindo a condutividade do íon de lítio. Esta incompatibilidade nas velocidades de migração de elétrons no circuito causa polarização severa, reduzindo significativamente a capacidade de carga e descarga. Carregar em baixas temperaturas pode provocar precipitação de lítio e formação de dendritos na superfície do eletrodo negativo, reduzindo drasticamente a temperatura crítica da bateria e aumentando o risco de fuga térmica.
Maneiras e problemas para prolongar a vida útil da bateria
O ciclo de vida de uma bateria tem limitações, mas o uso adequado pode retardar a redução da capacidade, prolongando a vida útil da bateria. Para conseguir isso, considere o seguinte:
- Reduza o número de ciclos.
- Mantenha a profundidade de descarga acima 65% da capacidade da bateria.
- Evite a profundidade de carregamento até a capacidade total.
- Minimize os tempos de carregamento rápido, e diminuir as correntes de carga.
- Empregue sistemas inteligentes de gerenciamento de bateria (BMS) para regular as correntes de carga com base em diferentes estágios.
- Mantenha uma faixa de temperatura razoável.
No entanto, a implementação dessas estratégias pode representar desafios com base nos cenários de uso. As baterias são cruciais em situações onde a energia da rede elétrica não está disponível ou onde a energia móvel é necessária sem conexões. Em tais casos, prolongar a vida útil da bateria reduzindo os ciclos e a profundidade de descarga torna-se difícil.
Seja industrial, comercial, ou uso doméstico, as baterias geralmente precisam ser carregadas antes do uso. Células solares, por exemplo, sofrem carga e descarga constantes devido aos processos do sistema. Este ciclo contínuo impacta significativamente a capacidade da bateria e leva a um ciclo de vida reduzido, muitas vezes caindo abaixo do número nominal de ciclos.
A melhor maneira de prolongar a vida útil da bateria
Então encontramos o problema fundamental. A questão central reside em como as baterias são usadas principalmente como fontes de energia de reserva. Quando usado apenas para backup, a frequência e profundidade de carga e descarga são substancialmente reduzidas, afetando o ciclo de vida da bateria de maneira diferente.
No movimento HF, introduzimos um sistema inovador de células solares denominado tecnologia solar E-Hybrid. Esta abordagem inovadora integra baterias no sistema solar, permitindo a saída direta de energia solar para a carga. Nesta configuração, a bateria serve como backup, em vez de ser o único canal de saída de energia para a carga.
Oferecemos soluções e produtos para residências, industrial, e sistemas solares comerciais, incorporando esta tecnologia pioneira.
Seu modo de operação é o seguinte:
No modo operacional descrito, o sistema funciona principalmente como Solar → Cargas, ocasionalmente fazendo a transição para Solar + Bateria → Cargas ou Bateria → Cargas. No entanto, nunca há um fluxo direto de Solar → Bateria → Cargas. Isso evita o problema de que o sistema precisa carregar a bateria antes da saída.
Além dos sistemas mencionados, também oferecemos bateria portátil movida a energia solar que incorpora tecnologia E-Hybrid junto com módulos MPPT e inversores. Essas unidades possuem baterias de fosfato de ferro-lítio com capacidades que variam de 1000 até 2.000 Wh. Eles atendem a vários cenários, como eletricidade doméstica, acampamento ao ar livre, e operações de campo.
O design exclusivo permite a saída direta de energia solar para a carga sempre que a luz solar estiver disponível, ignorando a bateria. Mesmo quando a bateria está fraca, a luz solar permite a saída direta para a carga, desconsiderando a energia da bateria. Esta abordagem prolonga significativamente a vida útil da bateria em comparação com fontes de alimentação móveis convencionais. Garante uma saída de energia consistente em diversas configurações, proporcionando desempenho estável independentemente das condições ambientais.
