O que é corrente de carga?
O cliente aparece com uma folha de especificações perguntando se pode cobrar a 1C. Você pode. Mas 1C é um teto, não uma recomendação. Muitas pessoas não conseguem essa distinção, ou conseguem, mas não se importam. Até que a bateria acabe cedo e alguém tenha que explicar o que deu errado.
A corrente de carga é a rapidez com que você injeta eletricidade na bateria. Amperes. Olhar apenas para amplificadores é inútil, você precisa ver a relação com a capacidade. 100Ah bateria de 100A é 1C, teoricamente cheia em uma hora. A 50A são 0,5C, duas horas. Uma célula 18650 avaliada em 2600mAh, 0,5C significa 1,3A. C-taxa é a maneira padrão do setor de comparar baterias de tamanhos diferentes em pé de igualdade.
A maioria das baterias de lítio funciona bem a 0,5°C para uso diário. Temos fabricado baterias para empilhadeiras há tempo suficiente para ver muitos pacotes mortos pelo carregamento de 1C. Não estou dizendo que 1C não pode funcionar, no curto prazo está tudo bem, mas depois de quatrocentos ou quinhentos ciclos a diferença aparece. Os pacotes de 0,5C ainda funcionam bem, os de 1C já estão perdendo capacidade. Você pode explicar a química o quanto quiser, as pessoas não acreditam até verem os dados de sua própria frota.
Por que isso acontece? Os íons de lítio precisam se intercalar nas camadas de grafite do ânodo durante o carregamento. Corrente muito alta, os íons não conseguem se alinhar rápido o suficiente para entrar; em vez disso, eles se acumulam na superfície como lítio metálico. O lítio metálico se transforma em dendritos, atravessa o separador, curto-circuito interno, fuga térmica. Incidentes em fábricas de baterias são notícia a cada poucos meses. Geralmente, há múltiplas causas, mas os problemas de cobrança aparecem na análise da causa raiz com mais frequência do que os fabricantes gostam de admitir.
O carregamento da bateria de lítio tem três estágios.
Todos no ramo sabem disso, mas nem todos prestam atenção aos três.
Pré-carregamento
Tensão abaixo de 3V, você não pode atingir com corrente total. A estrutura do material do ânodo fica instável após uma descarga profunda, forçando a entrada da corrente e causando danos irreversíveis. O estágio de pré-carga usa cerca de 10% da corrente normal e lentamente traz a tensão de volta. Talvez 0,05C até que a tensão se recupere acima do limite. Muitos carregadores baratos ignoram isso completamente. A bateria fica parada durante todo o inverno em um armazém sem aquecimento, a tensão cai para 2-pontos ou algo assim, a primavera chega e alguém a conecta diretamente na corrente total. Seis meses depois, os problemas começam a aparecer. Vemos esse padrão todos os anos nos clientes do norte. Mesma conversa, mesmo resultado.
Corrente Constante
O estágio de corrente constante faz o trabalho pesado. A corrente permanece fixa enquanto a tensão sobe, 0,5C leva a cerca de 80% em menos de duas horas. É aqui que entra a maior parte da energia. Não há muito o que explicar sobre esta parte, ela funciona da maneira que você esperaria.
Tensão Constante
O estágio de tensão constante é o que as pessoas gostam de pular. Depois que a tensão atinge o teto-4,2 V por célula para produtos químicos ternários como NMC, 3,65 V para a corrente LFP precisa diminuir por conta própria. A tensão permanece estável, a corrente cai à medida que a célula se aproxima da capacidade máxima, terminando em torno de 0,01C. Para aqueles 2600mAh 18650 isso significa cerca de 26mA no final. Esta etapa leva cerca de uma hora. Quando você está olhando para o relógio e precisa da empilhadeira de volta ao chão, essa fase é interrompida. O resultado é uma carga insuficiente de 10 a 15% ou você está estressando o cátodo tentando forçar a entrada de mais capacidade. Nenhum dos dois é bom, mas as pessoas fazem isso de qualquer maneira.
Fator de temperatura
A temperatura muda as coisas. O eletrólito frio é viscoso, os íons não se movem bem. Os mesmos 0,5°C que funcionam bem em temperatura ambiente podem causar revestimento de lítio abaixo de zero. As aplicações de armazenamento refrigerado e armazéns refrigerados precisam de baterias com sistemas de aquecimento integrados. Aqueça as células a pelo menos 5 graus antes de aceitar a corrente de carga. Os clientes acham que o aquecimento é um custo desnecessário até que as baterias acabem cedo. Aí eles vêm perguntando por que ninguém os avisou. Nós os avisamos. A folha de especificações indica a faixa de temperatura operacional por um motivo.
O LFP lida melhor com o abuso do que o ternário, e é em parte por isso que ele domina o manuseio de materiais atualmente. Algumas células são classificadas para carregamento de 15C. Ser capaz de lidar com isso não significa que deva fazê-lo. Executamos testes de comparação, carregamento de longo prazo de 1C vs 0,5C, ciclo equivalente a dois anos. A diferença de capacidade foi de 8 a 12% dependendo de quão bem a temperatura foi controlada. Não é catastrófico, mas é dinheiro de verdade quando se analisa os custos de substituição da frota.
Risco Operacional
Outro problema que surge constantemente é a correspondência do carregador. O carregador de 0,5C construído para 200Ah produz 100A. Troque por uma bateria de reposição de 100Ah e de repente você estará em 1C, quer você tenha pretendido ou não. Acontece o tempo todo durante atualizações de equipamentos e substituições de baterias. Ninguém verifica se o carregador ainda é adequado para o novo pack. A bateria funciona bem até que isso não aconteça.
Há um ditado no negócio de baterias para empilhadeiras que diz que o custo da bateria é de 30% de todo o caminhão. A OSHA tem regulamentos específicos para áreas de carregamento, 1910.178, requisitos para ventilação de hidrogênio, estações de lavagem de olhos e tratamento de derramamentos de ácido. Na era do{4}ácido-chumbo, elas eram obrigatórias porque o acúmulo de gás hidrogênio durante o carregamento é explosivo. Na era do lítio, o problema do hidrogênio desapareceu, mas o risco de fuga térmica apenas mudou de forma. Perigo diferente, ainda precisa de atenção.
A corrente de carga é apenas um número na folha de especificações. Por trás disso está quanto tempo dura a bateria e se algo dá errado antes do esperado. Faça a seleção certa ao especificar o equipamento, mais barato do que substituir as baterias após o aparecimento de problemas.
