Como Carregar uma Bateria de Lítio-Ion

 

COMO CARREGAR BATERIAS DE LÍTIO-ÍON

 

 

 

Estas observações aplicam-se igualmente às baterias de Li-Ion e de lítio-polímero. A química é basicamente a mesma para os dois tipos de baterias e assim os métodos de carregamento para baterias lítio-polímero podem ser usados para baterias de Li-Ion.

As células de fosfato de lítio ferro de carregamento de 3,2V são idênticas, mas a fase de carregamento em tensão constante é limitada em 3,65V.

A bateria de Li-Ion é fácil de carregar, porém devido às questões de segurança, o processo de carga acaba se tornando complicado, frequentemente necessitando circuitos de proteção e controle.

O método básico é carregar a bateria em corrente constante, de 0,2C a 0,7C dependendo do fabricante, até que a bateria atinja 4,2V por célula.

Mantem-se a tensão de carga em 4,2V até que a corrente de carga caia para 10% do valor inicial da taxa de carga. A condição de terminação é a queda na corrente de carga para 10%. Uma tensão de carga superior e a corrente de terminação variam ligeiramente com o fabricante.

Um temporizador de carga deve ser incluído para a segurança.

O carregador de baterias de Li-Ion é um dispositivo limitador de tensão similar ao carregador de baterias de chumbo-ácido. A diferença está em uma maior tensão por célula, uma tolerância de tensão menor e a ausência de carga de flutuação ou pulsante quando a carga completa é alcançada.

Enquanto as baterias de chumbo-ácido oferecem alguma flexibilidade em termos de interrupção de tensão, fabricantes de células de Li-Ion são muito rígidos em ajustar a tensão correta.

A maioria das células atuais de Li-Ion pode ser carregada a 4,20V. A tolerância para todas as baterias de Li-Ion é apertada +/- 0,05V por célula.

Baterias de Li-Ion militares e industriais projetadas para máximo ciclo de vida usam um limiar de tensão de fim de carga em torno de 3,90V por célula.

O tempo de carga de todas as baterias de Li-Ion, quando carregadas a uma corrente inicial de 1C, é de aproximadamente 3 horas. A bateria permanece fria durante a carga. A carga completa é alcançada depois que a tensão alcança o limiar de tensão superior e a corrente  cai, se igualado a 3% da corrente de carga nominal.

Aumentar a corrente de carga em um carregador de Li-Ion não faz diminuir muito o tempo de carga. Embora o pico de tensão seja alcançado mais rápido com correntes maiores, a carga de pico irá demorar mais. Nenhuma carga pulsante é aplicada porque a bateria de Li-Ion é incapaz de absorver sobrecarga. Carga pulsante poderia causar depósito de lítio metálico, uma condição que torna a célula instável.

Ao invés disso, uma breve carga de pico é aplicada para compensar a pequena quantidade de autodescarga da bateria. Dependendo do carregador e da autodescarga da bateria, uma carga de pico pode ser implementada uma vez a cada 500 horas ou 20 dias.

O que acontece se uma bateria é inadvertidamente sobrecarregada?

Baterias de Li-Ion são projetadas para operar seguramente dentro da sua tensão normal de operação, mas tornam-se cada vez mais instáveis se carregadas em voltagens maiores.

Em uma tensão de carga acima de 4,3V, a célula causa depósito de metal de lítio no anodo. Além disso, o material do catodo se torna um agente oxidante, perde estabilidade e libera oxigênio. Sobrecarga faz a célula se aquecer.

Muita atenção tem sido aplicada na segurança das baterias de Li-Ion. Baterias de Li-Ion comerciais contém um circuito de proteção que previne que a tensão da célula fique muito alta enquanto estiver sendo carregada. O limiar típico de segurança é ajustado para 4,30V por célula.

A maioria das células tem como característica uma mudança de pressão mecânica que permanentemente interrompe o caminho da corrente se um limiar de segurança é excedido. Circuitos internos de controle de tensão interrompem a bateria em subtensão ou sobretensão.

A figura a seguir mostra os estágios de carga em uma bateria de Li-Ion.

 

Figura 1 - Curva típica de carga da bateria Li-Ion