Um dos principais atrativos para se mudar para
baterias de lítio
A duração da bateria é muito superior à possível com
baterias de chumbo-ácido
No entanto, com dados operacionais limitados em
Aplicações da UPS
Disponível hoje, é natural que os potenciais usuários questionem quanto tempo as baterias de lítio realmente duram.
Para responder a essa pergunta, é necessário primeiro entender como as baterias de lítio se degradam em circunstâncias normais. Elas possuem dois modos de degradação amplamente independentes: vida útil em anos e vida útil em ciclos.
A vida útil, medida em calendário, descreve como a capacidade da bateria diminui e a resistência aumenta ao longo do tempo. Para determinar a vida útil em calendário, a temperatura de operação é o fator mais importante. O calor pode acelerar a degradação, enquanto temperaturas mais baixas a minimizam.
Quanto à vida útil em ciclos, o termo em si é facilmente compreendido, mas projetar a vida útil em ciclos de uma bateria de lítio não é tão simples quanto parece. Isso ocorre porque diferentes características do ciclo determinam o quão prejudicial ele é para a bateria.
Um teste básico na indústria de lítio consiste em descarregar completamente a bateria durante uma hora e, em seguida, recarregá-la completamente durante uma hora à temperatura ambiente (25 °C / 77 °F). Para células de alta qualidade, este é um teste simples que resultará em milhares de ciclos antes que a célula atinja 80% de sua capacidade inicial. No entanto, a vida útil em ciclos é normalmente bastante sensível às taxas de carga e descarga e a outros fatores.
Um resumo dos principais fatores que influenciam a vida útil do ciclo é apresentado na Figura 1.
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Parâmetro de ciclo
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Influência na vida útil do ciclo
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Descrição
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Taxa de carga/descarga
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Significativo
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Carregar ou descarregar uma bateria a taxas superiores às para as quais foi projetada reduzirá consideravelmente sua vida útil.
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Profundidade de descarga
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Moderado
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Descarregar parcialmente uma bateria antes de recarregá-la é menos prejudicial do que descarregá-la completamente.
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Temperatura
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Moderado
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Embora uma bateria mais quente apresente menor resistência e taxas de autoaquecimento mais baixas, temperaturas de operação mais baixas geralmente são melhores para sua vida útil. Muitas baterias de íon-lítio também são sensíveis ao carregamento em temperaturas frias (geralmente abaixo de zero), mas isso geralmente não é uma preocupação para aplicações em data centers.
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Janela de Estado de Carga (SOC)
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Menor
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Ao usar uma bateria com descarga parcial, submetê-la a ciclos de carga e descarga próximos da carga completa (100% SOC) ou completamente descarregada (0% SOC) é mais prejudicial do que especificar uma faixa de operação em estados de carga parciais.
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Figura 1: Resumo dos principais fatores que influenciam a vida útil das baterias de lítio.
Em aplicações de data center, a vida útil em calendário é geralmente o principal fator determinante, visto que o ciclo de carga e descarga da bateria é pouco frequente. A exceção a essa regra ocorre quando as baterias de um sistema de alimentação ininterrupta (UPS) são utilizadas para dar suporte ao gerenciamento de energia do local ou para fornecer serviços à rede de distribuição de energia elétrica local. Essas aplicações estão fora do escopo deste artigo. Em casos de uso convencionais, as baterias permanecem ociosas durante a maior parte de sua vida útil.
Para avaliar a vida útil em calendário, os fabricantes de células geralmente armazenam as baterias em diferentes temperaturas por longos períodos e verificam periodicamente sua capacidade restante. A criação de gráficos com esses dados fornece uma relação entre tempo, temperatura e capacidade restante. Após a coleta de dados suficientes, é possível ajustar os dados a uma equação geralmente aceita para a vida útil em calendário, comprovada ao longo de décadas de experiência prática com baterias de íon-lítio. Um exemplo de gráfico de vida útil em calendário de uma bateria de íon-lítio (NCM) é mostrado na Figura 2.
A Figura 2 mostra que 80% da capacidade inicial de uma bateria NCM permanece após cerca de dez anos a temperaturas de 23°C (73°F) para a bateria de lítio específica testada. Diferentes baterias de lítio, como as de fosfato de ferro-lítio, apresentarão diferentes taxas de degradação.
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