Um dos principais atrativos para a mudança para
baterias de lítio é que a vida útil da bateria é um múltiplo do que é possível com
baterias de chumbo-ácido . No entanto, com os dados operacionais limitados disponíveis atualmente em
aplicações UPS , é natural que os usuários em potencial questionem quanto tempo as baterias de lítio realmente durarão.
Para responder a esta questão, é necessário primeiro compreender como as baterias de lítio se degradam em circunstâncias normais. Eles têm dois modos de degradação amplamente independentes: vida civil e ciclo de vida.
A vida do calendário descreve como a capacidade diminuirá e como a resistência aumentará com o tempo. Para a vida útil, a temperatura operacional da bateria é o fator mais importante para determinar quanto tempo ela durará. O calor pode acelerar a degradação e as temperaturas mais frias minimizam a degradação.
Quanto ao ciclo de vida, o termo em si é facilmente compreendido, mas projetar o ciclo de vida de uma bateria de lítio não é tão simples quanto parece. Isso ocorre porque diferentes características do ciclo determinam o quão prejudicial esse ciclo é para a bateria.
Um teste básico na indústria do lítio é descarregar totalmente a bateria em uma hora e recarregá-la totalmente em uma hora em temperatura ambiente (25°C / 77°F). Para projetos de células de alta qualidade, este é um teste fácil que resultará em milhares de ciclos antes que a célula atinja 80% de sua capacidade inicial. No entanto, o ciclo de vida é normalmente bastante sensível às taxas de carga e descarga e a outros fatores.
Um resumo dos principais fatores que influenciam o ciclo de vida é mostrado na Figura 1.
| Parâmetro de Ciclo |
Influência no ciclo de vida |
Descrição |
| Taxa de carga/descarga |
Significativo |
Carregar ou descarregar uma bateria em taxas superiores às quais foi projetada reduzirá consideravelmente seu ciclo de vida |
| Profundidade de Descarga |
Moderado |
Descarregar parcialmente uma bateria antes de recarregar é menos prejudicial do que descarregá-la completamente |
| Temperatura |
Moderado |
Embora uma bateria mais quente tenha menos resistência e taxas de autoaquecimento mais baixas, temperaturas operacionais mais frias geralmente são melhores para a vida toda. Muitas baterias de íons de lítio também são sensíveis ao carregamento em temperaturas baixas (geralmente abaixo de zero), mas isso geralmente não é uma preocupação para aplicações em data centers. |
| Janela de estado de carga (SOC) |
Menor |
Ao usar uma bateria com profundidade de descarga parcial, ciclá-la quase completamente cheia (100% SOC) ou completamente vazia (0% SOC) é mais prejudicial do que especificar uma janela operacional em estados parciais de carga |
Figura 1: Resumo dos principais fatores que influenciam o ciclo de vida da bateria de lítio.
Em aplicações de data center, a vida útil do calendário normalmente é o principal fator porque o ciclo da bateria é pouco frequente. A exceção a isto seria quando as baterias da UPS estivessem a ser utilizadas para apoiar a gestão de energia local ou para fornecer serviços de rede à rede local de distribuição de eletricidade. Essas aplicações estão fora do escopo deste artigo. Em casos de uso convencionais, as baterias ficam inativas durante a maior parte de sua vida útil.
Para avaliar a vida útil do calendário, os fabricantes de células normalmente armazenam as baterias em diferentes temperaturas por longos períodos de tempo e verificam periodicamente a capacidade restante. O mapeamento desses dados fornece uma relação entre tempo, temperatura e capacidade restante. Depois que dados suficientes forem coletados, é possível ajustá-los a uma equação geralmente aceita para a vida útil do calendário, que foi comprovada ao longo de décadas de experiência em campo de baterias de íons de lítio. Um exemplo de gráfico de vida útil de uma bateria de 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 o fosfato de ferro-lítio, terão diferentes taxas de degradação.
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