Quais são os diferentes tipos de bateria para aplicações específicas?

Neste artigo aprenderemos como escolher uma bateria de acordo com as especificações e requisitos da sua aplicação. Algumas aplicações precisam de mais energia e outras precisam ser baratas e com menos energia. Existem vários fatores e parâmetros que devem ser considerados ao escolher a melhor bateria para sua aplicação.

Figura 1. Diferentes fatores de bateria a serem considerados

Nenhuma bateria é perfeita para todas as aplicações. Os fatores a serem considerados ao escolher uma bateria para suas aplicações específicas são fornecidos abaixo.

  1. Recarregável ou não recarregável
  2. Tensão
  3. Capacidade, potência e energia
  4. Autodescarga
  5. Temperatura
  6. Custo
  7. Tamanho e forma
  8. Vida útil
  9. Química da bateria
  10. Disponibilidade
  11. Transporte

Recarregável ou não recarregável

Na hora de escolher uma bateria, o ponto mais importante é que ela seja recarregável (baterias secundárias) ou não recarregável (baterias primárias). Essa escolha dependerá da aplicação. Por exemplo, suponha que o dispositivo seja feito para uso ocasional como lanterna. Nesse caso, ou no caso de um brinquedo, calculadora, alarme de fumaça, etc., você pode usar uma bateria não recarregável (primária) que necessita de muito pouca energia e que funcionará por um longo período.

Os dispositivos de uso contínuo e que requerem descarga contínua, como laptops, smartphones, smartwatches, devem funcionar com baterias recarregáveis.

Tensão

A tensão da bateria é outro fator importante. Uma bateria de chumbo-ácido tem tensão nominal de 2 V, variando de 2,40 V a 1,8 V. As baterias Ni-MH e Ni-Cd têm tensão nominal de 1,2 V, variando de 1,55 V a 1,1 V. A bateria Li A bateria de íons tem tensão nominal de 3,7 V e varia de 3,7 V a 3 V. A tensão pode ser usada de acordo com a capacidade do seu circuito.

A maioria dos circuitos funciona com 3 V. Portanto, podemos usar duas baterias de tensão mais baixa em série para obter 3 V ou superior ou usar uma bateria de íon-lítio.

Alguns circuitos funcionam em 5 V e 12 V ou superior. Aqui, novamente, você pode usar um conversor boost para atender aos requisitos ou pode usar baterias em série para obter uma voltagem específica.

Existem também conversores buck disponíveis que reduzem a tensão. A curva de descarga de todas as baterias é fornecida abaixo. Você pode ver que todas as baterias têm uma curva de descarga aproximada aproximada.

Porcentagem de descarga de capacidade

Capacidade, potência e energia

O tempo de descarga da bateria ou tempo de execução da bateria depende da capacidade da bateria. A capacidade é definida na bateria em Ah ou mAh; esta é a capacidade de corrente de descarga para fornecer durante uma hora.

A célula de íons de lítio pode fornecer mais energia do que outras baterias Ni-Cd ou Ni-MH. A potência é multiplicada pela corrente fornecida pela bateria com tensão da bateria. Se a tensão da bateria for 3,6 V e a corrente que ela pode fornecer for 2A, você poderá usar o cálculo de potência fornecido abaixo.

P = V x I (onde V está em tensão, I está em Ampear) P = 3,6 x 2
P = 7,2W

Energia é definida como quanto tempo a energia pode fornecer por uma bateria – ou podemos dizer que a energia é multijogador por tempo. A bateria é capaz de fornecer 2A por uma hora.

E = P x T
E = 7,2 x 1
E = 7,2 Wh (watt-hora)

Vejamos outro exemplo usando um tanque cheio de água. A potência do tanque é a capacidade de armazenar 10 litros de água. Agora vamos abrir a torneira do tanque e deixar sair água. O tanque esvaziará em uma hora. Esta é a sua energia. Pode esvaziar 10 litros em uma hora.

Figura 3. Exemplo de potência versus energia.

A classificação de potência depende totalmente do fabricante. Você pode escolher a bateria de acordo com sua necessidade, ou conectando em série, podemos aumentar a tensão ou conectar em paralelo para aumentar a corrente.

Autodescarga

A bateria primária tem muitos recursos atraentes, pois tem uma taxa de descarga muito menor. É por isso que eles são perfeitos para o dispositivo que é usado ocasionalmente. Mas a bateria secundária tem maior autodescarga e carregamento. Se o aplicativo puder ajustar o dispositivo de carregamento antes do uso, uma bateria secundária poderá ser usada.

Temperatura

A temperatura reage à carga e descarga. A temperatura da bateria de íons de lítio varia de cálculo de 20 a 45 graus. A temperatura pode ser reduzida reduzindo a corrente de carga, mas aumenta o tempo de carregamento. A temperatura de descarga depende de quanta energia é extraída da bateria; pode ultrapassar o cálculo de 60 graus.

A temperatura ambiente também afeta o desempenho da bateria. O eletrólito pode congelar sob cálculo de 0 graus. A bateria de íons de lítio pode operar até -40°C, mas o desempenho pode ser reduzido, conforme mostrado no gráfico abaixo.

Figura 4. Temperatura para diferentes baterias.

Custo

O custo é importante levar em consideração na produção em massa do dispositivo. Se o dispositivo precisa ser barato e acessível, não há questão de desempenho da bateria; então você pode escolher a bateria principal, que é barata e fácil de obter. A tensão pode ser aumentada conectando-o em série.

Caso haja alto consumo de energia no aparelho, deve-se escolher uma bateria secundária mesmo que seja cara, pois o usuário não deseja ter que trocar ou comprar uma bateria nova após uma a duas horas.

O mesmo vale para o desempenho. Se um dispositivo precisar de melhor desempenho, você deverá comprometer o custo.

Tamanho e forma

As baterias vêm em tamanhos padrão: AA, AAA, AAAA, C, D, 9V, CR123A, 23A e CR2032, permitindo escolher de acordo com a potência ou tamanho. Mas em dispositivos que não possuem muito espaço para colocar baterias de tamanho padrão, a bateria de íons de lítio está disponível em tamanhos finos e também é personalizável de acordo com suas necessidades.

Figura 5. Tamanho padrão da bateria.

Vida útil

O número do ciclo de vida informará quantas vezes a bateria pode ser carregada ou descarregada. A bateria de íons de lítio tem um ciclo de cerca de 400 a 1200. A Ni-Cd e Ni-MH têm um ciclo de cerca de 2.000. O ciclo é especificado na folha de dados do fabricante e pode variar de acordo com vários fatores, como a quantidade de corrente é aplicado para carregá-lo, temperatura, etc.

Química da bateria

Existem muitos tipos de baterias disponíveis no mercado que possuem química diferente. Os mais populares são chumbo-ácido, Ni-Cd, Ni-MH e íon-lítio. A bateria pode ser escolhida de acordo com os requisitos.

Disponibilidade

Se a bateria do dispositivo for secundária, ele funcionará por um longo período. Para a bateria primária, a bateria deve estar facilmente disponível no mercado.

Transporte

Existem certas regras e regulamentos para o transporte de baterias. Os alcalinos, Ni-Cd e Ni-MH são considerados “células secas” e não são listados como materiais perigosos ou perigosos pelos EUA. Mas as baterias de íon-lítio estão listadas como materiais perigosos, portanto isso é regulamentado no transporte. A bateria de íons de lítio não deve carregar mais de 30% para ser transportada.

Escolhendo uma bateria

A tabela a seguir mostra a diferença entre algumas das baterias facilmente disponíveis.


Qual bateria devo escolher?

Considerando todos os pontos acima, você pode escolher uma bateria para sua aplicação específica. Aqui estão alguns pontos adicionais a serem considerados.

Bateria primária

  • Se o dispositivo puder funcionar com pouca energia e não houver necessidade de troca frequente de bateria
  • Se você quiser tornar seu dispositivo barato
  • Se o uso do dispositivo for ocasional
  • Se não for possível carregar
  • Se o dispositivo for usado na área de sobrevivência onde o carregamento não é possível
  • Se o dispositivo for super pequeno, você pode usar uma célula tipo moeda

Chumbo ácido

  • Se você precisar de mais energia para funcionar como um projetor ou qualquer sistema de som
  • O dispositivo é fixado em qualquer lugar
  • Se for necessária alta corrente com custo barato

Ni-Cd

  • Se o seu dispositivo for pequeno e puder usar uma bateria padrão
  • Se não houver problema com produtos químicos tóxicos
  • Se você quiser transportar o dispositivo
  • Baixa densidade de energia em comparação com outras baterias
  • Vida longa
  • Alta corrente de descarga cerca de 15°-20°C

NiMH

  • A densidade de energia é maior que a do Ni-Cd
  • O ciclo de vida é inferior ao do Ni-Cd
  • Um produto químico não tóxico usado
  • Se o seu dispositivo for pequeno e puder usar uma bateria padrão
  • Se você quiser transportar o dispositivo
  • A corrente de descarga é de cerca de 1°-10°C

íon de lítio

  • A densidade de energia é muito alta que Ni-Cd ou Ni-MH
  • Descarga 5°-15°C
  • Se o seu dispositivo não tiver muito espaço
  • Muito caro
  • Pode ser transportado com menos de 30% de carga

Referências

  • https://batteryuniversity.com/learn/archive/whats_the_best_battery#:~:text=Nickel%20Cadmium%20(NiCd)%20%E2%80%94%20mature,relativamente%20low%20in%20energy%20density.&text= O%20NiCd%20contém%20tóxico%20metais,NiMH%20contém%20no%20tóxico%20metais.

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