Energia

Construindo uma Bateria de Lítio-Íon

 Construindo um Pacote de Lítio-Íon

Examine os requisitos para aprovação da agência ao criar um pacote de íons de lítio. 
A criação de uma bateria de íons de lítio começa satisfazendo os requisitos de tensão e tempo de execução, e levando em consideração as limitações de carga, ambientais, tamanho e peso. Desenhos portáteis para produtos de consumo querem um perfil fino e a escolha é uma célula prismática ou de bolsa. Se o espaço permitir, uma célula cilíndrica como a 18650 geralmente oferece o menor custo e melhor desempenho em termos de energia, segurança e durabilidade específicas. (Veja BU-301a: Tipos de Células de Bateria .)
A maioria das baterias para dispositivos médicos, ferramentas elétricas, e-bikes e até powertrains para carros elétricos (EV) são baseadas no 18650. Isso parece impraticável, mas a pequena célula funciona bem porque é um dos formatos mais maduros de Li-ion disponíveis. , é produzido em grande volume e possui baixo custo por Wh.
A célula cilíndrica não é ideal, pois deixa espaços vazios em uma configuração multicelular. Essa desvantagem se transforma em uma vantagem quando se considera a flexibilidade e o resfriamento. O Tesla S85 EV usa mais de 7.000 células, ligadas em paralelo para aumentar a corrente e em série para aumentar a tensão. Se uma célula em série abrir, a perda total de energia é mínima; Se um em paralelo shorts, proteção de fusível remove esta célula do circuito. Células em falha podem, assim, ser eliminadas sem derrubar a bateria.
Os fabricantes de EVs não estão unidos na escolha da célula, mas há uma tendência para formatos maiores de reduzir a eletrônica de suporte que adiciona 20% a 25% à embalagem finalizada. Com uma célula maior, no entanto, os componentes eletrônicos ficam mais caros devido ao maior manuseio de corrente. De acordo com relatórios de 2015, o Tesla S 85 tem o menor custo por kWh usando o 18650. Outros EVs têm maiores células prismáticas a custos mais altos de kWh. A Tabela 1 compara o custo em kWh.

Faça e modele Tipo de célula Custo por kWh Energia especifica
Tesla S 85, 90kWh (2015) * 18650 US $ 260 / kWh 250 Wh / kg
Tesla 48kWh Gen III 18650 US $ 260 / kWh 250 Wh / kg
Melhores práticas DoE / AABC) bolsa / prismático US $ 350 / kWh 150-180 Wh / kg
Folha de Nissan, 30kWh (2016) * bolsa / prismático US $ 455 / kWh 80-96Wh / kg
BMW i3 bolsa / prismático N / D 120Wh / kg

Tabela 1: Comparação de preços de baterias EV. A produção em massa permite um preço baixo usando a célula 18650.
 Em 2015/16 Tesla S 85 aumentou a bateria de 85kWh para 90kWh; Folha de Nissan de 25kWh a 30kWh.
As baterias devem ser projetadas para permitir falhas sem um evento catastrófico. Todas as fontes de energia falharão eventualmente e a bateria não será exceção. Após um evento indesejado, a FAA determinou a colocação da bateria de iões de lítio do Boeing Dreamliner 787 num contentor metálico com ventilação para o exterior. A Tesla reforçou a bateria de EV adicionando uma placa de aço de alto calibre na parte inferior que fornece proteção extra contra projéteis da estrada.
Baterias grandes para aplicações de energia são resfriadas. Alguns usam um sistema de haste para trazer o calor para o exterior, outros usam ar forçado ou usam refrigeração líquida. O resfriamento por líquido é superior e, embora seja mais caro, as baterias EV gravitam em direção a essa forma de resfriamento.

Atendendo às Aprovações de Segurança

Fabricantes de baterias de renome não fornecem células de íons de lítio para montadores de baterias não certificadas. Essa precaução é compreensível, considerando que as células de íons de lítio podem ser carregadas e descarregadas além dos limites seguros com circuitos de proteção inadequados.
Autorizar uma bateria para o mercado comercial e para o transporte aéreo pode custar de US $ 10.000 a US $ 20.000. Um preço tão alto é preocupante, sabendo que os fabricantes de celulares interrompem as células mais antigas em favor de substituições de maior capacidade. Um pacote com a nova célula, mesmo se especificado como um substituto direto, requer novas certificações.
A pergunta comum é: “Por que testes adicionais são necessários quando as células já estão aprovadas?” A resposta simples é que as aprovações de células não podem ser transferidas para a embalagem porque as autoridades reguladoras colocam a confirmação de segurança em um produto acabado e não nos componentes. A bateria completa deve ser testada e registrada para garantir a montagem correta e a conformidade com os padrões de segurança.
Como parte dos requisitos de teste, a bateria finalizada deve passar por avaliação elétrica e mecânica para atender às Recomendações sobre o Transporte de Produtos Perigosos.em baterias de lítio para embarque aéreo, regras estabelecidas pela Organização das Nações Unidas (ONU). O Teste de Transporte da ONU (UN / DOT 38.3) funciona em conjunto com a Administração Federal de Aviação (FAA), o Departamento de Transportes dos EUA (US DOT) e a Associação Internacional de Transporte Aéreo (IATA) *. A certificação se aplica a células primárias e secundárias à base de lítio.
O teste da ONU 38.3 inclui:
T1 – Simulação de altitude : Baixa pressão simula carga não pressurizada de 15.000 metros.
T2 – Teste Térmico : Temperatura extrema mantendo as baterias por 6h a -40 ° C e depois + 75 ° C.
T3 – Vibração : Simula a vibração durante o transporte de 7 Hz a 200 Hz por até 3 horas.
T4 – Choque : Simula a vibração durante o transporte em determinadas forças G relacionadas ao tamanho da bateria.
T5 – Curto-circuito Externo : Curto-circuito com <0.1Ω a 50 ° C. O caso não pode exceder 170 ° C.
T6 – Impacto :> 20 mm de células cilíndricas são testadas quanto ao impacto; <20mm tipos de células são testadas por esmagamento.
T7 –Sobrecarga : Carregue duas vezes a corrente recomendada por 24 horas (somente baterias secundárias)
T8 – Descarga Forçada : O mesmo que T7, descarga forçada com células primárias e secundárias.
As baterias de teste devem passar nos testes sem causar danos, mas os pacotes não precisam funcionar depois disso. O teste é estritamente para segurança e não para a resistência do consumidor. O laboratório autorizado necessita de 24 amostras de bateria, consistindo em 12 novas embalagens e 12 amostras que foram cicladas 50 vezes. A IATA quer garantir que as baterias em questão sejam aeronavegáveis ​​e tenham integridade no campo; ciclismo os pacotes 50 vezes antes do teste satisfaz este requisito.
O alto custo de certificação desestimula os pequenos fabricantes a usar o Li-ion para produtos de baixo volume e os empreendedores podem optar por sistemas baseados em níquel. Essas baterias não precisam ser testadas para o nível de produtos à base de lítio para transporte aéreo. Enquanto empresas respeitáveis ​​seguem as instruções, as regras estão sendo quebradas e as penalidades são rígidas. (Veja  BU-704: Como Transportar Baterias )

Diretrizes simples para o uso de baterias de íon de lítio

  • Tenha cuidado ao manusear e testar baterias de íons de lítio.
  • Não provoque curto-circuito, sobrecarregue, esmague, derrube, mutile, penetre com objetos estranhos, aplique polaridade reversa, exponha a alta temperatura ou desmonte pacotes e células.
  • Use somente baterias de íons de lítio com um circuito de proteção designado e um carregador aprovado.
  • Interrompa o uso de uma bateria e / ou carregador se a temperatura da embalagem subir mais de 10ºC (18ºF) com uma carga regular.
  • O eletrólito é altamente inflamável e a ruptura da bateria pode causar lesões físicas.

A IATA (Associação Internacional de Transporte Aéreo) trabalha com as companhias aéreas e o setor de transporte aéreo para promover viagens aéreas seguras, confiáveis, seguras e econômicas.
[Fonte] http://batteryuniversity.com/learn/article/building_a_lithium_ion_pack

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