Carregamento, o material activo positivo é oxidado, produzindo electrões, e o material negativo é reduzido, consumindo electrões. Estes elétrons constituem o fluxo de corrente no circuito externo. O eletrólito pode servir como um buffer simples para o fluxo interno de íons entre os eletrodos, como nas células de lítio-íon e níquel-cádmio, ou pode ser um participante ativo na reação eletroquímica, como nas células chumbo-ácidas.
A energia usada para carregar baterias recarregáveis geralmente vem de um carregador de baterias usando eletricidade AC da rede elétrica, embora algumas estejam equipadas para usar a tomada elétrica DC de 12 volts de um veículo. A tensão da fonte deve ser superior à da bateria para forçar a corrente a fluir para dentro dela, mas não muito mais alta ou a bateria pode ser danificada.
Os carregadores levam de alguns minutos a várias horas para carregar uma bateria. Carregadores lentos “burros” sem capacidade de sensor de tensão ou temperatura irão carregar a uma taxa baixa, levando normalmente 14 horas ou mais para atingir uma carga completa. Os carregadores rápidos podem normalmente carregar células em duas a cinco horas, dependendo do modelo, sendo que o mais rápido leva apenas quinze minutos. Os carregadores rápidos devem ter várias formas de detectar quando uma célula atinge a carga total (mudança na tensão terminal, temperatura, etc.) para parar de carregar antes que ocorra sobrecarga ou superaquecimento prejudicial. Os carregadores mais rápidos frequentemente incorporam ventiladores de resfriamento para evitar o superaquecimento das células. As baterias destinadas ao carregamento rápido podem incluir um sensor de temperatura que o carregador utiliza para proteger o pack; o sensor terá um ou mais contactos eléctricos adicionais.
Diferentes químicos de baterias requerem diferentes esquemas de carregamento. Por exemplo, alguns tipos de baterias podem ser recarregadas com segurança a partir de uma fonte de tensão constante. Outros tipos necessitam de ser carregados com uma fonte de corrente regulada que se afina à medida que a bateria atinge a voltagem totalmente carregada. Carregar uma bateria incorrectamente pode danificar uma bateria; em casos extremos, as baterias podem sobreaquecer, incendiar-se ou descarregar explosivamente o seu conteúdo.
Taxa de descargaEditar
As taxas de carga e descarga da bateria são frequentemente discutidas referenciando uma taxa “C” de corrente. A taxa de C é aquela que teoricamente carregaria ou descarregaria totalmente a bateria em uma hora. Por exemplo, o carregamento por gotejamento pode ser realizado a C/20 (ou a uma taxa de “20 horas”), enquanto o carregamento e descarregamento típico pode ocorrer a C/2 (duas horas para capacidade total). A capacidade disponível de células eletroquímicas varia de acordo com a taxa de descarga. Alguma energia é perdida na resistência interna dos componentes da célula (placas, eletrólitos, interconexões), e a taxa de descarga é limitada pela velocidade com que os produtos químicos na célula podem se movimentar. Para as células chumbo-ácidas, a relação entre tempo e taxa de descarga é descrita pela lei de Peukert; uma célula chumbo-ácida que não pode mais sustentar uma tensão terminal utilizável a uma corrente elevada pode ainda ter capacidade utilizável, se descarregada a uma taxa muito mais baixa. As folhas de dados para células recarregáveis frequentemente listam a capacidade de descarga em 8 horas ou 20 horas ou outro tempo indicado; as células para sistemas de alimentação ininterrupta podem ser classificadas com 15 minutos de descarga.
A tensão terminal da bateria não é constante durante o carregamento e a descarga. Alguns tipos têm uma tensão relativamente constante durante a descarga sobre grande parte da sua capacidade. As células alcalinas e de zinco-carbono não recarregáveis produzem 1,5V quando novas, mas esta tensão cai com o uso. A maioria das células NiMH AA e AAA são classificadas em 1,2 V, mas têm uma curva de descarga mais plana do que as alcalinas e geralmente podem ser usadas em equipamentos projetados para usar baterias alcalinas.
As notas técnicas dos fabricantes de baterias referem-se frequentemente à voltagem por célula (VPC) para as células individuais que compõem a bateria. Por exemplo, para carregar uma bateria de chumbo-ácido de 12 V (contendo 6 células de 2 V cada) a 2,3 VPC é necessária uma tensão de 13,8 V através dos terminais da bateria.
Danos por inversão de célulaEditar
Subjectar uma célula descarregada a uma corrente na direcção que tende a descarregá-la ainda mais até ao ponto em que a polaridade dos terminais positivos e negativos comuta a polaridade provoca uma condição chamada inversão de célula. Geralmente, empurrando a corrente através de uma célula descarregada desta forma causa reacções químicas indesejáveis e irreversíveis, resultando em danos permanentes à célula. A inversão de célula pode ocorrer em várias circunstâncias, sendo as duas mais comuns:
- Quando uma bateria ou célula está ligada a um circuito de carga de forma errada.
- Quando uma bateria feita de várias células ligadas em série está profundamente descarregada.
Neste último caso, o problema ocorre devido às diferentes células de uma bateria com capacidades ligeiramente diferentes. Quando uma célula atinge o nível de descarga antes do resto, as células restantes forçam a corrente através da célula descarregada.
Muitos dispositivos operados por baterias têm um corte de baixa tensão que impede a ocorrência de descargas profundas que podem causar a inversão da célula. Uma bateria inteligente tem um circuito de monitoramento de voltagem interno.
A reversão de células pode ocorrer para uma célula com carga fraca, mesmo antes de ser totalmente descarregada. Se a corrente de drenagem da bateria for suficientemente alta, a resistência interna da célula pode criar uma queda de tensão resistiva que é maior do que a queda de tensão frontal da célula. Isto resulta na inversão da polaridade da célula enquanto a corrente está fluindo. Quanto maior for a taxa de descarga necessária de uma bateria, melhor será a correspondência das células, tanto no tipo de célula quanto no estado de carga, a fim de reduzir as chances de reversão da célula.
Em algumas situações, como na correção de baterias de NiCd que tenham sido anteriormente sobrecarregadas, pode ser desejável descarregar totalmente uma bateria. Para evitar danos pelo efeito de inversão de célula, é necessário acessar cada célula separadamente: cada célula é descarregada individualmente conectando um clip de carga através dos terminais de cada célula, evitando assim a inversão de célula.
Danos durante o armazenamento no estado totalmente descarregadoEditar
Se uma bateria multi-células estiver totalmente descarregada, muitas vezes será danificada devido ao efeito de inversão de célula mencionado acima.É possível, no entanto, descarregar completamente uma bateria sem causar inversão de células – quer descarregando cada célula separadamente, quer permitindo que a fuga interna de cada célula dissipe a sua carga ao longo do tempo.
Even se uma célula for levada a um estado de descarga completa sem inversão, no entanto, podem ocorrer danos ao longo do tempo simplesmente devido a permanecer no estado descarregado. Um exemplo disto é a sulfatação que ocorre nas baterias de chumbo-ácido que são deixadas em uma prateleira por longos períodos. Por esta razão, é frequentemente recomendado carregar uma bateria que se destina a permanecer em armazenamento, e manter seu nível de carga recarregando-a periodicamente. Uma vez que os danos também podem ocorrer se a bateria estiver sobrecarregada, o nível ideal de carga durante o armazenamento é normalmente em torno de 30% a 70%.
Profundidade da descargaEditar
Depth of discharge (DOD) é normalmente indicada como uma percentagem da capacidade nominal ampere-hora; 0% DOD significa sem descarga. Como a capacidade utilizável de um sistema de bateria depende da taxa de descarga e da tensão permitida no final da descarga, a profundidade de descarga deve ser qualificada para mostrar a forma como ela deve ser medida. Devido a variações durante o fabrico e envelhecimento, o DOD para descarga completa pode mudar ao longo do tempo ou do número de ciclos de carga. Geralmente um sistema de bateria recarregável tolerará mais ciclos de carga/descarga se o DOD for menor em cada ciclo. As baterias de lítio podem descarregar até cerca de 80 a 90% da sua capacidade nominal. Baterias de chumbo-ácido podem descarregar a cerca de 50-60%. Enquanto as baterias de fluxo podem descarregar 100%.
Estabilidade da vida útil e do cicloEditar
Se as baterias forem usadas repetidamente mesmo sem maus tratos, elas perdem capacidade à medida que o número de ciclos de carga aumenta, até que sejam eventualmente consideradas como tendo atingido o fim da sua vida útil. Diferentes sistemas de baterias têm diferentes mecanismos de desgaste. Por exemplo, nas baterias de chumbo-ácido, nem todo o material ativo é restaurado às placas em cada ciclo de carga/descarga; eventualmente perde-se material suficiente para que a capacidade da bateria seja reduzida. Nos tipos de iões de lítio, especialmente em descargas profundas, pode formar-se algum lítio metálico reactivo ao carregar, que já não está disponível para participar no próximo ciclo de descarga. As baterias seladas podem perder humidade do seu electrólito líquido, especialmente se estiverem sobrecarregadas ou operadas a alta temperatura. Isto reduz a vida útil do ciclo.
Tempo de recargaEditar
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Tempo de recarga é um parâmetro importante para o utilizador de um produto alimentado por baterias recarregáveis. Mesmo que a fonte de alimentação de carga forneça energia suficiente para operar o aparelho, bem como para recarregar a bateria, o aparelho é ligado a uma fonte de alimentação externa durante o tempo de carregamento. Para veículos eléctricos utilizados industrialmente, o carregamento durante os turnos de descanso pode ser aceitável. Para veículos eléctricos de estrada, é necessário um carregamento rápido para carregar num tempo razoável.
Uma bateria recarregável não pode ser recarregada a uma taxa arbitrariamente elevada. A resistência interna da bateria irá produzir calor, e o aumento excessivo da temperatura irá danificar ou destruir uma bateria. Para alguns tipos, a taxa máxima de carga será limitada pela velocidade a que o material ativo pode se difundir através de um eletrólito líquido. Altas taxas de carga podem produzir excesso de gás em uma bateria, ou podem resultar em reações laterais prejudiciais que reduzem permanentemente a capacidade da bateria. Muito aproximadamente, e com muitas exceções e ressalvas, restaurar a capacidade total da bateria em uma hora ou menos é considerado carga rápida. Um sistema carregador de bateria incluirá estratégias mais complexas de circuito de controle e carregamento para carregamento rápido, do que um carregador projetado para recarga mais lenta.