As baterias de íon-lítio estão atraindo muito interesse como uma alternativa às baterias de chumbo-ácido para uso em sistemas UPS de data centers. Um dos aspectos mais atrativos da tecnologia é a expectativa de vida útil que é prevista. Elas não oferecem apenas uma pequena melhoria em relação às baterias de chumbo-ácido; sua maior vida útil pode potencialmente eliminar dois ciclos de reposição.
O problema é, logicamente, que não há atualmente baterias de íon-lítio que estejam operando em data centers nem por perto desse período. A tecnologia é muito nova nessa aplicação. Sem dados operacionais práticos como referência, como as operadoras de data centers podem ter confiança de que as baterias de íon-lítio terão efetivamente a expectativa de vida que é prevista para elas?
Esta é uma das perguntas mais comuns que ouvimos dos clientes que estão pensando em trocar para baterias de íon-lítio. Para endereçar essa preocupação, é necessário compreender um pouco sobre como as baterias de íon-lítio degradam em aplicações de data centers.
Degradação das Baterias de Íon-Lítio
As baterias de íon-lítio têm duas formas bastante independentes de degradação: a vida útil em ciclos e a vida útil em anos. Em aplicações de data centers, não é comum trabalhar com ciclos e a quantidade de anos é a principal orientação da vida útil.
A vida útil em anos descreve como a capacidade da bateria diminuirá ao longo do tempo. Como em outras tecnologias de baterias, a temperatura é um fator essencial na vida útil em anos. Uma bateria de íon-lítio operando a temperaturas mais altas se degradará mais rapidamente que a mesma bateria operando a temperaturas mais baixas.
Como as baterias de íon-lítio têm sido usadas em aplicações automotivas por mais de uma década, os fabricantes de baterias têm hoje um grande volume de dados sobre a vida útil em anos, tanto sob condições controladas em laboratório quanto em condições concretas. Esses dados mostram que as baterias de íon-lítio se degradam de forma previsível ao longo do tempo e não estão sujeitas a quedas repentinas abaixo de uma determinada capacidade. Os dados são também mais do que suficientes para permitir projeções bastante confiáveis sobre a vida útil das baterias de íon-lítio, particularmente em data centers onde a temperatura ambiente é muitíssimo mais controlada do que no contexto automotivo.
Portanto, mesmo que não possamos indicar aplicações de data centers onde as baterias de íon-lítio tenham estado em operação por doze ou trinta anos, podemos usar outras experiências para determinar expectativas realistas a respeito da vida útil das baterias com base na aplicação específica ou no sistema específico das baterias.
A Relação Entre Degradação e Autonomia
Outra pergunta comum que recebemos diz respeito ao impacto da degradação sobre a autonomia na medida em que a bateria envelhece. Em outras palavras, Uma bateria de lítio é suscetível a falhas surpresa mais tarde, como as baterias de chumbo-ácido?
Como mencionei anteriormente, as baterias de íon-lítio degradam de forma previsível e a taxa de degradação na verdade diminui conforme a bateria envelhece. Como resultado, não é provável que a autonomia seja impactada pela rápida diminuição da capacidade. Entretanto, as baterias de íon-lítio também passam por aumentos em sua resistência interna conforme envelhecem, da mesma forma que as baterias de chumbo-ácido. Se o calor gerado por aquela resistência gerar temperaturas que ultrapassem o limiar estabelecido pelo sistema de gerenciamento de baterias (BMS), o BMS limitará a autonomia para proteger a bateria contra o sobreaquecimento. Entretanto, as mudanças previstas na autonomia com baterias de íon-lítio conforme envelhecem são mais previsíveis e menos dramáticas do que ocorre com as baterias de chumbo-ácido.
Segurança das Baterias de Íon-Lítio
Parece que todo mundo já ouviu falar ou leu sobre baterias de íon-lítio pegando fogo em laptops ou outros dispositivos e, frequentemente, recebemos perguntas sobre a segurança das baterias de íon-lítio.
Baterias de íon-lítio têm algumas condições sabidas que podem levá-las a inflamar ou liberar gases e a pressão interna ficar muito alta. Conhecer essas condições de risco e controlá-las é o objetivo principal do sistema de gerenciamento de baterias (BMS) integrado ao sistema de baterias de íon-lítio. O monitoramento contínuo da confiabilidade é extremamente valioso, mas é uma função secundária do BMS.
As condições de abuso que têm mais risco são em geral a sobrecarga, o sobreaquecimento e os curtos-circuitos das células das baterias. O BMS implementa controles que mantêm a bateria dentro de seus limites de segurança operacional, baseados na medição contínua das tensões nas células, das temperaturas do sistema, da corrente das baterias e outros parâmetros. A certificação UL ou CE dos sistemas de baterias verifica a funcionalidade e a eficácia do BMS. Como um exemplo da capacidade do BMS ao desempenhar essa função, os fabricantes normalmente precisam desconectar o BMS quando realizando testes de risco de fogo pois eles não conseguem iniciar um fogo dentro da bateria quando o BMS está operacional.
Tratamos dessas questões em mais detalhes, assim como de outras perguntas comuns, em nosso white paper Principais Considerações para Avaliar Baterias de Íon-Lítio para Aplicações Estacionárias e no documento Perguntas Frequentes sobre o Uso de Baterias de Íon-Lítio em Aplicações de UPS.
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