Principal conclusão:
- A tensão é fundamental no design de baterias personalizadas, impactando a produção de energia e a compatibilidade do dispositivo. Entenda as tensões nominais, carregadas e descarregadas e considere a química da bateria, os requisitos de aplicação e as regulamentações de envio.
Projetando um bateria personalizada é como montar um quebra-cabeça complexo. Você precisa pensar nas especificações de energia, corrente, capacidade, requisitos de tamanho, configuração da célula e número de células. Mas há uma peça crucial que muitas vezes é esquecida: a voltagem. Então, vamos mergulhar no mundo eletrizante da voltagem da bateria e entender sua importância.
O que é tensão e por que isso é importante?
A voltagem é como a pressão da água na mangueira de jardim. Ele empurra a eletricidade através de seus dispositivos. Quanto maior a voltagem, mais energia seus dispositivos podem usar.
Produtos de baixa tensão versus produtos de alta tensão
Os dispositivos têm necessidades de energia diferentes. Um produto de baixa tensão não precisa de muita energia para funcionar, então a bateria só precisa emitir uma pequena quantidade de corrente. Ao contrário, produtos de alta potência precisam de muita energia para funcionar, por isso precisam de uma bateria que possa emitir muita corrente.
Decifrando a tensão da bateria
Para entender a voltagem de uma bateria, precisamos observar três coisas:
1. A tensão nominal
2. A tensão quando totalmente carregada
3. A tensão quando totalmente descarregada
Vamos decodificar esses termos.
Tensão Nominal
Esta é a saída de tensão que uma célula emite quando carregada. É como a velocidade média de um carro em uma longa viagem.
Tensão totalmente carregada
Esta é a tensão mais alta que uma bateria pode atingir quando totalmente carregada. É como a velocidade máxima que seu carro pode atingir em uma estrada reta.
Tensão Totalmente Descarregada
Este é o nível de tensão mais baixo que uma bateria pode atingir antes de ser considerada “vazio”. É como a velocidade mais lenta que seu carro pode atingir antes de parar de se mover.
Tensão por Química da Bateria
Assim como carros diferentes têm velocidades diferentes, baterias diferentes têm voltagens diferentes. Aqui estão as tensões nominais para alguns produtos químicos de bateria comuns:
1. NiCad: 1,2 volts
2. NiMH: 1,4 volts
3. Íon de lítio: 3,6 volts
4. Chumbo-ácido: 2 volts
Lembre-se, estes são apenas os “velocidades médias” – a saída real pode variar.
As baterias NiMH têm tensão nominal de 1,2 V, mas podem fornecer até 1,4 V quando totalmente carregadas. As baterias NiCad e NiMH têm uma tensão totalmente carregada de 1,4V. As baterias de chumbo-ácido têm uma voltagem totalmente carregada de 2,1 V, enquanto as baterias de íon de lítio têm uma voltagem totalmente carregada de 4,2 V.
As baterias NiCad e NiMH podem descarregar totalmente até 1,0 V, enquanto as baterias de chumbo-ácido descarregam até 1,75 V. As baterias de íon de lítio não devem ser totalmente descarregadas, pois isso pode danificá-las. Um recurso de corte de segurança garante que as baterias de íon de lítio nunca fiquem abaixo de 2,8 V a 3,0 V.
Determinando a tensão para uma aplicação
Determinar a tensão para uma aplicação é como equilibrar uma gangorra. A resistência da aplicação é como o peso em uma extremidade da gangorra, e a corrente é como o peso na outra extremidade. A equação é simples:
Tensão (V) = Corrente (I) x Resistência (R)
A utilização de um medidor de corrente e uma fonte de energia modificável pode ajudar na determinação do consumo atual do sistema. Este arranjo pode ser usado para determinar a tensão máxima e mínima necessária para o seu sistema. É crucial registrar as leituras atuais. Seu objetivo deve ser encontrar um valor que fique entre essas duas medidas, que representará o ponto de consumo mínimo de energia.
Compreender o espectro de tensão desta forma é crucial para produtos e aplicações que podem depender de fontes de alimentação flutuantes. Por outro lado, alguns produtos e aplicações apresentarão um consumo de energia constante.
Faixas de tensão
Cada produto tem uma faixa de tensão específica que pode suportar antes de começar a funcionar mal. É como a faixa de velocidade aceitável de um carro. Se você for muito devagar, o motor poderá morrer. Se você for muito rápido, pode superaquecer.
Capacidade e tensão celular
Outro fator importante é a capacidade celular. Isso determina quanto tempo seu produto pode funcionar antes de recarregar a bateria. Considere o tamanho do tanque de gasolina do seu carro. Uma maior capacidade de célula significa que seu produto pode funcionar por um longo período de tempo com uma única carga. Uma capacidade de célula menor significa que você precisará recarregar seu produto com mais frequência.
Limitações de envio com base na tensão
O transporte de dispositivos de alta tensão, especialmente aqueles com baterias à base de lítio, requer cuidados especiais devido à sua potencial instabilidade. É como transportar produtos químicos voláteis – você precisa seguir regulamentos de segurança rígidos, como E 38,3.
De acordo com as diretrizes estabelecidas pelo IATA, as baterias à base de lítio podem ser transportadas de forma independente ou dentro do equipamento. Se transportado de forma independente, o seu estado de carga (SoC) não deve exceder 30%.
Além disso, a quantidade de células ou baterias que podem ser transportadas simultaneamente é determinada pela quantidade de lítio metálico contido na bateria e se estão sendo transportadas dentro de um dispositivo, de forma independente ou junto com o equipamento. Algumas embalagens podem necessitar de marcações específicas para indicar a presença de uma bateria de lítio dentro do recipiente.
Tensão da bateria para projetos de produtos
Para personalizar uma bateria para o seu produto, você precisará considerar vários fatores, incluindo voltagem, química, disposição das células e tamanho da bateria. O objetivo é criar uma bateria que forneça a quantidade certa de energia e, ao mesmo tempo, atenda às restrições de design do produto.
Por exemplo, um pacote de 10 células de bateria NiMH pode fornecer 14 volts de energia enquanto mantém os custos baixos. No entanto, à medida que mais células são adicionadas, a embalagem ficará mais volumosa e pesada. Uma solução mais leve poderia ser usar baterias à base de lítio com menos células. Aliás, essas baterias devem passar por processos e restrições adicionais de certificação de transporte, o que pode aumentar os custos.
Conclusão
Parceria com um fabricante qualificado de baterias personalizadas no início do processo de projeto pode ser uma grande ajuda para descobrir a tensão necessária. Na Holo Battery, podemos ajudá-lo a determinar o design do gabinete da bateria para garantir que haja espaço suficiente para a bateria. Com esses designs, você pode testar a funcionalidade do seu produto e fazer as modificações necessárias.
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