O desafio da aceitação de carga em baterias chumbo-ácido

Uma característica importante nas baterias modernas

O sistema de freios de um veículo é mais potente do que o sistema de propulsão, isso porque não adianta de nada acelerar e não poder parar, assim é a aceitação de carga em baterias, de nada adianta uma bateria que possui uma capacidade alta, entrega uma alta taxa de corrente, porém, demora demasiadamente para se recarregar.

As baterias modernas, devido a sua aplicação em condições severas, como sistemas de Start-Stop necessitam absorver energia de forma rápida e eficiente, pois o tempo de recarga é curto e para poder desligar o motor, o sistema de gerenciamento precisa garantir que a bateria vai ter energia suficiente para religar quando solicitado.

A aceitação de carga, é a medida da capacidade de uma bateria de absorver energia em um determinado período, onde o nível de tensão, corrente, temperatura, estado de carga e estado de saúde influenciam.

O desafio da recarga está em manter a tensão e corrente em níveis apropriados, de forma que a eficiência de conversão se mantenha alta e as reações de gaseificação parasitas sejam reduzidas ao mínimo. Controlar a gaseificação ajuda a minimizar o desprendimento de material ativo na superfície das placas, principalmente da placa positiva, o que leva a perda de capacidade e em casos de acúmulo de material no fundo das células, curto-circuito. Outro ponto importante em controlar a gaseificação é para minimizar a perda de água, o que aumenta a densidade do eletrólito e reduz a vida útil da bateria.

A aceitação de carga, sob condições ideais de tensão e corrente se mantém quase que constante para todo estado de carga, exceto quando está totalmente descarregada e com estado de carga superior a aproximadamente 75%, conforme a figura abaixo:

Em aplicações onde deseja-se que a bateria absorva uma grande quantidade de energia em um curto período, deve-se trabalhar com o seu estado de carga em torno de 75%, entretanto deve-se também evitar descargas profundas (> 50%), pois estas tendem a degradar mais as baterias e diminuir sua vida útil, conforme figura abaixo:

Diversos estudos estão sendo realizados para melhorar a aceitação de carga em baterias chumbo ácido, onde a utilização de algumas formas de carbono nas placas negativas mostrou-se eficiente, pois o carbono pode acomodar a eletrodeposição do chumbo, enquanto mantém um obstáculo cinético saudável para evolução do hidrogênio, para isso a quantidade de carbono utilizada deve ser de até 2% do peso total do material ativo negativo.

A utilização do carbono nas placas negativas pode aumentar as taxas de aceitação de carga, entretanto aumenta também a taxa de eletrólise da água, o que pode reduzir a vida útil das baterias, portanto para sua utilização a tensão de recarga assim como o tempo devem ser controlados.

Autor: Bruno Santos

Fontes: Manual técnico baterias Freedom https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/charge-acceptance https://www.stryten.com/understanding-dynamic-charge-acceptance/