O que é uma bateria EFB? Significado da bateria EFB
Num esforço para reduzir as emissões de CO2 dos veículos que têm um motor de combustão interna (ICE), os fabricantes estão a fazer cada vez mais uso do que agora se chama tecnologia start-stop. Em termos muito simples, esta é uma tecnologia incorporada no sistema de gestão de um motor que desligará automaticamente o motor quando este estiver parado. O motor arranca novamente quando o acelerador é pressionado e o condutor deseja avançar. A idéia básica é reduzir o tempo que o motor queima combustível desnecessariamente, por exemplo, quando parado em semáforos ou cruzamentos durante uma viagem.
Isto é mais eficaz quando a viagem é frequentemente interrompida como numa cidade ou vila onde há pausas frequentes no caminho para um destino. Infelizmente, uma consequência imprevista disto foi o efeito na bateria do SLI (arranque, iluminação, ignição) do veículo. Com efeito, nos primeiros anos de produção destes automóveis, houve reclamações de garantia sem precedentes, com baterias SLI novinhas em folha a falhar dentro de poucos meses de serviço.
Houve várias causas de falha: excesso de descarga, sulfatação e questões relacionadas com a PSoC, como a perda de capacidade prematura (PCL). O problema básico era que as baterias não conseguiam recarregar suficientemente do alternador no tempo disponível quando o carro estava sendo conduzido entre períodos estacionários. De forma muito simples, quando o carro pára o motor e, portanto, a carga da bateria do alternador pára.
No entanto, a carga na bateria continua a partir de vários dispositivos que ainda estão em funcionamento, por exemplo, rádio, gestão do motor, luzes, ar condicionado e até mesmo aquecimento do pára-brisas. Durante estes períodos de paragem, é extraída mais energia da bateria para alimentar estes dispositivos do que é substituída pelo alternador quando o motor está em funcionamento. Sob estas condições, a bateria será gradualmente drenada e passará a maior parte da sua vida em estado de baixa carga com electrólito SG baixo.
Carregador de bateria EFB
O programa de ensaio começa com um período de repouso de 10s seguido de um carregamento do alternador para simular a condução. O período de carga é calculado com base na capacidade da bateria (Fig. 2). No final do período de condução, o carro pára e uma corrente de 50 amperes é puxada. Isto é descrito como a carga hospitalar ou a carga elétrica essencial, como aquecimento, ac, luzes, rádio, etc. Estes são os dispositivos típicos que podem estar em funcionamento enquanto o carro estiver parado.
Este foi um grande problema para a bateria e para a indústria automóvel e em 2015 foi acrescentado um novo teste padrão à Norma Europeia 50342 -6. que era um teste de resistência micro-híbrido para baterias de arranque. O princípio básico do teste é mostrado esquematicamente na Fig. 1. Aqui pode ser visto que os períodos em que a bateria está sendo descarregada e carregada é uma simulação de um carro em uma viagem em uma área congestionada ou construída, como uma cidade ou vila.
O próximo período é uma descarga de alguns segundos a 300 amperes que simula a carga de corrente de arranque do motor na bateria EFB. Todo este ciclo é repetido continuamente. Sem entrar no procedimento de teste absoluto, pode ser visto que este teste foi concebido para simular a condução urbana. O número mínimo destes ciclos que uma bateria deve ser capaz de realizar é de 8.000. Fig. 3 é um extrato da norma provisória pr50342-6, que agora foi substituída pela versão aprovada.
Fig. 3 é um extrato da norma provisória pr50342-6, que agora foi substituída pela versão aprovada.
Qual é a diferença entre a bateria EFB e uma bateria inundada?
A função principal do teste é realçar o efeito nas baterias SLI de uma redução progressiva do estado de carga (SoC) de uma bateria devido a descargas frequentes quando o veículo parou e recarregamento inadequado durante o tempo de condução entre paragens. Em geral, a redução da bateria tem consequências catastróficas e a falha pode ocorrer dentro de meses devido à sulfatação da placa, efeitos PSoC como degradação do material ativo e estratificação do eletrólito resultando em corrosão da grade e desprendimento de pasta.
É preciso salientar que se trata de uma simulação. No entanto, destaca a necessidade de ter uma bateria EFB que possa absorver a energia num curto espaço de tempo para substituir a energia removida. Claramente, em termos absolutos, a capacidade de repor a energia utilizada por uma bateria EFB num veículo start-stop depende de factores externos. Alguns exemplos são: que país você mora, se você dirige em uma cidade ou campo, se está em pleno inverno em Moscou com calor e luz em uso, ou a França na primavera sem luz, calor ou A/C está em operação.
A questão fundamental é: com um veículo com bateria EFB start-stop, como é que se pode carregar suficientemente a bateria EFB durante o tempo disponível para, pelo menos, substituir a energia retirada?
Sabemos que o alternador do carro e o sistema de gestão do motor são fixos no seu funcionamento, o que deixa apenas a bateria EFB a ser modificada. Então, que propriedades da bateria EFB precisam ser ajustadas para melhorar a absorção da corrente e evitar as consequências prejudiciais da baixa SG, PSoC, estratificação e PCL, listadas anteriormente? Neste ponto, podemos listar as características da bateria que afetam sua absorção atual e sua propensão a sofrer os efeitos listados.
Estes são:
- Resistência interna
- Capacidade da bateria
- Material ativo
- Mobilidade electrólita
- Composição da liga da rede
A fim de melhorar o desempenho da bateria, podemos examinar cada um dos itens acima a fim de fazer melhorias adequadas.
Em primeiro lugar, a resistência interna: quanto maior for esta, menor será a corrente puxada a uma recarga de tensão fixa a partir do alternador I = V/R. Quanto mais baixa a corrente, mais baixa a ampere-hora volta para a bateria EFB durante os períodos em que o motor do carro está em funcionamento. Nas primeiras paragens dos automóveis, a bateria da EFB estava certamente sub-carregada na maioria das viagens curtas. Isso logo levou à falha antecipada da bateria com altas taxas de retorno de garantia. A resistência interna é uma função da concepção da bateria, dos materiais utilizados e dos processos de produção utilizados no seu fabrico.
Os aspectos de design incluem o da grelha, que se for correctamente moldada, pode minimizar o caminho de recolha da corrente. A área total da superfície das placas é outra característica importante: quanto maior a área, menor a resistência da bateria. Geralmente, mais e mais finas placas irão maximizar a área condutora. A área da secção transversal e a qualidade de todas as juntas metálicas, ou seja, as soldaduras intercelulares, as juntas das alças e as fusões de descolagem/terminal, contribuirão para a resistência interna total da bateria EFB. As áreas transversais das áreas fundidas e soldadas devem ser maximizadas para proporcionar a mais baixa resistividade metálica dos componentes.
Vida útil da bateria EFB. Como melhorar as propriedades da bateria EFB?
- Alguns aspectos da fabricação de baterias de chumbo ácido, tais como as etapas de mistura e cura da pasta, requerem controles rigorosos do processo. O controle de temperatura é de importância crítica na produção da estrutura cristalina ideal no material ativo pré-formado (AM). Temperaturas de processamento mais altas promovem o sulfato tetrabásico de maior tamanho, cuja menor área de superfície reduz as propriedades de aceitação de carga do AM e, portanto, a eficácia da bateria EFB na operação start-stop.
- A capacidade da bateria EFB é outro factor importante na determinação da taxa de absorção da corrente. Quanto maior a capacidade, maior é a corrente puxada em qualquer estado particular de carga. A capacidade está relacionada com a área do material ativo nas placas (mencionada acima). Aumentar a capacidade dá uma IV mais baixa com uma maior absorção de corrente do que uma bateria de menor capacidade ao carregar a uma tensão fixa.
Mais uma vez, isto significa que é devolvida mais capacidade à bateria EFB quando o motor está em funcionamento. Também dá a vantagem de não descarregar demasiado profundamente durante uma operação cíclica e assim manter um estado de carga mais elevado (SOC) durante a sua vida útil. A vantagem de um SOC mais elevado é que a bateria tem menos probabilidades de sofrer de estratificação electrolítica e os danos de corrosão subsequentes que isso causaria.
- A eficiência do material ativo é outro fator que está relacionado à falha da bateria. Melhorias na aceitação de carga podem ser feitas por aditivos, principalmente carbono em diversas formas, no material ativo negativo (NAM). Há muita especulação sobre o papel do carbono, e muitas empresas aditivas têm o seu próprio produto proprietário. Estes variam de nanotubos de carbono a grafite escamosa, e todos têm a propriedade de melhorar a eficiência do material ativo na aceitação de uma carga.
Mais uma vez, este é um ganho positivo para as baterias usadas para aplicações start-stop. A EFB inundou as baterias e, cada vez mais, as baterias AGM estão a aumentar o conteúdo de carbono do seu NAM. O uso de uma bateria de maior capacidade inundada ajudaria a evitar a estratificação, reduzindo a profundidade de descarga durante o funcionamento normal. Isto, por sua vez, significa que a bateria EFB tem menos probabilidade de sofrer a separação prejudicial de ácido SG denso e baixo durante o ciclo de carga-descarga.
- A mobilidade do electrólito refere-se à capacidade do electrólito de se mover na bateria EFB . Os designs inundados têm a máxima mobilidade, enquanto as variantes AGM e GEL de baterias chumbo-ácidas têm pouca ou nenhuma mobilidade. Nesses casos, diz-se que o eletrólito está imobilizado. Colocando de lado os benefícios da recombinação de gás e, portanto, a perda insignificante de água inerente a estes projetos, eles conferem o benefício de minimizar ou prevenir a estratificação do eletrólito devido ao ciclo de descarga profunda.
- Os materiais, particularmente a liga de chumbo utilizada para fabricar a grelha, têm um impacto significativo na resistência interna (IV) da bateria EFB . O uso de chumbo-cálcio em vez de chumbo-antimônia dará uma resistividade menor, principalmente porque a quantidade de elementos de liga secundários é muito menor. Deve-se ter muito cuidado ao escolher uma liga adequada, pois os métodos de fundição e os controles de processamento precisam ser adaptados a combinações de ligas específicas.
O processamento incorreto da grade pode resultar na remoção de alguns dos ingredientes da liga da grade, seja por precipitação ou por oxidação no estado fundido. Estas perdas podem ter um sério impacto na resistência à corrosão e à fluência da rede, o que pode levar a um grave crescimento da rede e a uma corrosão penetrante que contribui para a falha precoce da bateria EFB.
Até agora, tem havido muitos requisitos listados para produzir a bateria EFB ideal para o uso start-stop. Inicialmente, a resposta dos fabricantes de automóveis foi utilizar um design AGM da bateria EFB que geralmente tem um IR mais baixo devido à sua liga de grade e ligeiro superdimensionamento para evitar a descarga excessiva. Também se pensou em reduzir a incidência da estratificação por causa da imobilidade do eletrólito. No entanto, a redução de custos também foi um fator importante para os OEMs na busca de uma bateria adequada para esta aplicação. A solução mais favorecida e talvez a mais eficaz actualmente disponível na Enhanced Flooded Battery (bateria EFB).
Então o que é uma EFB?
O blog até agora descreveu os problemas de um ambiente micro-híbrido para uma bateria de chumbo-ácido SLI. As causas de falha estão quase sempre ligadas à incapacidade da bateria EFB de absorver a carga com a rapidez suficiente para substituir a energia removida quando um motor de automóvel está parado. Esta é também a causa da estratificação electrolítica que desempenha um papel significativo na redução da vida útil da bateria SLI nos veículos start-stop. A solução EFB fornece a maioria das características que uma bateria EFB precisa para melhorar significativamente a aceitação da carga. A aceitação da carga de uma bateria SLI EFB em funcionamento é frequentemente referida como a Dynamic Charge Acceptance ou DCA.
Um breve resumo das características da EFB:
- Baixa resistência interna através de um melhor desenho da grelha e uso de ligas de baixa resistência (Pb/Sn/Ca ternário).
- Menor resistência interna através do aumento da área da placa (placas mais finas).
- Maior capacidade (bateria EFB maior ) para aumentar a magnitude da corrente puxada na recarga de tensão fixa e limitar a profundidade da descarga para evitar a estratificação do eletrólito e aumentar a vida útil do ciclo.
- Material activo melhorado (geralmente aditivos à base de carbono) para melhorar a aceitação da carga da bateria.
Estas medidas resultam numa bateria EFB inundada que tem uma capacidade superior (geralmente maior) do que as baterias normais, tem grelhas de liga de chumbo avançadas, uma área de placa mais elevada e material activo enriquecido com carbono. Este é, actualmente, o design preferido para baterias SLI em veículos start-stop. É favorecida principalmente porque é mais barata do que uma versão AGM. As versões AGM também tendem a ter uma capacidade cerca de 15% menor do que uma versão inundada de tamanho semelhante. Isto significa um DoD superior em operação que resulta em uma vida de ciclo mais baixa. Surpreendentemente, os designs AGM também podem sofrer de estratificação eletrolítica se o DoD no ciclismo estiver em torno de 80%.
É de importância crítica compreender que tipo de bateria comprar se (e definitivamente quando), a bateria falhar no seu veículo start-stop. Se você precisar de ajuda com isso, sinta-se à vontade para contatar a Microtex que tem a experiência e o conhecimento para guiá-lo em sua compra de bateria. Na verdade, se você tem algum problema de bateria com o qual precisa de ajuda ou orientação, Microtex, na maioria das vezes, será o seu one-stop-shop para conselhos e produtos de bateria.
