Como é montado um conjunto de baterias de lítio: níquel, soldagem por pontos, isolamento
Uma bateria de lítio é um conjunto de dezenas ou centenas de células idênticas, conectadas por tiras metálicas soldadas por pontos, isoladas umas das outras, monitoradas por um BMS (Battery Management System) e protegidas por uma caixa. Cada etapa é crucial: uma conexão subdimensionada pode superaquecer, um isolamento defeituoso pode causar um curto-circuito, e uma célula mal mantida pode eventualmente falhar devido às vibrações. Este guia descreve como uma bateria é construída, para que você possa identificar uma bateria bem feita. Este não é um manual de instruções: a montagem de células de lítio é um trabalho que requer profissionais qualificados e equipamentos adequados.
O essencial
- As células de um conjunto de baterias devem ser idênticas, da mesma referência e devidamente pareadas.
- Elas são conectadas por tiras de níquel, que por vezes são reforçadas com cobre, e são soldadas por pontos, em vez de serem soldadas com ferro.
- O isolamento entre as células, os grupos e a caixa é tão importante quanto as conexões.
- O sistema de gerenciamento de bateria (BMS) está conectado a cada conjunto de células e a sensores de temperatura.
- A resistência contra vibrações, a estrutura robusta e os controles precisos fazem toda a diferença na durabilidade.
1. Selecionar e emparelhar as células
Tudo começa com células de marca, da mesma referência e, idealmente, do mesmo lote. Antes da montagem, verificamos sua tensão e, de acordo com os métodos da oficina, sua resistência interna ou sua capacidade, para formar grupos homogêneos. Uma célula que se desvie das outras trabalharia mais, envelheceria mais rapidamente e limitaria toda a bateria. A escolha das células é detalhada em nosso comparativo Molicel P45B, Samsung 50S, P42A ou 40T.
2. A disposição e os suportes
As células são colocadas em suportes de plástico que as mantêm a uma distância regular. Essa distância evita que as embalagens se esfreguem umas nas outras e deixa um pequeno espaço de ar entre elas. A disposição segue o esquema série-paralelo: por exemplo, 20 grupos em série de 10 células em paralelo para uma bateria 20S10P. Em uma scooter, a forma do deck muitas vezes impõe uma disposição personalizada, em uma ou várias camadas.
3. As conexões: níquel e cobre
As células são conectadas por meio de tiras metálicas. O níquel puro é o material de referência: ele solda bem e é resistente à corrosão. O aço niquelado, mais barato, conduz eletricidade significativamente pior e aquece mais: não é adequado para uma bateria de alta potência.
A seção das fitas é calculada com base na corrente. Para correntes muito altas, dobra-se o níquel em uma faixa de cobre, que é um condutor muito melhor, sendo o níquel usado como interface de soldagem com a célula. Uma conexão muito fina aquece a cada aceleração, o que envelhece as células vizinhas. Os princípios de dimensionamento são semelhantes aos do nosso guia sobre cabos e conectores de potência.
4. A soldagem por pontos
As tiras são fixadas nas células por meio de solda por pontos, também conhecida como soldagem por resistência. Duas eletrodos pressionam a tira e enviam um pulso de corrente muito curto e muito intenso. O metal derrete localmente no ponto de contato, criando uma ligação sólida em uma fração de segundo.
Por que não usar um ferro de solda? Porque uma solda tradicional aquece a célula por vários segundos: o calor pode danificar a conexão, o separador interno ou a química da célula. A soldagem por pontos fornece uma energia significativa, mas muito localizada e breve. A qualidade da solda depende do ajuste da máquina, da pressão dos eletrodos e do estado das superfícies: uma solda muito fraca pode se soltar sob as vibrações, enquanto uma solda muito forte pode perfurar o fundo da célula.
5. O isolamento
Em uma célula cilíndrica, o polo positivo é um pequeno botão no centro, e todo o restante da carcaça metálica está conectado ao polo negativo. Uma faixa de níquel que desliza ou uma vibração que desgasta a carcaça pode, portanto, causar um curto-circuito direto. Colocamos arruelas isolantes nos polos positivos, papel isolante entre os grupos de tensões diferentes e nas bordas expostas, e verificamos que a carcaça plástica de cada célula está intacta.
O isolamento entre a bateria e a caixa, que frequentemente é de metal em um patinete, é igualmente importante. É uma das primeiras coisas que se verifica ao abrir uma bateria de baixa qualidade.
6. O sistema de gerenciamento de bateria (BMS) e a fiação
O BMS (Battery Management System) é conectado a cada grupo de células por um fio de medição, chamado fio de balanceamento. Esses fios devem ser soldados no local correto, na ordem correta, e protegidos contra arrancamentos. Sensores de temperatura são colocados entre as células. Os cabos de alimentação de saída são soldados nas extremidades com uma seção adequada e, em seguida, protegidos por uma capa. O papel do BMS é explicado em nosso guia sobre BMS e balanceamento.
7. Suporte, proteção e caixa
Uma bateria de scooter elétrica está sujeita a vibrações constantes e impactos. Portanto, o conjunto é mantido por espumas ou calços, protegido por uma capa termorretrátil ou uma embalagem, e depois instalado no deck ou em um compartimento dedicado. Dependendo da máquina, utilizamos um compartimento de alumínio, como na nossa bateria Performance 80V para Nami Burn-E, uma caixa impressa em 3D, ou uma embalagem sob medida, projetada para a máquina.
As verificações finais
- a tensão de cada grupo de células, que deve ser uniforme;
- Verificação do BMS: leitura de todos os grupos, verificação de proteções ativas
- Teste de carga e descarga, verificação do aquecimento das conexões;
- Verificação do isolamento entre a bateria e a caixa.
| Sinal de uma bateria de boa qualidade | Sinal de alerta |
|---|---|
| Células de bateria de marcas reconhecíveis | Células sem marcação ou com identificação alterada |
| Níquel puro, cobre para correntes elevadas | Tiras finas de aço niquelado |
| Soldas consistentes, com vários pontos de contato | Soldagem por ponto nas células |
| Arruelas e papel isolante em todos os lugares | Perfeito para o contato direto com os pneus |
| Cabos de equalização conectados e fixados, BMS (Battery Management System) instalado | Cabos soltos, BMS com problemas de funcionamento |
Dica para a oficina.
Não abra uma bateria para "ver" ou para tentar consertá-la você mesmo: uma ferramenta que deslize entre dois conjuntos de células é suficiente para causar um curto-circuito de alta intensidade. Todas as nossas baterias para scooters elétricos são montadas em nossa oficina na França, exclusivamente com células de marcas reconhecidas. O risco de uma montagem mal feita é detalhado em nosso guia sobre incêndios de baterias de lítio.
Perguntas frequentes
Uma bateria soldada por pontos pode ser reparada?
Sim, é possível, e idealmente deve ser feito por um profissional: é possível substituir um conjunto de células ou uma conexão, removendo as soldas antigas. No entanto, a intervenção em um conjunto de baterias carregado exige cuidado e equipamentos adequados.
Por que não utilizar células recuperadas?
O histórico dessas células é desconhecido: a capacidade, a resistência interna e o estado real variam de uma célula para outra. Um conjunto de células diferentes tende a desequilibrar-se e envelhecer rapidamente.
O níquel é suficiente para uma bateria de alta potência?
Para correntes muito elevadas, o níquel sozinho poderia superaquecer ou exigir seções de material muito grandes. Por isso, ele é combinado com o cobre, que transporta a maior parte da corrente.
É necessário ventilar a bateria de uma scooter elétrica?
Uma bateria localizada em um compartimento fechado é resfriada principalmente por condução, transferindo o calor para o chassi. A maneira mais eficaz de evitar o superaquecimento é dimensionar a bateria para que ela gere pouco calor: isso envolve o uso de células adequadas para a corrente e a utilização de conexões robustas.