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Baterias Lion (LIB)Ronaldo Juliano

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O que é Bateria?

Modelos de Bateria

Bateria de Lítio-Ion (LIB)

Componentes e Características de

uma LIB (LMO)

Porque utilizer LIB em Sistema UPS

Comparativo LIB x VRLA

Conclusão

Porque utilizar LIB em sistema UPS


Bateria é um conjunto de elementos/células eletroquímicas com a finalidade de armazenar energia.

Cada elemento/célula contém um terminal positivo (catodo) e um terminal negativo (anodo)

As baterias podem ser compostas de diversos materiais, tamanhos e potência

Então Bateria é tudo igual??!!

O que é Bateria?


Para aplicações na indústria (Telecom, Ferrovias, Energia, UPS) é comum a utilização de

acumuladores de energia e dentre os mais utilizados podemos destacar as baterias. Dentre estas

há uma larga utilização de:

Bateria Níquel-Cádmio (Alcalina – Ni-Cd)

Composta pelos elementos Níquel (Ni) e Cádmio (Cd) com eletrólito de Hidróxido de Potássio

Bateria Chumbo-Ácida (Pb – H2SO4)

Composta por grades de chumbo e/ou ligas de Chumbo – Chumbo-Antimônio, Cálcio, Puro – e

placas positivas de Peróxido de Chumbo e Placas Negativas de Chumbo Puro, imersas em solução

de Ácido Súlfurico

Existem ainda subcategorias para ambas com distintas aplicações e funcionalidades: Bateria

Ventilada (Aberta) e Bateria Regulada por Válvula (VRLA para chumbo-ácida)

Mas...até quando serão utilizadas??!!...não há tecnologia mais atual, com melhor eficiência??!!

Modelos de Bateria

Lítio-Ion é o nome dado devido aos

materiais ativos desta bateria

Existem vários modelos de LIB,

derivados dos materias e

combinações (blend) entre eles, o

que varia do resultado que se

quer obter com foco na aplicação

final

O foco desta apresentação será

para o modelo LMO (Óxido de

Manganês com Íon de Lítio),

devido ser o modelo aplicado para

soluções de Sistema UPS

Bateria de Lítio-Ion LIB


Componentes:

Composta pelos elementos Óxido de

Manganês com Íon de Lítio (catodo) e

Grafite – Carbono (Anodo)

Características:

- Baixa resistência interna

- Alta estabilidade para aumento de

temperatura

- Baixo nível de auto descarga

- Alta densidade energética (propicia

maiores correntes em um tempo

pequeno de aplicação)

Componentes e Características

de uma LIB (LMO)


NCMLMO /

NCMLMO LFP

Structure LayerLayer/Spi

nelSpinel Olivine

Capacity

(mAh/g)160 130 110 130

Discharge

Voltage (V)3.7 3.8 3.9 3.2

Theoretical

Energy

Density

(Wh/kg)

590 490 430 425

Lifecycle Good Good Good Good

Heat

ReliabilityNormal Good

Very

Good

Very

Good

Price Medium Medium Low Medium

Porque utilizar LIB em Sistema

UPS


• Melhor curva de aproveitamento para aplicações de UPS (5 – 30 min)

• Tecnologia já comprovada

• Possibilita iniciativas para sistemas de armazenamento de energia com monitoramento

• Forte redução do custo nos últimosanos com aumento da demanda

• Muitos benefícios para tomar vantageme reduzir o TCO (Custo Total de Propriedade)

Usuários de Sistemas UPS (Datacenter,

Indústria) estão em constante busca

de mehoria em sua competividade no

mercado que atuam e se tratando do

sistema UPS a Bateria pode ser o

principal elemento em se conseguir

isso...

Características:

• maior eficiência no sistema, com

menor demanda ao sistema de

refrigeração

• Payback típico de até 4 anos com

substituição da bateria existentes

Porque utilizar LIB em

Sistema UPS


Melhora no ciclo de vida da bateria

reduzindo custos de manutenção

Melhora na previsibilidade e

gerenciamento da bateria

Redução de footprint

Redução de peso para o Sistema

UPS

Reducão nas implicações com

Sistema de Ar Condicionado

Reducão no TCO (Custo

Total de Propriedade)

Vantagens:

- Suporta até 5 vezes mais ciclos

- Vida típica de 2 a 3 vezes maior

- Maior densidade energética

- Em média utiliza 50% menos espaço (layout

simplificado) e 60% mais leve

- Recarga até 4 vezes mais rápida

- Menor auto descarga

- Sistema BMS integrado

- Menor impacto ambiental (não possui

Mercúrio, Chumbo,Cádmio e não produz

Hidrogênio durante processo de recarga)

- Menor custo com manutenção e substituição

dos bancos de bateria

- TCO muito superior para período de 10

anos



Exemplo de Comparativo:



Exemplo: « solicitado 2min » 600kW

VRLA

(5 min)

Flywheel

(20s) (2min)Ultracaps

(20s) (2min)

Li-ion

(7 min)

Pontos de atenção:

- * Devido a maior densidade enérgitica e menor

resistência interna, possui maior sensibilidade

a sobrecarga e superaquecimento

- ** Custo inicial de investimento alto (Capex)

- *** Processo de reciclagem ainda não está

muito difundido

- ____________ = __________ = ________

- * Possui BMS integrado o qula possibilita

desligamento do banco evitando danos

- ** Devido ao uso massivo nos celulares e

processo de fabricação mais difundido tende a

cair nos próximos anos

- *** Hoje uma bateria chumbo-ácida tem aprox.

99% do chumbo utilizado em sua construção

reciclado!!




Podemos concluir que a tendência é que os preços das baterias (LIB) diminuam consideravalmente

com o passar dos anos e com o aumento das aplicações em sistemas UPS, com novas tecnologias

surgindo, aperfeiçoamento no processo fabril do modelo atual (LMO).

Outro importante ponto é que com esta tecnologia sendo difundida para aplicação de Sistema UPS, a

confiança dos usuários, bem como, comprovação dos benefícios (menor layout e peso, maior vida

útil, baixa manutenção, maior TCO) serão pontos fundamentais para consolidação no Mercado

Hoje ainda há barreira no alto valor de investimento ( até 3 x maior o Capex) mas que se analisada a

situação a médio e longo prazo para operação e manutenção do Sistema UPS (Opex) já existem

pontos favoráveis à aplicação da LIB

Vale ressaltar que o mais relevante ponto aqui é que existe hoje no mercado dentro de várias

alternativas para armazenamento de energia em sistema UPS uma opção viável técnica e

comercialmente que tende a ser uma forte vertente a ser seguida nos próximos anos

Conclusão


http://batteryuniversity.com/learn/article/types_of_lithium_ion

http://blog.schneider-electric.com/it-management/2016/03/08/are-lithium-batteries-safe/

http://blog.schneider-electric.com/datacenter/2016/03/03/are-lithium-ion-batteries-greener-than-lead-acid/

http://www.samsungsdi.com/upload/ess_brochure/201705SamsungSDI_ESS_EN.pdf

White Paper: Battery Technology for Data Centers: VRLA vs. Li-ion

http://www.schneider-electric.com/b2b/en/solutions/system/s1/data-center-and-network-systems/trade-

off-tools/traditional-vs-open-compute-capital-cost-calculator/tool.html

Referências

Contato

Ronaldo Juliano

Application Center Coordinator IT Division Schneider Electric

D +55 (11) 3468 5658 M +55 (11) 99322 2056 E [email protected] Customer Care 0800 7289 110

Av. das Nações Unidas, 23223 São Paulo

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