Bateria automotiva - Automotive battery
Uma bateria automotiva ou bateria de carro é uma bateria recarregável usada para dar partida em um veículo motorizado . Seu objetivo principal é fornecer corrente elétrica ao motor de partida elétrico, que por sua vez dá partida ao motor de combustão interna alimentado por produtos químicos que realmente impulsiona o veículo. Quando o motor está funcionando, a energia para os sistemas elétricos do carro ainda é fornecida pela bateria, com o alternador carregando a bateria conforme a demanda aumenta ou diminui.
Bateria em carros modernos
Motor a gasolina e diesel
Normalmente, a inicialização usa menos de três por cento da capacidade da bateria. Por esse motivo, as baterias automotivas são projetadas para fornecer corrente máxima por um curto período de tempo. Por este motivo, são designadas por "baterias SLI" para arranque, iluminação e ignição. As baterias SLI não são projetadas para descarga profunda e uma descarga completa pode reduzir a vida útil da bateria.
Além de dar partida no motor, uma bateria SLI fornece a energia extra necessária quando os requisitos elétricos do veículo excedem o fornecimento do sistema de carga. É também um estabilizador, nivelando picos de tensão potencialmente prejudiciais . Enquanto o motor está funcionando, a maior parte da energia é fornecida pelo alternador, que inclui um regulador de tensão para manter a saída entre 13,5 e 14,5 V. As baterias SLI modernas são do tipo chumbo-ácido , usando seis células conectadas em série para fornecer 12 -sistema de voltagem (na maioria dos veículos de passageiros e caminhões leves), ou doze células para um sistema de 24 volts em caminhões pesados ou equipamentos de movimentação de terra, por exemplo.
Explosões de gás podem ocorrer no eletrodo negativo, onde o gás hidrogênio pode se acumular devido às aberturas da bateria bloqueadas ou a um ambiente mal ventilado, combinado com uma fonte de ignição. Explosões durante a partida do motor são normalmente associadas a terminais de bateria corroídos ou sujos. Um estudo de 1993 da Administração Nacional de Segurança de Tráfego Rodoviário dos EUA disse que 31% dos ferimentos por explosão de bateria de veículo ocorreram durante o carregamento da bateria. Os próximos cenários mais comuns foram durante o trabalho em conexões de cabo, durante a inicialização, normalmente por não conseguir conectar à bateria descarregada antes da fonte de carga e ao não conectar ao chassi do veículo, em vez de diretamente à bateria aterrada, e enquanto verificar os níveis de fluido. Quase dois terços dos feridos sofreram queimaduras químicas e quase três quartos sofreram ferimentos nos olhos, entre outras possíveis lesões.
Carros elétricos e híbridos
Os veículos elétricos (EVs) são alimentados por uma bateria de veículo elétrico de alta tensão , mas geralmente também possuem uma bateria automotiva, de modo que podem usar acessórios automotivos padrão projetados para funcionar com 12 V. Eles são frequentemente chamados de auxiliares baterias.
Ao contrário dos veículos convencionais com motor de combustão interna , os EVs não carregam a bateria auxiliar com um alternador - em vez disso, eles usam um conversor DC para DC para reduzir a alta tensão para a tensão de carga flutuante necessária (normalmente em torno de 14 V) .
História
Os primeiros carros não tinham baterias, pois seus sistemas elétricos eram limitados. Uma campainha foi usada em vez de uma buzina elétrica, os faróis foram movidos a gás e o motor foi ligado com uma manivela . As baterias de automóveis foram amplamente utilizadas por volta de 1920, quando os carros foram equipados com motores elétricos de partida . A bateria selada, que não precisava ser recarregada, foi inventada em 1971.
Os primeiros sistemas de partida e carga foram projetados para serem sistemas de 6 volts e aterramento positivo , com o chassi do veículo conectado diretamente ao terminal positivo da bateria. Hoje, quase todos os veículos rodoviários têm um sistema de solo negativo. O terminal negativo da bateria está conectado ao chassi do carro .
A Hudson Motor Car Company foi a primeira a usar uma bateria padronizada em 1918, quando começou a usar baterias do Battery Council International . A BCI é a organização que define os padrões dimensionais para baterias.
Os carros usavam sistemas elétricos de 6 V e baterias até meados da década de 1950. A mudança de 6 para 12 V aconteceu quando motores maiores com taxas de compressão mais altas exigiram mais energia elétrica para dar partida. Carros menores, que exigiam menos potência para começar, ficaram com 6 V mais tempo, por exemplo, o Volkswagen Beetle em meados da década de 1960 e o Citroën 2CV em 1970.
Na década de 1990, um padrão de sistema elétrico de 42V foi proposto. A intenção era permitir acessórios elétricos mais potentes e chicotes elétricos de automóveis mais leves. A disponibilidade de motores de maior eficiência, novas técnicas de fiação e controles digitais e um foco em sistemas de veículos híbridos que usam motores de arranque / geradores de alta tensão eliminaram em grande parte o impulso para alternar as tensões automotivas principais.
Projeto
Uma bateria de automóvel é um exemplo de bateria de célula úmida , com seis células. Cada célula de uma bateria de armazenamento de chumbo consiste em placas alternadas feitas de uma grade de liga de chumbo preenchida com chumbo esponja ( placas de cátodo ) ou revestidas com dióxido de chumbo ( ânodo ). Cada célula é preenchida com uma solução de ácido sulfúrico, que é o eletrólito. Inicialmente, cada uma das células tinha uma tampa de enchimento, por meio da qual o nível do eletrólito podia ser visualizado e que permitia que a água fosse adicionada à célula. A tampa de enchimento tinha um pequeno orifício de ventilação que permitia que o gás hidrogênio gerado durante o carregamento escapasse da célula.
As células são conectadas por tiras curtas e pesadas das placas positivas de uma célula às placas negativas da célula adjacente. Um par de terminais pesados, revestidos com chumbo para resistir à corrosão, são montados na parte superior, às vezes na lateral, da bateria. As primeiras baterias de automóveis usavam caixas de borracha dura e separadores de placas de madeira. As unidades modernas usam caixas de plástico e folhas de tecido para evitar que as placas de uma célula se toquem e entrem em curto-circuito.
No passado, as baterias automotivas exigiam inspeção e manutenção regulares para substituir a água que se decompor durante o funcionamento da bateria. As baterias de "baixa manutenção" (às vezes chamadas de "manutenção zero") usam uma liga diferente para os elementos da placa, reduzindo a quantidade de água decomposta no carregamento. Uma bateria moderna pode não exigir água adicional durante sua vida útil; alguns tipos eliminam as tampas de enchimento individuais de cada célula. Um ponto fraco dessas baterias é que elas são muito intolerantes a descargas profundas, como quando a bateria do carro se esgota completamente deixando as luzes acesas. Isso reveste os eletrodos da placa de chumbo com depósitos de sulfato de chumbo e pode reduzir a vida útil da bateria em um terço ou mais.
As baterias VRLA , também conhecidas como baterias de tapete de vidro absorvido (AGM), são mais tolerantes a descargas profundas, mas são mais caras. As baterias VRLA não permitem a adição de água à célula. Cada uma das células tem uma válvula automática de liberação de pressão, para proteger a caixa de ruptura em sobrecarga severa ou falha interna. Uma bateria VRLA não pode derramar seu eletrólito, o que a torna particularmente útil em veículos como motocicletas.
As baterias são normalmente feitas de seis células galvânicas em um circuito em série . Cada célula fornece 2,1 volts para um total de 12,6 volts com carga total. Durante a descarga, no terminal negativo (chumbo) uma reação química libera elétrons para o circuito externo, e no terminal positivo (óxido de chumbo) outra reação química absorve elétrons do circuito externo. Isso conduz os elétrons através do fio do circuito externo (um condutor elétrico ) para produzir uma corrente elétrica ( eletricidade ). À medida que a bateria se descarrega , o ácido do eletrólito reage com os materiais das placas, mudando sua superfície para sulfato de chumbo . Quando a bateria é recarregada , a reação química é revertida: o sulfato de chumbo se transforma em dióxido de chumbo. Com as placas restauradas às suas condições originais, o processo pode ser repetido.
Alguns veículos usam outras baterias de arranque. O 2010 Porsche 911 GT3 RS tem uma bateria de íon de lítio como uma opção para economizar peso. Os veículos pesados podem ter duas baterias em série para um sistema de 24 V ou podem ter grupos de baterias em série para fornecer 24 V.
Especificações
Formato físico
As baterias são agrupadas por tamanho físico, tipo e localização dos terminais e estilo de montagem.
Amp-hora (Ah)
Ampère-hora (Ah ou A · h) é uma unidade relacionada à capacidade de armazenamento de energia da bateria. Esta classificação é exigida por lei na Europa.
A classificação de ampere-hora é geralmente definida como o produto (a corrente que uma bateria pode fornecer por 20 horas a uma taxa constante, a 80 graus F (26,6 ° C), enquanto a tensão cai para um corte de 10,5 volts) vezes 20 horas. Em teoria, a 80 graus F, uma bateria de 100 Ah deve ser capaz de fornecer continuamente 5 amperes por 20 horas enquanto mantém uma tensão de pelo menos 10,5 volts. É importante perceber que a relação entre a capacidade de Ah e a taxa de descarga não é linear; conforme a taxa de descarga aumenta, a capacidade diminui. Uma bateria com uma classificação de 100 Ah geralmente não será capaz de manter uma tensão acima de 10,5 volts por 10 horas enquanto é descarregada a uma taxa constante de 10 amperes. A capacidade também diminui com a temperatura.
Amperagens de arranque (CCA, CA, MCA, HCA)
- Amperes de arranque a frio (CCA): a quantidade de corrente que uma bateria pode fornecer a 0 ° F (−18 ° C) durante 30 segundos, mantendo uma tensão de pelo menos 7,2 volts. Os carros modernos com motores com injeção de combustível controlados por computador não demoram mais do que alguns segundos para dar a partida e os números do CCA são menos importantes do que costumavam ser. É importante não confundir CCA com números de CA / MCA ou HCA, pois o último será sempre mais alto devido a temperaturas mais altas. Por exemplo, uma bateria de 250 CCA terá mais potência inicial do que 250 CA (ou MCA) e, da mesma forma, uma bateria de 250 CA terá mais de 250 HCA.
- Amperes de arranque (CA): a quantidade de corrente que uma bateria pode fornecer a 32 ° F (0 ° C), novamente durante 30 segundos a uma tensão igual ou superior a 7,2 volts.
- Amperes de acionamento marítimo (MCA): como CA, a quantidade de corrente que uma bateria pode fornecer a 32 ° F (0 ° C), e frequentemente encontrada em baterias para barcos (portanto, "marinhos") e tratores de jardim de gramado que são menos propensos a ser operado em condições onde o gelo pode se formar.
- Amperes de arranque a quente (HCA) é a quantidade de corrente que uma bateria pode fornecer a 80 ° F (27 ° C). A classificação é definida como a corrente que uma bateria de chumbo-ácido naquela temperatura pode fornecer por 30 segundos e manter pelo menos 1,2 volts por célula (7,2 volts para uma bateria de 12 volts).
Minutos de capacidade de reserva (RCM ou RC)
A capacidade de uma bateria de sustentar uma carga elétrica mínima declarada; é definido como o tempo (em minutos) que uma bateria de chumbo-ácido a 80 ° F (27 ° C) fornecerá continuamente 25 amperes antes que sua tensão caia abaixo de 10,5 volts.
Tamanho do grupo
O tamanho do grupo do Battery Council International (BCI) especifica as dimensões físicas da bateria, como comprimento, largura e altura. Esses grupos são determinados pela organização.
Códigos de data
- Nos Estados Unidos, existem códigos sobre baterias para ajudar os consumidores a comprar uma produzida recentemente. Quando as baterias são armazenadas, elas começam a perder a carga; isso se deve a reações químicas não produtoras de corrente dos eletrodos com o ácido da bateria. Uma bateria feita em outubro de 2015 terá um código numérico de 10-5 ou um código alfanumérico de K-5. "A" é para janeiro, "B" é para fevereiro e assim por diante (a letra "I" é pulada).
- Na África do Sul, o código em uma bateria para indicar a data de produção faz parte do invólucro e é lançado na parte inferior esquerda da tampa. O código é o ano e o número da semana (YYWW), por exemplo, 1336 é para a semana 36 no ano de 2013.
Uso e manutenção
O excesso de calor é a principal causa de falhas da bateria, como quando o eletrólito evapora devido a altas temperaturas, diminuindo a área de superfície efetiva das placas expostas ao eletrólito e levando à sulfatação. As taxas de corrosão da grade aumentam com a temperatura. Além disso, as baixas temperaturas podem levar à falha da bateria.
Se a bateria é descarregada para o ponto onde ele não pode ligar o motor, o motor pode ser salto começou através de uma fonte externa de energia. Uma vez em funcionamento, o motor pode recarregar a bateria, se o alternador e o sistema de carregamento não estiverem danificados.
A corrosão nos terminais da bateria pode impedir a partida de um carro devido à resistência elétrica , que pode ser evitada com a aplicação adequada de graxa dielétrica .
A sulfatação ocorre quando os eletrodos ficam revestidos com uma camada dura de sulfato de chumbo, o que enfraquece a bateria. A sulfatação pode ocorrer quando a bateria não está totalmente carregada e permanece descarregada. As baterias sulfatadas devem ser carregadas lentamente para evitar danos.
As baterias SLI (partida, iluminação e ignição) não são projetadas para uma descarga profunda e sua vida útil é reduzida quando submetidas a isso.
Baterias de partida têm placas projetadas para aumentar a área de superfície e, portanto, alta capacidade de corrente instantânea, enquanto os tipos marítimos (híbridos) e de ciclo profundo terão placas mais grossas e mais espaço na parte inferior das placas para que o material da placa gasto se reúna antes de encurtar a célula.
Baterias de carros que usam placas de chumbo-antimônio requerem reposição regular com água pura para repor a água perdida devido à eletrólise e evaporação. Alterando o elemento de liga para cálcio, projetos mais recentes reduziram a taxa de perda de água. Baterias de carros modernos têm requisitos de manutenção reduzidos e podem não fornecer tampas para adição de água às células. Essas baterias incluem eletrólito extra acima das placas para permitir perdas durante a vida útil da bateria.
Alguns fabricantes de baterias incluem um densímetro embutido para mostrar o estado de carga da bateria.
O principal mecanismo de desgaste é o derramamento de material ativo das placas da bateria, que se acumula na parte inferior das células e pode eventualmente causar curto-circuito nas placas. Isso pode ser substancialmente reduzido encerrando um conjunto de placas em sacos separadores de plástico, feitos de um material permeável. Isso permite que o eletrólito e os íons passem, mas evita que o acúmulo de lodo entre nas placas. A lama consiste principalmente de sulfato de chumbo, que é produzido em ambos os eletrodos.
Impacto ambiental
A reciclagem de baterias automotivas reduz a necessidade de recursos necessários para a fabricação de novas baterias, desvia o chumbo tóxico dos aterros e evita o risco de descarte inadequado. Uma vez que uma bateria de chumbo-ácido deixa de manter a carga, ela é considerada uma bateria de chumbo-ácido usada (ULAB), que é classificada como resíduo perigoso de acordo com a Convenção da Basileia . A bateria de 12 volts do carro é o produto mais reciclado do mundo, de acordo com a Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos . Só nos Estados Unidos, cerca de 100 milhões de baterias de automóveis são substituídas por ano, e 99% delas são encaminhadas para reciclagem. No entanto, a reciclagem pode ser feita incorretamente em ambientes não regulamentados. Como parte do comércio global de resíduos , os ULABs são enviados de países industrializados para países em desenvolvimento para desmontagem e recuperação do conteúdo. Cerca de 97% do chumbo pode ser recuperado. A Pure Earth estima que mais de 12 milhões de pessoas do Terceiro Mundo são afetadas pela contaminação por chumbo do processamento ULAB.
Veja também
- Receptáculo de isqueiro (adaptador para carro)