As baterias não são ativos do tipo "encaixe e esqueça"!

Autor: Grupo de Suporte Técnico (TSG) da Megger América do Norte

É essencial testar regularmente as baterias de armazenamento, especialmente aquelas usadas para fornecer suprimentos de emergência. As baterias muitas vezes passam despercebidas e não são usadas por longos períodos, apresentando pouca indicação externa de deterioração ou falha. No entanto, se não funcionarem como esperado quando forem solicitadas, o resultado pode ser catastrófico.

As duas abordagens mais amplamente adotadas para avaliar a condição da bateria são o teste de impedância e o teste de descarga. O teste de impedância é um procedimento online que pode ser realizado com frequência para identificar células individuais fracas antes que elas falhem. Esse teste estima o desempenho esperado da bateria em sua condição atual. Ele fornece informações valiosas, mas os resultados são sempre "melhores estimativas" e não uma avaliação definitiva.

Por outro lado, o teste de descarga, também conhecido como teste de carga ou teste de capacidade, é um teste off-line que mede a saída real de toda a cadeia de baterias. É o único teste que pode medir com precisão a verdadeira capacidade de uma cadeia e, por esse motivo, é exigido pelas normas IEEE. Um teste de descarga revela o que de fato acontecerá se a bateria for solicitada a suportar a carga.

Os padrões relevantes são IEEE 450-2002 Prática Recomendada para Manutenção, Teste e Substituição de Baterias de Chumbo-Ácido Ventiladas para Aplicações Estacionárias e IEEE 1188-1996 Prática Recomendada para Manutenção, Teste e Substituição de Baterias de Chumbo-Ácido Reguladas por Válvula (VRLA) para Aplicações Estacionárias.

Como consomem muito tempo e exigem que a bateria seja retirada de linha, os testes de descarga são, na maioria das aplicações, realizados com pouca frequência. Normalmente, recomenda-se que esse tipo de teste seja realizado em qualquer uma das seguintes condições:
 

• Quando a bateria é nova, como parte do teste de aceitação.
• Dentro de dois anos após o teste inicial, para fins de garantia.
• Posteriormente, no mínimo, a cada 25% da vida útil esperada da bateria ou a cada 6 anos, o que for o intervalo mais curto.
• Anualmente, quando a bateria atingir 85% da vida útil esperada, ou se a capacidade tiver caído mais de 10% desde o teste anterior, ou se estiver abaixo de 90% da classificação do fabricante.
• Se o valor da impedância da bateria tiver se alterado significativamente.

Às vezes, há a preocupação de que o teste de descarga reduza a vida útil da bateria: de fato, ele é chamado de teste destrutivo porque as células fracas podem falhar durante o teste. No entanto, é melhor descobrir essas células fracas durante um teste do que quando a bateria precisa fornecer sua carga!

Em teoria, o teste reduz um pouco a vida útil da bateria. Entretanto, uma bateria típica terá uma vida útil de pelo menos 1.000 ciclos de carga/descarga, e os testes de descarga provavelmente serão realizados apenas quatro ou cinco vezes durante toda a sua vida útil. Como essa é uma porcentagem tão pequena do total de ciclos de carga/descarga disponíveis, o impacto na saúde da bateria e na vida útil geral, em termos práticos, é insignificante. Na realidade, é muito melhor conhecer a verdadeira capacidade da bateria e confirmar que ela realmente suportará a carga necessária do que se preocupar com o efeito minúsculo que o teste de carga pode ter na vida útil geral da bateria.

Teste de descarga sem problemas

Embora o teste de descarga seja o único teste verdadeiro da capacidade de uma cadeia de baterias, é inegável que ele exige uma quantidade considerável de tempo e esforço. Portanto, é importante garantir que ele ocorra sem problemas e sem a necessidade de repetições. As etapas a seguir ajudarão a garantir que isso seja alcançado:

1. Certifique-se de que a bateria (ou baterias) a ser testada tenha sido mantida em sua condição totalmente carregada (normalmente por carga flutuante) por pelo menos 72 horas antes de iniciar o teste. Isso garantirá que os resultados do teste de descarga representem com precisão a capacidade da bateria.

2. Realize um teste de impedância e meça a resistência das conexões entre as células antes de iniciar o teste de descarga. Isso garantirá que o caminho elétrico na cadeia de baterias tenha sido verificado minuciosamente antes do início da descarga de alta corrente.

Figura 1: Exemplo de folha de especificações do teste de descarga da bateria

Figura 2: Capacidade de corrente versus tensão para a série TORKEL 900

3. Decida o tipo de teste de descarga a ser realizado. Há muitos tipos diferentes de teste de descarga, incluindo corrente constante, potência constante, resistência constante e perfil de carga. A corrente constante é o tipo de teste realizado com mais frequência.

4. Verifique as especificações do teste de descarga para a bateria em teste. Isso ajudará a planejar o teste. As especificações incluirão a tensão da célula final (que normalmente é de 1,75 V ou 1,8 V por célula para baterias de chumbo-ácido) e uma tabela de taxas de descarga. Usando a tabela, a duração do teste pode ser escolhida com base no ciclo de trabalho da bateria e isso permitirá que a corrente de teste correspondente seja determinada. Por exemplo, com a tabela mostrada na Figura 1, seria necessária uma corrente de teste de 19 A para um teste de descarga de 5 horas no modelo de bateria selecionado.

5. Providencie um banco de baterias de reserva, se necessário. Um banco de baterias de reserva pode ser usado para alimentar a carga enquanto a cadeia de baterias em teste estiver off-line. A bateria de reserva também será necessária após a conclusão do teste para dar tempo de recarregar a cadeia que foi testada.

6. Certifique-se de que o banco de carga possa suportar a corrente de teste necessária. Com altas correntes de teste, um único banco de carga pode não ser suficiente. Esse problema pode ser resolvido com o uso de bancos de carga adicionais conectados em paralelo ou com o uso de uma corrente de teste menor e o aumento da duração do teste. Para os bancos de carga da série TORKEL 900, informações abrangentes sobre a capacidade de descarga são fornecidas na folha de dados (consulte a Figura 2). Como auxílio adicional, o pacote de software TORKELCalc pode ser usado para determinar a configuração necessária para se adequar a uma corrente de descarga específica.

Figura 3: Conexão dos cabos de detecção de tensão

Figura 4: Configuração do teste de descarga com BVMs para medição da tensão da célula

Figura 5: Captura de tela da GUI do TORKEL mostrando os limites do teste

7. Faça as conexões de teste com segurança enquanto a bateria a ser testada ainda estiver conectada ao carregador. As conexões precisam ser feitas adequadamente para garantir que a alta corrente que flui durante o teste não leve a um aquecimento excessivo. A tensão do terminal da bateria pode ser medida com precisão usando cabos de detecção de tensão separados, conforme mostrado pelas conexões pontilhadas na Figura 3. Essa disposição elimina o efeito da queda de tensão nos cabos de corrente entre o conjunto de teste e a bateria em teste.

8. Monitore as tensões de células individuais. As células ruins em uma cadeia podem descarregar muito mais rapidamente do que as boas. Para permitir que o teste de descarga continue, as células ruins talvez precisem ser contornadas para evitar efeitos como a inversão de polaridade. Portanto, é importante monitorar a tensão de cada célula individual da cadeia de baterias enquanto o teste de descarga estiver sendo realizado. Isso pode ser feito com os acessórios do monitor de tensão da bateria (BVM), conforme mostrado na Figura 4. As sondas de tensão corretas devem ser usadas para garantir que as conexões com as células individuais possam ser feitas facilmente.

9. Programe os parâmetros de teste no conjunto de teste de descarga. Esses parâmetros incluem o método de teste, o método de cálculo da capacidade, a temperatura de teste, a corrente de teste, a duração do teste, a capacidade nominal (corrente de teste x duração do teste), os limites de advertência e os limites de parada. Um limite de aviso pode ser definido para a tensão de célula individual (por exemplo, 1,75 V por célula). Além disso, um limite de parada pode ser definido para a tensão da bateria (por exemplo, 1,75 V por célula x 24 células = 42 V). Exemplos dessas configurações em um conjunto de teste TORKEL são mostrados na Figura 5. Um limite de aviso adicional pode ser definido em uma tensão um pouco mais alta do que a tensão final da bateria, para que a pessoa que estiver realizando o teste seja alertada quando ele estiver quase concluído.

10. Esteja ciente de que algumas células atingirão a tensão final mais cedo do que as outras. O teste de descarga descarrega todas as células e, inevitavelmente, algumas se descarregarão mais cedo do que outras. O teste não deve ser interrompido quando uma célula atinge a tensão final da célula, mas deve continuar até que a tensão média da célula seja igual à tensão final da célula. Por exemplo, se a tensão da célula final da bateria em teste for 1,75 V e a bateria tiver 60 células, o teste deverá continuar até que a tensão da bateria seja 60 x 1,75 V = 105 V. Nesse ponto, é perfeitamente possível que algumas células estejam em 1,8 V enquanto outras estão em 1,6 V.

11. Esteja pronto para ignorar as células ruins. Algumas células da cadeia de baterias se descarregarão mais rapidamente do que outras. Os procedimentos de teste do IEEE para baterias de chumbo-ácido (VLA e VRLA) estabelecem que o teste de descarga pode ser pausado uma vez para contornar as células que estão se aproximando da inversão de polaridade. A duração máxima permitida desse "período de inatividade" é de 10% da duração do teste ou 6 minutos, o que for menor. Após o desvio, a tensão final da bateria precisa ser ajustada com base no número restante de células na cadeia. Também é necessário avaliar a necessidade de contornar as células. Se houver apenas algumas células ruins em uma cadeia, o teste poderá continuar, mas se, por exemplo, metade das células da cadeia descarregar prematuramente, o teste deverá ser interrompido e a bateria substituída.

12. Registre a tensão de flutuação de cada célula. Ter BVMs conectados torna isso muito mais fácil. Para uma bateria de chumbo-ácido, a tensão de flutuação será normalmente de cerca de 2,2 V.

13. Prepare-se para iniciar o teste. Desligue o carregador, desconecte a carga e, se necessário, transfira-a para o banco de baterias de reserva (no entanto, é possível testar uma bateria com a carga conectada usando um TC acessório para medir o fluxo de corrente externa).

14. Inicie o teste.

15. Monitore os dados de descarga para garantir que o teste esteja progredindo sem problemas. A captura de dados em tempo real possibilita a visualização dos valores de teste ao vivo e a avaliação do progresso em relação aos limites de teste programados.

16. No final do teste, salve os dados de descarga e anote a capacidade percentual. Para um teste de descarga executado por uma hora ou mais, a fórmula a seguir pode ser usada para calcular a capacidade percentual:
 

O tempo calculado para atingir a tensão final deve estar disponível nos dados do fabricante da bateria (consulte a Figura 1). O fabricante também pode fornecer o fator de correção de temperatura, mas, caso contrário, os valores fornecidos no IEEE 450 podem ser usados.

17. Reconecte a bateria ao carregador. Observe que a corrente de carga será inicialmente alta, pois a bateria foi muito descarregada durante o teste. O carregador precisará estar em boas condições para fornecer a corrente necessária.

Um bom investimento

As baterias são ativos caros que desempenham uma função importante e, muitas vezes, crítica nos sistemas de energia modernos. Portanto, é essencial garantir que elas sejam mantidas em boas condições e que seu desempenho seja avaliado com regularidade e precisão. O segredo para conseguir isso é implementar um programa de testes que inclua testes de impedância de rotina e, em intervalos menos frequentes, testes de descarga cuidadosamente planejados. Instrumentos de teste modernos, como os do portfólio de testes de baterias da Megger, fornecem resultados confiáveis e facilitam a realização de ambos os tipos de teste. Para todos os usuários de baterias, esse tipo de teste é um investimento sólido que produzirá um excelente retorno, principalmente por ajudar a eliminar o risco de as baterias não funcionarem quando mais são necessárias.

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