Como escolher uma célula de íon-lítio para um pack

A seleção de células dá errado numa ordem previsível. Primeiro alguém escolhe um código de modelo que já usou. Depois o pack é projetado em torno das dimensões dessa célula. No fim, alguém verifica se a célula entrega a corrente que a carga pede e descobre que não entrega — ou que entrega, mas só enquanto a célula fica abaixo de uma temperatura que a caixa nunca atinge. A sequência abaixo faz as mesmas verificações na ordem inversa, que é a ordem que sobrevive ao contato com um protótipo.

Etapa 1 — Escreva a carga, não a célula

Quatro números decidem quase tudo o que vem depois, e nenhum deles aparece num catálogo de distribuidor:

• Corrente de pico e quanto tempo ela dura (um pico de 60 A por dois segundos é um requisito diferente de 60 A por dois minutos).
• Corrente contínua — o valor em que o pack vai ficar na maior parte da vida, não o valor da página de marketing.
• Ciclo de trabalho — com que frequência a carga retorna e quanto desse tempo o pack está de fato trabalhando.
• Autonomia ou energia necessária no fim da vida, não no início.

Se os quatro números não estiverem escritos antes da pré-seleção, a pré-seleção é um chute. Na prática, o valor contínuo e a autonomia puxam em direções opostas, e todo o trabalho de seleção é decidir quanto de um trocar pelo outro.

Etapa 2 — Converta o regime em corrente por célula

A célula só é solicitada pela sua parte da corrente do pack. Essa parte é definida pelo número de paralelos, então a conta tem de vir antes da comparação entre células:

O número de série define a tensão; o de paralelos, a corrente que cada célula vê. Os dois são decididos tanto pelo envelope mecânico quanto pelo requisito elétrico.

A primeira linha merece atenção. Um pack que parece um projeto de 30 A é um projeto de 7.5 A por célula, e uma 21700 de linha média com 9.8 A contínuos cobre isso com margem. Escolher uma célula de 60 A para esse pack não compra nada além de custo e menos capacidade na mesma lata.

Etapa 3 — Aplique o corte de temperatura antes de confiar na especificação

Um valor de descarga contínua só vale enquanto a célula fica dentro da temperatura que o fabricante especificou ao medir — comumente 80 °C ou 83 °C de temperatura superficial em células cilíndricas de alta potência. O número não é propriedade só da célula; é propriedade da célula mais um caminho térmico.

É aqui que a maioria dos primeiros protótipos falha. Uma célula especificada a 35 A em ar livre com 25 °C de ambiente não entrega 35 A dentro de um invólucro fechado sem ventilação, porque atinge o corte mais cedo e o pack ou se autorreduz ou roda mais quente do que o projeto supôs. Se a caixa não garante a condição, reduza a corrente até que garanta, e escreva a redução na especificação em vez de deixá-la como suposição.

Etapa 4 — Verifique a impedância e verifique de novo no fim da vida

A impedância decide quanta tensão o pack perde sob carga, e ela sobe com a idade. Duas células com capacidade idêntica podem diferir por um fator de dois no DCIR, e a de maior impedância chega antes ao corte de subtensão com a mesma corrente — o que o usuário lê como problema de capacidade.

A conta vale ser feita à mão uma vez. Uma célula com 25 mΩ de DCIR sob 7.5 A perde 188 mV. Treze em série perdem 2.4 V no pack. Se o pack corta a 3.0 V por célula, essa queda consome uma fatia relevante da janela utilizável antes de as células estarem perto do vazio. No meio da vida, com a impedância 50% maior, a mesma corrente consome mais 50%.

A impedância CA a 1 kHz (ACIR) é o valor que a maioria das fichas técnicas publica, porque é rápida de medir. O DCIR sob pulso de corrente está mais perto do que o pack realmente experimenta. Onde os dois existem, projete pelo DCIR; onde só existe ACIR, trate-o como limite inferior e não como valor de projeto.

Etapa 5 — Alinhe a aceitação de carga ao ciclo de trabalho

A corrente de carga é a restrição que as pessoas esquecem até a primeira reclamação em campo. Um pack que precisa estar pronto em uma hora exige uma célula cuja taxa máxima de carga sustente isso: a 5,000 mAh, uma carga de 1 C é 5 A e uma de 5 C é 25 A, e a diferença decide se o produto é utilizável em operação por turnos.

Carga padrão e carga máxima são colunas separadas por um motivo. O valor padrão é aquele em que a vida útil em ciclos foi medida; rodar continuamente no máximo encurta a vida, e a ficha técnica costuma dizer isso em nota de rodapé, não no título. Carga abaixo de 0 °C é uma proibição à parte: a maioria das células exige taxa reduzida ou nenhuma carga, e um pack sem carregador sensível à temperatura viola isso em silêncio.

Etapa 6 — Confirme o envelope, o terminal e o método de solda

Restrições mecânicas eliminam mais candidatos que as elétricas. Diâmetro e altura máximos, estilo de terminal (plano, saliente, com aba) e o método de interconexão precisam estar resolvidos antes de fechar a pré-seleção:

• Células cilíndricas exigem soldagem por resistência ou soldagem a laser da interconexão. Soldar direto na lata da célula não é método de produção aceitável — o calor danifica o selo e as conexões internas.
• A geometria do porta-célula difere entre formatos nominalmente idênticos; um suporte projetado para uma célula de 65.0 mm pode não aceitar uma de 65.2 mm.
• Se o pack usa um suporte plástico, verifique o diâmetro máximo da célula com a manga, não o da lata nua.

Etapa 7 — Peça a documentação antes da cotação

A pergunta sobre documentação é critério de seleção, não burocracia. Peça o resumo de ensaios UN38.3, a ficha de dados de segurança compatível com a configuração de embarque e os números de certificado com a lista de modelos que cobrem. Um fornecedor que não consegue apresentá-los está dizendo algo sobre o resto da resposta também.

Neste site, toda especificação carrega sua origem: valores lidos de ficha técnica do fabricante são marcados como verificados e o PDF é vinculado; modelos sem ficha técnica em arquivo são marcados como pendentes. Essa distinção importa neste passo — um modelo pendente ainda pode ser a célula certa, mas você está projetando sobre um valor não verificado, e é melhor saber disso antes do primeiro protótipo do que depois.

Onde esta sequência deixa de funcionar

A ordem acima pressupõe um regime aproximadamente contínuo e um ambiente térmico que você controla. Três casos quebram essa premissa, e cada um pede uma abordagem diferente:

• Pulsos muito curtos e muito altos (centenas de ampères por milissegundos): o dado relevante é capacidade de pulso e impedância, não a especificação contínua, e a massa térmica da interconexão pesa tanto quanto a célula.
• Frio extremo: a aceitação de carga desaba abaixo de 0 °C e a capacidade utilizável cai bem antes disso. A seleção tem de começar pelo requisito de frio, não pela ficha técnica em temperatura ambiente.
• Produtos de segurança crítica ou regulados: a norma que o produto precisa cumprir (IEC 62133-2 para portáteis, IEC 62619 para industrial) restringe a escolha da célula antes de qualquer conta acima importar.

Se a aplicação está num desses três casos, rode a sequência, mas comece pela condição de contorno e não pelo perfil de carga — o resto do método não muda.

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