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BMS 1S Li-ion bateria de lítio 18650 carregador PCB BMS 3,7 V

Diâmetro 17,5mm

As baterias de iões de lítio (Li-ion), polímero de lítio (LiPo) e fosfato de ferro-lítio (LiFePO4) revolucionaram a eletrónica portátil. A sua alta densidade energética, baixo peso e tensões nominais convenientes tornaram-nas omnipresentes em telemóveis, portáteis, ferramentas elétricas, drones e inúmeros projetos DIY (Faça Você Mesmo). No entanto, esta tecnologia poderosa exige respeito e cuidado. As células de lítio são sensíveis a condições de operação fora dos seus limites seguros, podendo sobreaquecer, inchar, perder capacidade permanentemente ou, em casos extremos, incendiar-se ou explodir.

É aqui que entra o BMS (Battery Management System), ou Sistema de Gestão de Bateria. Especificamente, para projetos que utilizam apenas uma célula de lítio (ou um conjunto de células ligadas em paralelo, que funcionam como uma única célula de maior capacidade), o BMS 1S é um componente eletrónico crucial. Este guia destina-se a entusiastas da eletrónica, makers e estudantes em Portugal, explicando o que é um módulo BMS 1S, porque é indispensável, como escolher o correto e as bases da sua ligação.

O Que é Exatamente um BMS 1S?

Um BMS 1S é um circuito eletrónico concebido especificamente para gerir e proteger uma única célula de lítio (configuração "1S", significando uma célula em série). Quando várias células são ligadas em paralelo (configuração 1SxP, por exemplo, 1S2P), elas comportam-se eletricamente como uma única célula de maior capacidade e tensão nominal igual à de uma célula individual, sendo também protegidas por um BMS 1S.

A tensão nominal de uma configuração 1S depende da química da célula:

Li-ion / LiPo: Tipicamente 3.6V ou 3.7V nominais.
LiFePO4: Tipicamente 3.2V nominais.
Ao contrário dos BMS para configurações multi-célula (BMS 2S, 3S, 4S, etc.), um BMS 1S não necessita de realizar balanceamento de carga entre células, pois existe apenas uma (ou um grupo em paralelo que se auto-equilibra). A sua função primordial e absolutamente essencial é a proteção da célula.

Estes módulos apresentam-se geralmente como pequenas placas de circuito impresso (PCB), contendo tipicamente um circuito integrado (IC) dedicado à monitorização da tensão e alguns MOSFETs que atuam como interruptores para cortar a ligação à bateria quando são detetadas condições inseguras. É importante notar que, por vezes, circuitos de proteção muito simples (apenas com proteção contra sobrecarga/descarga) são referidos como BMS 1S, mas a função central é sempre a segurança da célula.

Porque Precisa de um BMS 1S? As Funções Cruciais

Utilizar uma célula de lítio sem um circuito de proteção adequado é extremamente perigoso. Um BMS 1S implementa várias barreiras de segurança vitais:

Proteção Contra Sobrecarga (Overcharge Protection):

O quê: Impede que a tensão da célula ultrapasse um limite máximo seguro durante o carregamento (ex: ~4.2V - 4.3V para Li-ion/LiPo; ~3.65V - 3.7V para LiFePO4).
Porquê: Carregar acima deste limite danifica a química interna, reduz a vida útil e pode levar a thermal runaway (sobreaquecimento descontrolado), inchaço e potencial incêndio.
Como: O BMS monitoriza a tensão da célula. Se atingir o limite de sobrecarga, corta a ligação ao carregador (desliga o MOSFET de carga).

Proteção Contra Descarga Excessiva (Over-discharge Protection):

O quê: Impede que a tensão da célula caia abaixo de um limite mínimo seguro durante o uso (ex: ~2.5V - 3.0V para Li-ion/LiPo; ~2.0V - 2.5V para LiFePO4).
Porquê: Descarregar uma célula de lítio abaixo deste ponto causa danos irreversíveis à sua estrutura interna, resultando em perda significativa e permanente de capacidade. Em casos extremos, pode tornar a célula instável para futuras recargas.
Como: O BMS monitoriza a tensão da célula. Se atingir o limite de descarga excessiva, corta a ligação à carga (desliga o MOSFET de descarga), "desligando" a bateria para a proteger.

Proteção Contra Curto-Circuito (Short-Circuit Protection):

O quê: Deteta uma ligação direta de baixa resistência entre os terminais positivo e negativo da saída.
Porquê: Um curto-circuito provoca uma corrente extremamente elevada que flui da bateria, gerando calor intenso muito rapidamente, podendo derreter isolamentos, causar incêndio ou explosão da célula.
Como: O BMS deteta esta condição de corrente massiva e corta instantaneamente a ligação da bateria à saída.

Proteção Contra Sobrecorrente (Overcurrent Protection):

O quê: Protege contra correntes de descarga que, embora não sejam um curto-circuito direto, excedem o limite seguro de operação da célula ou do próprio BMS.
Porquê: Drenar corrente excessiva pode sobreaquecer a bateria e o circuito, degradando a célula e potencialmente causando falhas.
Como: O BMS monitoriza a corrente de saída. Se exceder um valor predefinido por um certo tempo (ou instantaneamente para correntes muito altas), corta a ligação à carga.

Em resumo, um BMS 1S não é um luxo, é uma necessidade absoluta para garantir a segurança da operação e maximizar a vida útil da sua valiosa (e potencialmente perigosa) bateria de lítio 1S.

Como Escolher o Módulo BMS 1S Correto

A escolha do módulo BMS 1S adequado para o seu projeto em Portugal depende de vários fatores críticos:

Química da Bateria: Este é o fator mais importante. Deve obrigatoriamente escolher um BMS compatível com a química da sua célula. Um BMS Li-ion 1S (para 3.6/3.7V nominais) terá tensões de corte diferentes de um BMS LiFePO4 1S (para 3.2V nominais). Usar o tipo errado resultará em proteção inadequada ou danos na bateria.
Corrente Máxima Contínua: O BMS tem uma classificação de corrente máxima que pode fornecer à carga de forma contínua sem sobreaquecer ou ativar a proteção de sobrecorrente. Calcule ou meça a corrente máxima que o seu dispositivo (motor, luzes, etc.) irá consumir continuamente e escolha um BMS 1S com uma corrente nominal superior (com alguma margem de segurança, ex: 20-30% extra).
Corrente de Pico: Algumas cargas, como motores, têm picos de corrente muito elevados no arranque. O BMS deve ser capaz de suportar estes picos breves sem desarmar. Verifique a especificação de corrente de pico (se disponível) ou opte por um BMS com uma corrente contínua significativamente maior.
Tensões de Corte: Verifique se as tensões de corte de sobrecarga e descarga excessiva especificadas no datasheet do BMS são adequadas para a sua célula específica. Embora haja valores típicos, algumas células podem ter requisitos ligeiramente diferentes.
Tamanho Físico: As dimensões da placa BMS 1S devem permitir a sua integração no espaço disponível no seu projeto ou caixa.
Funcionalidades Adicionais: Embora menos comuns em BMS 1S básicos, alguns podem ter proteção contra sobretemperatura (requer um termistor NTC) ou pontos de ligação separados para carga e descarga (pouco usual em módulos pequenos).

Como Ligar (Conectar) um BMS 1S: Guia Básico

Aviso Importante: Trabalhar com baterias de lítio e circuitos eletrónicos comporta riscos. Uma ligação incorreta pode causar curto-circuitos, danos permanentes na bateria ou no BMS, e até incêndio. Se não tem experiência ou não se sente confortável, procure ajuda qualificada. Use sempre óculos de proteção.

A ligação de um módulo BMS 1S típico envolve os seguintes pontos de soldadura/conexão:

Identificar os Pontos de Ligação: A placa do BMS terá marcações claras:

B+ (Battery Positive): Liga ao terminal positivo (+) da célula (ou do conjunto paralelo).
B- (Battery Negative): Liga ao terminal negativo (-) da célula (ou do conjunto paralelo).
P+ ou OUT+ (Pack/Output Positive): Ponto de saída positivo para a carga (dispositivo) E para a entrada do carregador. Em muitos BMS 1S simples, este ponto pode estar diretamente ligado eletricamente ao B+.
P- ou OUT- (Pack/Output Negative): Ponto de saída negativo para a carga E para a entrada do carregador. É aqui que a comutação de proteção (MOSFETs) geralmente ocorre. Nunca ligue a carga ou o carregador diretamente ao B-.

Sequência de Ligação (Recomendada):

Solde primeiro o fio ao B- do BMS.
Solde a outra extremidade desse fio ao terminal negativo (-) da célula.
Solde um fio ao B+ do BMS.
Solde a outra extremidade desse fio ao terminal positivo (+) da célula.
Verifique a tensão entre P+ e P- com um multímetro. Deverá ser igual à tensão da célula. Se for 0V, alguns BMS precisam de uma "ativação" inicial (ligar brevemente um carregador a P+/P-).
Solde os fios da sua carga e do seu carregador aos pontos P+ e P- do BMS, respeitando rigorosamente a polaridade.

Precauções:

Use fios com secção (grossura) adequada para a corrente esperada.
Faça soldaduras limpas e seguras.
Isole todas as conexões e a placa BMS para evitar curto-circuitos. Use fita Kapton ou manga termo-retrátil.
Verifique tudo cuidadosamente antes de aplicar energia (carga ou carregador).

O módulo BMS 1S é um pequeno, mas poderoso guardião para as suas baterias de lítio de célula única. Ignorar a sua necessidade é arriscar a segurança e a durabilidade do seu projeto. Ao compreender as suas funções vitais de proteção contra sobrecarga, descarga excessiva, curto-circuito e sobrecorrente, e ao saber como escolher o BMS 1S correto para a química (Li-ion, LiPo ou LiFePO4) e requisitos de corrente da sua aplicação, estará a dar um passo fundamental para um projeto seguro e bem-sucedido. Lembre-se sempre de manusear as baterias de lítio com cuidado e de verificar duplamente as suas ligações. A proteção oferecida por um simples BMS 1S é um investimento que vale bem a pena.