As ligações em série e em paralelo aparecem em pilhas, baterias, fontes de alimentação e praticamente todos os projetos que precisam armazenar energia elétrica.
Compreender essas duas formas de ligação é fundamental para interpretar as especificações de uma bateria LiPo. Indicações como 2S, 3S, 4S e 2S2P informam como as células estão organizadas dentro do conjunto.
Neste vídeo, utilizo pilhas para demonstrar, de maneira prática, o que acontece com a tensão e a capacidade quando as células são ligadas em série ou em paralelo.
O que é uma célula?
Uma célula é a unidade eletroquímica básica responsável por armazenar e fornecer energia.
Uma pilha comum de 1,5 V é uma célula. Uma bateria LiPo utilizada no modelismo pode ser formada por uma ou mais células reunidas dentro do mesmo conjunto.
Cada célula possui:
- terminal positivo;
- terminal negativo;
- tensão nominal;
- capacidade;
- limite de corrente;
- química específica.
A forma como essas células são ligadas determina a tensão e a capacidade total da bateria.
O que é uma ligação em série?
Na ligação em série, o terminal positivo de uma célula é conectado ao terminal negativo da célula seguinte.
Os dois terminais que permanecem livres formam a saída do conjunto.
Nesse tipo de ligação, as tensões são somadas.
Se duas pilhas de 1,5 V forem ligadas em série:
1,5 V + 1,5 V = 3 V
Se três pilhas de 1,5 V forem ligadas em série:
1,5 V + 1,5 V + 1,5 V = 4,5 V
A ligação em série é utilizada quando o equipamento precisa de uma tensão maior do que aquela fornecida por uma única célula.
O que acontece com a capacidade na ligação em série?
Quando células idênticas são ligadas em série, a tensão aumenta, mas a capacidade expressa em miliampères-hora permanece igual à capacidade de uma célula.
Por exemplo, utilizando duas células de:
- 1,5 V;
- 2.000 mAh;
o conjunto em série terá, idealmente:
- 3 V;
- 2.000 mAh.
Não devemos somar os miliampères-hora na ligação em série. A mesma corrente atravessa todas as células.
Embora a capacidade em ampères-hora permaneça igual, a energia total aumenta porque a tensão do conjunto é maior.
O que é uma ligação em paralelo?
Na ligação em paralelo, todos os terminais positivos são conectados entre si. Os terminais negativos também são unidos.
Nesse caso, a tensão permanece igual à tensão de uma célula, enquanto as capacidades são somadas.
Duas células idênticas de 1,5 V e 2.000 mAh ligadas em paralelo formam, idealmente, um conjunto com:
- 1,5 V;
- 4.000 mAh.
Essa configuração pode aumentar a autonomia e a capacidade de fornecimento de corrente, desde que as células sejam adequadas, equivalentes e corretamente interligadas.
Diagrama das ligações em série e paralelo
Comparação entre série e paralelo
Considerando duas células idênticas, a diferença pode ser resumida da seguinte forma:
| Ligação | Tensão total | Capacidade em Ah |
|---|---|---|
| Série | Soma | Permanece igual |
| Paralelo | Permanece igual | Soma |
Esses resultados consideram células equivalentes e um comportamento ideal. Na prática, existem perdas, tolerâncias e limitações relacionadas à química, à resistência interna e às conexões.
O que significa a letra S em uma bateria LiPo?
A letra S informa quantas células estão ligadas em série.
Uma célula LiPo possui tensão nominal aproximada de 3,7 V e tensão máxima de 4,2 V quando totalmente carregada.
Assim:
| Configuração | Tensão nominal | Tensão máxima carregada |
|---|---|---|
| 1S | 3,7 V | 4,2 V |
| 2S | 7,4 V | 8,4 V |
| 3S | 11,1 V | 12,6 V |
| 4S | 14,8 V | 16,8 V |
| 6S | 22,2 V | 25,2 V |
Uma bateria 3S, por exemplo, possui três células ligadas em série. As tensões são somadas, mas sua capacidade em miliampères-hora permanece equivalente à capacidade de cada grupo em série.
O que significa a letra P?
A letra P indica quantos grupos ou células equivalentes estão ligados em paralelo.
Uma configuração 2P utiliza dois conjuntos em paralelo. Mantém-se a tensão do grupo, enquanto a capacidade total aumenta.
Por exemplo, duas células idênticas de 3,7 V e 2.200 mAh em paralelo formariam, idealmente:
- 3,7 V;
- 4.400 mAh.
O paralelo também pode aumentar a capacidade de fornecimento de corrente do conjunto, mas isso depende das especificações e da compatibilidade das células. Não se deve presumir que qualquer combinação em paralelo dividirá perfeitamente a corrente.
O que significa 2S2P?
Uma bateria 2S2P reúne ligações em série e em paralelo.
Nesse exemplo, existem quatro células:
- duas células ou grupos em série para aumentar a tensão;
- dois caminhos em paralelo para aumentar a capacidade.
Considerando células de 3,7 V e 2.000 mAh, o conjunto ideal apresentaria:
- tensão nominal: 7,4 V;
- capacidade: 4.000 mAh.
A nomenclatura informa a organização elétrica, não apenas a quantidade de células.
Por que as baterias LiPo possuem conector de balanceamento?
Em uma bateria com células ligadas em série, a tensão total não mostra necessariamente o estado individual de cada célula.
Uma bateria 3S completamente carregada deve apresentar aproximadamente 12,6 V no total. Entretanto, seria possível chegar a esse mesmo total com células desequilibradas.
Por exemplo:
- célula 1: 4,1 V;
- célula 2: 4,2 V;
- célula 3: 4,3 V.
A soma é 12,6 V, mas uma célula estaria acima do limite normal.
O conector de balanceamento oferece acesso aos pontos intermediários da ligação em série. Com isso, o carregador consegue medir e controlar individualmente as células.
Em uma bateria:
- 2S, o conector normalmente possui três fios;
- 3S, normalmente possui quatro fios;
- 4S, normalmente possui cinco fios.
A quantidade de fios geralmente corresponde ao número de células em série mais um.
A capacidade em mAh indica corrente máxima?
Não diretamente.
A capacidade em miliampères-hora representa principalmente a quantidade de carga elétrica armazenada. A corrente máxima depende também da taxa de descarga, normalmente indicada pela letra C.
Uma bateria de 2.200 mAh, equivalente a 2,2 Ah, com especificação de 20C teria uma corrente teórica calculada por:
2,2 Ah × 20 = 44 A
Esse cálculo não garante que a bateria fornecerá essa corrente continuamente em qualquer condição. Qualidade, temperatura, estado de conservação, conectores e critérios do fabricante influenciam o resultado real.
A ligação em série aumenta a corrente?
A ligação em série aumenta a tensão, mas não soma a capacidade em ampères-hora nem o limite de corrente de cada célula.
Todas as células do caminho em série conduzem a mesma corrente. O desempenho do conjunto fica limitado pela célula ou grupo mais fraco.
Se uma das células possuir menor capacidade ou maior resistência interna, ela poderá descarregar e aquecer mais rapidamente.
A ligação em paralelo aumenta a corrente disponível?
Em um conjunto corretamente projetado com células equivalentes, a corrente pode ser dividida entre os ramos em paralelo. Isso pode aumentar a capacidade total de fornecimento.
Entretanto, a divisão não é necessariamente perfeita. Pequenas diferenças de resistência interna, temperatura e estado de carga influenciam a corrente de cada célula.
Por isso, fabricantes utilizam células compatíveis e processos controlados na montagem dos packs.
Posso ligar pilhas diferentes em série?
Não é recomendável misturar células com:
- químicas diferentes;
- capacidades diferentes;
- estados de carga diferentes;
- idades muito diferentes;
- níveis de desgaste distintos;
- marcas e características incompatíveis.
Em série, a célula mais fraca limita o conjunto. Ela pode descarregar antes das demais e sofrer inversão de polaridade ou outros danos.
Mesmo em pilhas comuns, o ideal é utilizar células do mesmo tipo, marca, capacidade e lote, substituindo todo o conjunto ao mesmo tempo.
Posso ligar baterias em paralelo?
Ligações em paralelo exigem ainda mais atenção, principalmente com baterias de lítio.
Se duas baterias estiverem em tensões diferentes e forem conectadas diretamente, poderá surgir uma corrente elevada entre elas. Essa corrente não passa pelo equipamento: flui de uma bateria para a outra na tentativa de igualar as tensões.
Isso pode provocar:
- aquecimento;
- faíscas;
- danos aos conectores;
- deterioração das células;
- inchaço;
- incêndio.
Baterias não devem ser colocadas em paralelo apenas porque possuem conectores compatíveis.
É necessário considerar tensão, química, capacidade, resistência interna, estado de carga e corrente de equalização.
É seguro montar uma bateria LiPo em casa?
Compreender as ligações em série e paralelo é importante, mas isso não significa que seja seguro fabricar um pack LiPo sem conhecimento e equipamentos adequados.
Células de lítio podem liberar grande quantidade de energia em caso de:
- curto-circuito;
- perfuração;
- aquecimento;
- sobrecarga;
- descarga excessiva;
- ligação incorreta;
- falha de isolamento.
Não solde diretamente células tipo pouch sem conhecer sua construção e o procedimento recomendado. O calor pode danificar a vedação ou a estrutura interna.
Para uso no modelismo, a opção mais segura é adquirir uma bateria montada por fabricante confiável, com fios, conectores e terminal de balanceamento apropriados.
BMS e balanceador são a mesma coisa?
Não.
O balanceador procura reduzir as diferenças de tensão entre as células durante determinados processos de carga.
O BMS, ou sistema de gerenciamento da bateria, pode reunir funções como:
- proteção contra sobrecarga;
- proteção contra descarga excessiva;
- limitação de corrente;
- monitoramento de temperatura;
- balanceamento;
- desconexão diante de falhas.
Nem toda bateria LiPo de modelismo utiliza um BMS integrado. Muitas dependem do ESC, do alarme de baixa tensão e do carregador balanceador para operar dentro dos limites.
Por isso, não se deve presumir que toda bateria de lítio possui proteção interna.
Ligação em série de baterias prontas
Algumas aplicações utilizam duas baterias prontas ligadas em série para obter uma tensão maior. Isso só deve ser feito quando:
- o equipamento aceita a tensão total;
- as baterias possuem a mesma configuração;
- capacidades e características são compatíveis;
- ambas apresentam estado de carga semelhante;
- cabos e conectores suportam a corrente;
- o fabricante permite a utilização.
Duas baterias 2S em série produzem uma tensão equivalente a uma configuração 4S. Consequentemente, motor, ESC e demais componentes precisam suportar a tensão resultante.
Ligação em paralelo de baterias prontas
Quando duas baterias são ligadas em paralelo, a tensão permanece igual e as capacidades se somam.
Por exemplo, duas baterias 3S de 2.200 mAh poderiam formar, idealmente:
- 11,1 V nominais;
- 4.400 mAh.
Essa montagem somente deve ser feita com baterias compatíveis e praticamente na mesma tensão antes da conexão.
Uma diferença aparentemente pequena pode causar uma corrente de equalização elevada devido à baixa resistência interna das baterias.
Carregamento em paralelo exige conhecimento
Placas de carregamento paralelo permitem ligar várias baterias ao mesmo carregador, mas sua utilização é uma prática avançada.
Antes da conexão, as baterias precisam apresentar:
- mesma quantidade de células;
- mesma química;
- tensões muito próximas;
- polaridade correta;
- conectores compatíveis;
- bom estado físico.
Fusíveis e placas apropriadas podem acrescentar proteção, mas não eliminam todos os riscos.
Para quem está começando, carregar cada bateria separadamente pelo modo de balanceamento é uma abordagem mais simples e segura.
Como medir uma ligação em série
Para verificar o resultado com um multímetro:
- selecione a escala de tensão contínua;
- coloque a ponta preta no negativo livre do conjunto;
- coloque a ponta vermelha no positivo livre;
- leia a tensão total;
- confira a polaridade indicada.
Em duas pilhas de 1,5 V carregadas, a leitura deverá ficar próxima de 3 V. O valor real depende do tipo e do estado das pilhas.
Se uma célula for instalada ao contrário, sua tensão poderá ser subtraída em vez de somada.
Como medir uma ligação em paralelo
No paralelo, coloque a ponta preta no barramento negativo e a ponta vermelha no barramento positivo.
A tensão medida deverá ser semelhante à tensão de uma única célula.
A capacidade não pode ser verificada diretamente pela simples escala de tensão do multímetro. Para medir capacidade, é necessário realizar uma descarga controlada e acompanhar corrente e tempo com equipamento apropriado.
Erros comuns nas ligações
Os erros mais frequentes são:
- inverter uma célula;
- confundir série com paralelo;
- somar capacidade na ligação em série;
- somar tensão na ligação em paralelo;
- misturar pilhas novas e usadas;
- combinar químicas diferentes;
- ligar baterias em paralelo com tensões diferentes;
- ignorar a capacidade dos fios;
- utilizar conectores subdimensionados;
- tentar carregar o conjunto com equipamento incompatível;
- não monitorar individualmente as células em série.
Em baterias de alta corrente, um erro pode provocar aquecimento em poucos segundos.
Série ou paralelo: qual ligação escolher?
A escolha depende do que o equipamento precisa.
Utilize uma configuração em série quando for necessário aumentar a tensão. Utilize uma configuração em paralelo quando o projeto precisar manter a tensão e aumentar a capacidade.
Antes de decidir, verifique:
- tensão exigida pelo equipamento;
- consumo de corrente;
- autonomia pretendida;
- espaço disponível;
- peso do conjunto;
- limites do motor;
- capacidade do ESC;
- tipo de carregador;
- necessidade de balanceamento;
- segurança das conexões.
Não se deve aumentar a tensão sem confirmar se todos os componentes suportam o novo valor.
Conclusão
A ligação em série soma as tensões das células, enquanto a capacidade em ampères-hora permanece igual. Na ligação em paralelo, a tensão permanece a mesma e as capacidades são somadas.
Essa base permite compreender as indicações encontradas nas baterias LiPo:
- S representa as células ou grupos em série;
- P representa os caminhos ou grupos em paralelo;
- 3S possui três células em série;
- 2S2P combina série e paralelo.
Embora o princípio possa ser demonstrado com pilhas comuns, as baterias LiPo exigem cuidados adicionais. Células de lítio armazenam muita energia e não devem ser combinadas sem conhecimento, compatibilidade e proteção adequados.
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