Aprendendo a Carregar as Baterias (Nicd & NiMH)

Aprendendo a Carregar as Baterias (Nicd & NiMH)

*Pôr Revista SE Modeler Vol.4 no.3

Carregando as baterias

1. Geral

Tudo que for falado neste texto é aplicado tanto para baterias de Níquel Cádmio ( NiCd ) como Níquel Metal Hidreto ( NiMH ).

Primeiramente convém lembrar a diferença entre uma bateria recarregável e uma bateria não- recarregável ( pilha ) .

Embora ambas tenham o mesmo princípio de funcionamento - a geração de energia elétrica a partir de uma reação química - na bateria não recarregável ( pilhas comuns de Zinco Manganês, Alcalinas e algumas de Lítio ) , a reação quimica que produz energia é irreversível, enquanto nas baterias recarregáveis a reação é reversível.

Vejamos o que isso quer dizer.

Numa pilha comum não recarregável, os elementos químicos internos combinam-se de modo que nos terminais da bateria apareça uma determinada voltagem ( geralmente 1,5 volts ). Ao ligar essa bateria num equipamento qualquer, esse irá "puxar" uma corrente elétrica da pilha, fazendo com que no interior da mesma os elementos químicos reajam entre si para manter a corrente elétrica circulando no equipamento.

Como não é nosso objetivo estudar Química nesse espaço, basta que se saiba que enquanto o equipamento estiver funcionando, os componentes internos da pilha estarão reagindo e produzindo energia para o mesmo.

Não precisa ser nenhum "expert" no assunto para concluir que depois de um determinado tempo a reação vai enfraquecendo até cessar completamente. Nesse momento dizemos que a pilha "gastou", ou seja, não tem mais como produzir energia elétrica.

Isso acontece porque os elementos internos da pilha não tem mais como reagir produzindo energia elétrica. Eles simplesmente gastaram.

A pilha portanto é um dispositivo GERADOR DE ENERGIA ELÉTRICA, porque no momento que são combinados os elementos quimicos que a compõe, imediatamente aparece em seus terminais uma voltagem indicando que a pilha pode ser utilizada para alimentar um equipamento qualquer.

Na bateria recarregável, duas coisas diferem da pilha comum. A voltagem é de 1,25 volts (menos a de Lítio que é 3 volts) e os elementos internos são recombináveis. É justamente essa última caracteristica que vai permitir que a bateria seja novamente carregada.

A bateria recarregável logo depois de construída, necessita ser carregada sob pena de não poder ser utilizada. Isso porque diferente da pilha comum que imediatamente começa a produzir energia, a bateria se mantém neutra, ou seja não produz nada.

Ao fazer uma corrente elétrica atravessar a bateria, essa irá gerar entre seus elementos químicos uma reação através da qual a bateria passará a acumular parte da energia aplicada.

Como em toda a reação quimica, o processo de carregamento da bateria continuará até que os seus elementos quimicos não consigam mais se combinar acumulando energia. Nesse ponto dizemos que a bateria está completamente carregada. Se prosseguirmos o processo de carga além desse ponto, teremos o aumento da pressão interna na bateria, pela formação excessiva de gases além do aumento da temperatura.

Durante a descarga a bateria se comporta como se fosse uma pilha comum liberando a energia acumulada produzinda por uma reação INVERSA daquela que ocorre durante a carga.

A utilização de componentes que recombinam seja na carga ou na descarga possibilita a utilização da bateria inúmeras vezes fazendo com que a mesma bateria permaceça por longo tempo fornecendo energia aos equipamentos.

Mesmo sendo feitas com elementos que podem se recombinar muitas vezes, as baterias recarregáveis também tem um determinado tempo de vida útil, quando começam gradativamente a perder a capacidade de reter a carga.

A durabilidade da bateria é especificada pelo fabricante, e é expressa em CICLOS ou RECARGAS. Entenda-se um ciclo como quantas vezes a bateria pode ser descarregada e carregada novamente.

Por exemplo as baterias de NiCd tem sua vida média estabelecida em 1000 ciclos - ou 1000 recargas. As baterias de NiMh por outro lado tem a vida um pouco mais curta, 600 ou 700 recargas dependendo do fabricante.

Assim como a capacidade da bateria ( expressa em mA/h ), o número de recargas definido pelo fabricante É SEMPRE O MÍNIMO.. Vale dizer então que na prática, se a bateria for bem cuidada esses números serão maiores.

Pelo exposto, verificamos que pilhas e baterias NÃO SÃO A MESMA COISA como muita gente pensa.

Enquanto a primeira GERA ENERGIA a segunda apenas ARMAZENA ENERGIA.

2. Tipos de carregadores

Os carregadores para as baterias de NiCd e NiMh são básicamente de dois tipos:

Voltagem Constante e Corrente Constante.

Carregador de Voltagem Constante

É o carregador mais comum porque é mais simples e barato de ser construído. Nesse modelo de carregador a voltagem aplicada na bateria é alguns volts acima da voltagem máxima que a bateria vai apresentar quando estiver carregada. Não possui nenhum circuito para controlar a carga apenas um pequeno resistor que limita a corrente para a bateria quando esta estiver descarregada.

Ná prática o próprio carregador se "auto regula", ou seja, como a voltagem fornecida é sempre a mesma, no início da carga, quando a bateria está sem carga a corrente fornecida pelo carregador é máxima, geralmente 10 a 20% maior que a corrente nominal da bateria ( C/10 - 10% da capacidade da bateria ). A medida que a bateria é carregada a sua voltagem vai aumentando aproximando-se cada vez mais da voltagem fornecida pelo carregador. Consequentemente a corrente de carga vai diminuindo proporcionalmente também. Até que no final do período de carga estando as voltagens do carregador e da bateria bem próximas, a corrente fica reduzida a uns poucos miliamperes (mA).

Esta é a principal vantagem desse tipo de carregador, se o modelista esquecer ele ligado na bateria por um período maior que o necessário, difícilmente danificará a bateria por sobrecarga. É claro que esse tempo extra tem limite e estamos falando de algumas horas a mais e não alguns dias !

Os carregadores que se enquadram nesse tipo são aqueles fornecidos pelos fabricantes de RC. Também conhecidos pelos nomes "wall chargers" - carregadores de parede e " over night chargers" - carregadores noturnos, fazendo alusão que o período de carga extende-se por toda a noite.

Carregador de Corrente Constante

Este tipo de carregador é o indicado pelos fabricantes para carregar as baterias de NiCc e NiMh, porque permitem um processo de carga mais linear fazendo com que se consiga maior rendimento da bateria. Isso porque, sabendo-se a capacidade da bateria que se quer carregar e também qual a corrente que o carregador fornece continuamente, podemos fácilmente determinar o numero exato de horas que a bateria ficará carregada totalmente.

Composto de um circuito mais complexo que o tipo anterior, óbviamente é mais caro.

Os modelos mais simples são constituídos de uma fonte de corrente constante e um timer que desliga o carregador depois de um período pré determinado. Geralmente são projetados para carregar um numero fixo de baterias 2, 4 ou 6.

Já os modelos mais sofisticados além da fonte de corrente possuem microprocessadores que controlam os parâmetros mais importantes do carregador, tais como: Número de células a serem carregadas ( 1 a 30 ) , valor da corrente de carga ( de alguns miliampéres (mA ) até vários ampéres ( A ) e finalmente o tempo que deve durar a carga.

A presença de um dispositivo de controle do tempo de carga é necessário porque ao contrário do carregador de voltagem constante onde a corrente de carga ia diminuindo com o passar do tempo, nesse carregador como o próprio nome diz a corrente de carga se mantém constante enquanto ele estiver ligado na bateria.

Convém lembrar que a bateria não tem "ladrão" como o existente nas caixas dágua, se a corrente de carga for aplicada além do tempo necessário para completar a carga a bateria irá esquentar e abrir a válvula de segurança liberando os gases produzidos em excesso e junto com eles o eletrólito, inutilizando a mesma. ( Veja o artigo " A síndrome do fio prêto " )

Como exemplos desses carregadores podemos citar o Super Cycler, o Accu Cycler, Infinity e outros cicladores, cujos sistemas de carga utilizam carregadores de corrente constante.

3. Tempo de carga

Considerando que a principal caracteristica da bateria é capacidade de armazenar energia expressa em miliamperes/hora (mA/h ), a duração da carga é, juntamente com a corrente de carga, o parâmetro mais importante do processo de carga das baterias de NiCd e NiMh.

Utilizando-se um carregador de corrente constante, podemos estabelecer a relação corrente de carga / tempo de carga que melhor nos agradar. Digamos que temos um carregador totalmente programável e queremos carregar uma bateria de 600mA/h. Se quisermos aplicar uma carga LENTA ( C/10 ou 10% da capacidade da bateria ), programaríamos o carregador para 60mA de corrente de carga durante um tempo de 14 horas. Aqui cabe um parêntesis. Muita gente se pergunta:- Se a bateria é de 600mA, e a carga é de 60mA ( 10% ) o tempo de carga não seria de 10 HORAS ? Porque são necessárias 14 HORAS então?

Essas quatro horas a mais são necessárias porque embora o carregador forneça uma carga em regime constante, as reações químicas no interior da bateria não se processam linearmente, e esses 40% a mais de tempo garantem que a reação no interior da bateria será completa ela estará completamente carregada.

Nada impede porem que o tempo de carga seja reduzido pelo aumento da corrente de carga. A regra é direta e simples.

60mA ---> 14 horas

120mA ---> 7 horas

240mA ---> 3,5 horas

É claro que essa relação tem seus limites senão poderíamos concluir que:

600mA ---> 1 hora

2400 mA ---> 15 minutos !

9600mA --- > 3,5 minutos !!!

Lógicamente com essa corrente de carga altíssima só conseguiríamos " explodir" a bateria em nossas mãos !

Alías, esse raciocínio aqui colocado em forma de piada TEM SIDO EMPREGADO POR ALGUNS AEROMODELISTAS QUE DISPÕE DE CARREGADORES PROGRAMÁVEIS !

É verdade que já soube de algumas mãos queimadas por baterias que literalmente "ferveram" !

A maioria dos fabricantes de baterias de NiCd e NiMh recomendam que a carga rápida ( FAST CHARGE ) aplicada nas baterias não exceda o valor da capacidade da mesma ( C ). Com isso a carga estaria completa em 1 HORA .

Outro fator que deve ser levado em consideração quando se aplica carga rápida numa bateria é a temperatura.

Um boa relação corrente de carga / tempo de carga irá produzir um leve aquecimento na bateria nos minutos finais da carga.

O aquecimento excessivo da bateria indica que ou a corrente de carga está elevada, ou o tempo de carga está muito longo ou ambos.

Sempre que possível carregue as suas baterias com carga LENTA ( 14 - 16 horas ) com uma corrente de carga de C/10. Essa prática extenderá a vida das baterias por muitos anos em perfeitas condições.

4. Cuidados.

1. Descarregue SEMPRE a bateria antes de carregar novamente. Observe sempre esse cuidado mesmo que a bateria seja de Metal Hidreto ( NiMh ) porque embora elas não apresentem o efeito memória, carregar uma bateria que ainda tem carga certamente irá aquecê-la demasiadamente, principalmente se o carregador for do tipo Corrente Constante.

2. Cuide para que a polaridade do carregador seja a mesma da bateria, sobretudo nos equipamentos onde os conectores possam ser colocados invertidos.

3. Controle a temperatura. Quando for utilizar métodos de carga não ortodoxos, faça isso durante o dia quando você ou alguem pode ficar observando a bateria. Isso evitará que a bateria possa "incendiar" enquanto você dorme tranqüilamente !

Equivalência Entre Baterias Recarregáveis*

Tipo	NiCd	NiMh	Lítio/Metal	Chumbo/Ácido
Fabricante	Sanyo	Sanyo	Tadiran	Gates
Modelo	N600AAC	HR-AA	TLR-7103	810-0004
Tamanho	AA	AA	AA	D
Voltagem da célula	1,2V	1,2V	3,0V	2V
Capacidade em mA/h	600	1250	800	2500
Potência em watt/hora	720	1500	2400	5000
Peso em gramas	23	27	17	1800
Densidade de potência [W.h/g]	31	56	140	28
Densidade de potência em relação a NiCd	1x	1,8x	4,5x	.9x
Custo em relação a NiCd	1x	2x	5x	.5x
Voltagem da célula com carga completa	1,4	1,4	3.4	2.4
Tensão mínima sob carga	0,8	1	2	1
Taxa máxima de carga em relação a capacidade	2 X	1 X	0,25 X	0,33 X
Taxa máxima de descarga em relação a capacidade	20 X	10 X	2,5 X	5 X
Resistência interna em miliOhms	16	30	60	120
Numero de ciclos de carga ( Vida util )	2000	500	400	300
Percentual mensal de auto descarga	15%	20%	1%	10%

NiCd - Níquel Cádmio

NiMh - Níquel Metal Hidreto