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Um pouco sobre Baterias

 Por Marcio Thomaz   

Utilizei alguns artigos da Internet, de livros, e do meu conhecimento próprio para montar este resumo, de forma que ficasse abrangente e de fácil leitura mas não muito profundo e técnico.

As baterias recarregáveis são responsáveis pelo funcionamento do sistema de R/C , equipamento que fornece energia para o funcionamento elétrico de todo o sistema de transmissão e recepção e ainda o funcionamento dos servos e dos motores elétricos(no caso de propulsão elétrica dos modelos).

As baterias recarregáveis se dividem na sua composição:

NíquelCádmio(NiCa)=> têm 1,2V por pilha (célula), relação custo/benefício muito bom; proporciona muitos ciclos de carga/descarga; ótima performance sob carga(mas de forma lenta); fácil de recarregar; tolerante a abusos; aceita bem carga rápida; auto descarga (descarga que ocorre quando a bateria não é utilizada) em menor nível. Utilizada em TX e RX , principalmente

 

NíquelMetalHidreto(NiMH) => têm 1,2V por pilha (célula), 30% a mais de capacidade em relação a uma bateria de NiCa ;pouco efeito memória; mantém performance máxima mais facilmente; seus componentes são menos agressivos ao meio ambiente; utilizada em TX e RX , principalmente

A tabela abaixo resume essas características, entre os 2 tipos.

Tipo NiCad NiMH
densidade de energia (Wh/Kg ) 50 75
nº máximo de ciclos (mínimo) 1.500 500
carga rápida 1,5 H 2/3 H
auto descarga média alta
corrente de descarga muito alta média
intervalo de reciclagem 30 dias 90 dias
efeito memória maior menor
custo menor maior

LiIon (Íons de Lítio) => têm 3,6V por célula;a tensão pode ser especificada como 2S ou 3S, significa 2 células em série (7,2V LiIon) ou 3 células em série (10,8V LiIon); alta capacidade de descarga, maior que as anteriores; mais leves que as anteriores, comparando o pêso de duas baterias de 2000mA por exemplo, uma de Ni Cd e outra de Litio, esta é 5 vezes mais leve; utilizada em modelos elétricos; um dispositivo Regulador/Monitor de voltagem é necessário; precaução: O Litio quando muito aquecido entra em combustão,PEGA FOGO !

LiPo (polímero de lítion) => têm 3,7V por célula; a tensão pode ser especificada como 2S ou 3S, significa 2 células em série (7,4V LiPo) ou 3 células em série (11,1V LiPo); alta capacidade de descarga, maior que as LiIon; mais leves que as LiIon, utilizada em modelos elétricos; um dispositivo Regulador/Monitor de voltagem é necessário; precaução : O Litio quando muito aquecido entra em combustão,PEGA FOGO !

Equivalência Entre Baterias Recarregáveis
(fonte: Revista SE Modeler Vol.4 no.3 )

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%

As duas características mais importantes de uma bateria são a tensão e a sua corrente

Tensão: é a voltagem que a bateria é capaz de fornecer e é medida em volts: 4,8V, 9,6V, etc.  Quanto maior a voltagem fornecida a um motor elétrico, mais rápido ele gira, até que, ultrapassando seu limite, ele queima. Por essa razão, quando alimentados por baterias de 6V os servos respondem mais rapidamente aos comandos .

os servos modernos podem ser alimentados com tensão de 6V , ganhando mais velocidade e torque, mas verifique primeiro as especificações dos seus servos.

Corrente: medida em miliAmperes/hora (mAh) ou Ampéres/hora(Ah) é o tempo durante o qual uma bateria é capaz de fornecer a energia necessária à operação de um sistema. Uma bateria de 1.000 mA é capaz de fornecer uma corrente de 1000 mA por uma hora, ou uma corrente de 500 mA por 2 horas .

A voltagem da bateria deve ser aquela para a qual foram projetados os equipamentos que ela vai operar, acima desse limite podem ocorrer danosou a queima desses equipamentos.

Quanto maior a corrente, mais tempo o sistema irá funcionar.

Para atingir essa voltagem necessária de um aparelho , diversas células ou pilhas são ligadas em série – o polo positivo de uma ao pólo negativo de outra, cujo polo positivo, por sua vez é ligado ao pólo negativo da seguinte e assim por diante. Quando se ligam diversas células em série a voltagem final resultante é a soma das voltagens de cada célula individual e a corrente total é igual à corrente de uma única célula.

Na conexão em paralelo todos os pólos positivos são ligados entre si, o mesmo com os pólos negativos, assim, a voltagem final é igual à voltagem de uma única célula e a corrente é igual à soma das correntes de todas as células.


Características Gerais

Efeito memória:

O termo vem do tempo em que as baterias de níquel cádmio “lembravam” quanto tinham sido descarregadas na última utilização e tinham a tendência de somente aceitar carga até aquele limite. Normalmente, o efeito memória nas baterias de NiCad, pode ser eliminado reciclando a bateria (descarga a 1V por célula e carga em seguida). Repetido uma vez por mês o efeito memória não mais ocorre. Nas baterias de NiMH, 3 meses .

Auto descarga:

É quando as baterias de NiCad ou NiMH, descarrega sozinha. Uma bateria de NiCad perde, em um dia, 10% de sua capacidade nominal, o que é aceitável. Quando descarregam mais que isso , há algo de errado com as baterias ou carregadores. Se a perda for mais de 30% ,é irrecuperável.

Corrente de descarga:

Máxima corrente que a bateria pode fornecer. A unidade de descarga é o C, equivale a capacidade total da bateria, isto é, uma bateria de 1.000mA descarregada a 1 C estará fornecendo uma corrente de 1.000mA, a 0,5C uma corrente de 500 mA e a 2C uma corrente  de 2.000mA.

Cuidados com suas baterias

Muito cuidado em comprar baterias de alta capacidade , procure sempre de marcas conhecidas e em lojas, não em camelôs. Aplicação de 3 ciclos de carga no novo pack, é a primeira coisa a ser feita. O transmissor tem uma indicação de carga que mostra, a cada momento, a situação no mesmo, quando ligado, portanto, é fácil de antever a necessidade de recarga. No modelo coloque um voltímetro em paralelo com a bateria e meça se há queda de tensão quando a bateria movimenta dos servos. Uma bateria com carga total deve ter 6V; uma queda para menos de 5V quando sob carga determina se é necessário o recarregamento da bateria. Lembre-se que uma bateria de NiCad tem um fluxo de descarga próprio: após a carga ela pode apresentar uma voltagem ligeiramente acima da nominal (até 1,4V) e quando em uso, essa voltagem rapidamente cai até o valor de 1,2V. A partir daí, a queda de voltagem é muito lenta até o momento que a bateria atinge seu limite, quando a voltagem então cai subitamente a níveis que não permitem que ela continue a ser usada. Se por um lado faz com que a bateria possa ser utilizada até o fim de sua carga com a mesma performance, por outro não dá nenhum aviso que permita distinguir entre uma bateria pronta para uso e outra que precisa de carga.

A bateria de NiMH reduz a voltagem de trabalho a medida que se descarrega o que permite “ver” que sua bateria está se descarregando.

Para determinar a corrente de suas baterias , recicle-a, carrregue-a completamente e depois que ela esfriar ligue-as a uma carga conhecida,por exemplo, uma lâmpada automotiva de 6V e 6W. Esta lâmpada drenará da bateria 1A/h (6W/6V). Marque o tempo, coloque um voltímetro em paralelo com a lâmpada e verifique quanto tempo a bateria leva para atingir 1V em cada célula. A capacidade real de sua bateria, independentemente do que registrar o rótulo da mesma, será definido pela equação:

A = t / C

Onde:

A = corrente da bateria, em mA
t = tempo que a bateria levou para descer para 1V em cada célula, medido na forma decima
l
(1 hora=1, ½ hora=0.5,1H:45=1,75, etc.)
C=carga a que a bateria foi submetida (no exemplo, 1 A )


Como montar seu próprio Pack de Baterias

Adquira em um fornecedor idôneo as suas baterias que precisa para formar um pack com a voltagem e corrente que deseja, e de preferência as de marcas conhecidas (cuidado, adquira beterias com a mesma corrente). Depois cole(pode ser cola quente, mas não use muita cola)as células umas as outras sempre uma invertida em relação a outra , para que facilite a soldagem entre os pólos. Isso vai dar rigidez mecânica ao pack que é muito impotante em caso de packs que vão onboard nos modelos. Agora vem a soldagem, recomendo estanhar primeiro os contatos das baterias com muito cuidado. Limpe os contatos e derreta um pouco de solda com o ferro de soldar nos pólos das baterias, para facilitar voce poderá dar uma lixadinha ou uma raspada nos pólos para que a solda pegue mais rápido , mas muito cuidado para não aquecer muito, somente poucos segundos de contato entre o ferro desoldar e a bateria. No primeiro pólo positivo deverá ser soldado o fio vermelho do conector e no último pólo negativo do pack será soldado o fio preto do conector , mas antes de soldar qualquer fio, estanhe as pontas a serem soldadas. Depois com um pedaço de fio, solde uma ponta de fio no primeiro pólo negativo e a outra ponta no segundo pólo positivo que está ao seu lado; no lado oposto do pack está o segundo pólo negativo e o terceiro pólo positivo solde-os da mesma forma anterior , e assim por diante. Evite grande quantidade de solda nos contatos, somente o suficiente para fixar os contatos. Por último o acabamento , que pode ser feito com adesivo termo retrátil ou com fita adesiva mas sempre com cuidado de não encher muito o pack , pois pode não caber , por exemplo, dentro do compartimento de baterias do TX. Se for feito com cuidado não será necessário o acabamento. Após o término da confecção do pack, submeta a três ciclos completos de carga e descarga.

Como verificar a tensão(V) com um multímetro

Felizmente os transmissores tem algum tipo de indicativo(voltímetro analógico , digital ou por LEDs) de como as baterias em seu interior estão , indicando quando é necessário a recarga, embora não sejam muito precisos; mas no pack que vai no interior (onboard) dos modelos , precisamos de uma maneira que nos indique a necessidade de recarga ou não.
O multímetro tem uma escala(voltímetro) onde é medida a tensão(V)
, sendo que temos que medir o pack sempre com carga , ou seja, em uso , com o receptor ligado. Devemos ligar os terminais do multímetro em paralelo com a bateria , respeitando os pólos.

Observe que no multímetro há várias escalas , escolha a de DCV e com um valor que seja um pouco maior do que a voltagem do pack.

Conte o número de baterias tem seu pack, por exemplo, seu pack teria 4 baterias formando um total de 4,8V , se o mostrador indicar um valor de 3,6 a 4V , está na hora de recarregá-las . Diante disso podemos dizer que o valor mínimo é de 0,9V a 1V por bateria.

Carregadores de Baterias

As baterias de NiCd/NiMh (tensão nominal de 1,2V) a tensão máxima da bateria é de 1,68V(1,2V x 1,4, este 1,4 é o fator para determinarmos a tensão necessária para uma recarga ideal), ou seja, precisa-se de 1,68V por célula para conseguir carregá-la. Portanto, para carregar uma bateria de 8 células (9,6V), precisa-se no mímimo de 8 x 1,68V = 13,44V. Com menos do que isto a capacidade total não será alcançada.

As baterias NiCd/NiMh podem ser carregadas de 3 maneiras:


Carga lenta: o recarregamento da bateria ocorre 1/10C de sua corrente, ou seja, uma bateria de 800mAh é recarregada com uma corrente de 80mA, e assim por diante). O tempo para carregar é calculado da seguinte forma: multiplique o valor da corrente de sua bateria por 1,5( fator necessário de corrente para uma recarga ideal, no caso 800mA x 1,5 = 1200mA )e depois divida o resultado anterior pela corrente fornecida pelo recerregador. No caso de uma bateria de 800mA, 800 x 1,5 = 1200, 1200 / 80 = 15 horas. Outro modo é dividir o valor da corrente de sua bateria pela corrente fornecida pelo seu recarregador e depois multiplique o resultado obtido por 1,5; 800 / 80 = 10, 10 x 1,5 = 15 horas.Este modo é muito seguro e não compromete a vida útil de suas baterias.

Por tempo: Este método poderá ser utilizado em carga lenta ou rápida. Se voce tiver em mãos um carregador de 500mA e baterias de 1000mA , o tempo de recarga seria de 2 horas na teoria, sempre demora um pouco mais, na prática demora 1000 x 1,5 = 1500, 1500 / 500 = 3 horas.

Detecção de pico: este tipo carregador detecta se a voltagem aumenta bruscamente, indicando que a bateria está com carga completa. Nas baterias de NiCd este método é o mais seguro, pois permite carga rápida sem sobrecarregar as baterias.


Nas baterias de LiIon/LiPo é possível saber se estão carregadas ou não pela tensão(V), o nível máximo das LiIon é de 4,1V por célula, e de LiPo 4,2V por célula. Estas baterias necessitam de carregadores com tensão e corrente constantes

Carregador de voltagem constante:

carregador que limita a voltagem de carga a um limite pré-fixado mas reduz a corrente enquanto mantém esse limite.

Carregador de corrente constante:

carregador que mantém a corrente constante durante a carga, flutuando a voltagem.

Nas baterias de NiCd e NiMh, a carga rápida não deverá exceder o valor da capacidade da mesma ( C ), isso significa que a carga estaria completa em 1 HORA em teoria.
Uma pequena elevação na temperatura nas baterias é aceitável.
Sempre verifique a bateria do rádio e examine o estado dos terminais. Se a parte metálica dos contatos apresentar algum tipo de oxidação azulada, substitua a bateria no menor tempo possível.
O ideal é ter em mãos um descarregador de baterias ou um ciclador, podendo ainda utilizar um multímetro para verificar a tensão das baterias(cada unidade deverá ter no 1 V para começar a recarga). Evite recarregar baterias sem que elas estejam descarregadas. Há aparelhos no mercado de boa qualidade para serem adquiridos.

 

Esquemas simples

Segue abaixo dois esquemas simples e úteis para o hobby.

 

Um simples aviso de baixa voltagem para packs de 9,6 V

]

 

O esquema a seguir pode ser usado em conjunto com o TX, se o onboard estiver com defeito, ou em outras situações quando necessário.
Pode ser adotado um aviso sonoro ou visual(adotamos no esquema o visual) e o ajuste no trimpot
pode ser feito com um multímetro ou uma fonte regulável. O interessante deste esquema é que quando o pack atinge o valor determinado pelo trimpot , o LED acende , mas se a carga for menor , o LED ficará piscando 4 vezes por segundo.

 

Recarregador de Packs de 9,6 V e 4,6 V

 

Este simples esquema para NiCad, recarrega os packs de 9,6 V e 4,6 V.


Não utilize o rádio para descarregar as baterias, voce pode danificá-lo

 

Fontes:
Fórum Evoo
Shark Racing
http://www.rcbatteryclinic.com/
Página do Mano
http://www.uoguelph.ca
Física: Ciência e tecnologia - Nicolau & Toledo
Física - Avelino, Robortella & Edson
Radio Control Handbook - Howard G. Mcentee

 

 


Hobby Esportes: Divulgação do aeromodelismo e lealdade com o desportista


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