O Carregador
Um carregador simples consiste numa fonte que estabelece uma corrente
em sentido contrário na célula, pilha ou bateria que deve ser
recarregada. Como a resistência interna de uma bateria varia com a carga
e normalmente é muito pequena, é preciso agregar à essa fonte algum
dispositivo para limitar a um valor seguro a corrente de carga, conforme
mostra a figura 7.
Um carregador simples de bateria - G1 e G2 são
ligados aos pólos da bateria e o resistor de 10 ohms serve como
limitador de corrente.
Nos carregadores mais simples, o que se tem é apenas um limitador de
corrente com um valor que determine a corrente que no tempo indicado
pelo fabricante consiga repor toda sua carga.
Veja que não devemos (e não podemos) fazer circular uma corrente
excessiva no processo de recarga. Ao circular, a corrente não só repõe a
energia na célula como também, devido à sua resistência elétrica, gera
calor aquecendo a bateria.
O aquecimento excessivo pode ter conseqüências perigosas para a
integridade da bateria indo desde o dano dos eletrodos e da própria
substância química do eletrólito até a explosão da bateria pela formação
de gases sob pressão!
Nas células recarregáveis de todos os tipos é indicada a corrente
recomendada pelo fabricante para uma carga segura, conforme mostra a
figura 8.
Nestas baterias a corrente de carga é normalmente
1/10 da capacidade (400 mA para uma bateria de 4000 mAh) e é indicado
seu valor para 16 horas. Para carga rápida, a corrente é maior.
No entanto, as baterias modernas e os carregadores exigem mais
cuidados do que simplesmente aplicar uma corrente no sentido inverso por
certo tempo. Isso nos leva aos carregadores "inteligentes".
Carregadores Inteligentes
Para se obter uma carga mais rápida, mais eficiente (com menor gasto
de energia) e que também prolongue a vida útil da célula, pilha ou
bateria, são usados diversos recursos nos carregadores.
Assim, um primeiro recurso simples para a carga consiste em se
utilizar o regime de corrente constante. Numa célula completamente
descarregada a tensão nos seus terminais é baixa. Assim, ao aplicarmos a
tensão do carregador, a diferença entre sua tensão e a da bateria é
elevada. Isso faz circular uma corrente inicial elevada, conforme mostra
a figura 9.
À medida que a bateria se carrega a corrente através dela diminui
À medida que a bateria se carrega, a tensão nos seus terminais sobe
se contrapondo à tensão do carregador. Com isso a corrente na bateria
diminui gradualmente até que no final do processo ela é pequena. A curva
de carga não é, portanto, linear, conforme mostra a figura 10.
Curva de carga para a tensão, numa bateria de carro
Uma fonte de corrente constante faz circular uma corrente por uma
carga com uma intensidade que independe da sua resistência ou da tensão
que ela apresenta. Assim, o processo de carga de uma bateria com uma
fonte de corrente constante se faz com a mesma intensidade do início ao
final.
Outro recurso encontrado em alguns carregadores consiste na
temporização automática. O carregador interrompe a corrente depois de um
certo tempo programado, que é o especificado.
Mas os carregadores mais sofisticados são muito mais completos
contendo recursos como o monitoramento constante da carga, da
temperatura e outras características importantes da célula.
Monitorando a Carga
Diversos fabricantes de microcontroladores apresentam projetos de
carregadores inteligentes de baterias que possuem recursos importantes.
Estes recursos vão desde a adoção de regimes especiais para a carga em
termos de tempo, como também a monitoração da tensão.
Assim, damos como exemplo a curva de carga de um carregador sugerido
pela Texas, que o leitor interessado pode encontrar em artigo completo
no site em MIC008, utilizando o microcontrolador MSP430
Carga inteligente com o MSP430.
Veja que neste circuito, a corrente varia com o tempo no processo de
carga completa.Seu funcionamento pode ser explicado da seguinte forma:
A capacidade de uma bateria é expressa como capacidade C, dada em
mA-h. Por exemplo, uma bateria de 500 mAh tem uma taxa C de 500 mA. A
correspondente da 1 C é 500 mA e a corrente de 0,1 C é de 50 mA.
Assim, levando em conta essa informação, a carga de uma bateria Li-Ion deve ser feita em três etapas:
* Carga lenta - uma pré-carga feita com uma corrente de 0,1 C.
* Carga rápida - uma carga com corrente constante feita com 1 C.
* Etapa de tensão constante
Durante a carga lenta, a bateria é carregada com uma corrente de 0,1
C. Isso vai ocorrer quando a bateria estiver com uma tensão menor do 2,5
V.
Algumas baterias de Nicad são recarregadas sem que haja necessidade
de uma descarga completa, o que faz com que elas passem a apresentar o
"efeito memória".
As baterias Li-Ion não têm esse problema, podendo ser totalmente
carregadas antes de uma descarga total. Portanto, o procedimento de
carga lenta raramente é empregado com esse tipo de bateria.
A carga rápida (com corrente constante e tensão constante) é a fase
mais importante no processo com esse tipo de bateria. Muitas baterias
Li-ion estarão plenamente carregadas com uma tensão de 4,1 V ou 4,2 V.
Assim, a bateria é carregada com corrente constante de 1 C até a
tensão alcançar 4,1 V ou 4,2 V. O circuito mede continuamente a corrente
de sensoriamento - a corrente num resistor sensor ligado em série
(Rsense) ajustando o ciclo ativo do PWM com o Microcontrolador. Quando a
tensão alcançar esse valor, o circuito passará a operar no modo de
carga com tensão constante.
Quando isso acontece, o circuito passa a funcionar como uma fonte de
tensão fixa de 4,1 V ou 4,2 V. Nesse ponto, a resistência interna da
bateria começa a cair, o que exige uma compensação para manter a
corrente abaixo de0,1 C.
Quando a bateria está completamente carregada, a maiort parte da
energia será convertida em calor. Assim, uma sobrecarga pode causar um
sobreaquecimento e até explosão. De qualquer forma, isso reduz a vida
útil da bateria.
As baterias Li-Ion são extremamente sensíveis a sobrecarga, o que
significa a necessidade de se controlar com precisão de 50 mA a tensão
de 4,1 V ou 4,2 V do processo de recarga.
Alguns métodos permitem determinar quando uma bateria está completamente carregada. Esses métodos são:
* Durante o processo de carga com tensão constante, quando a corrente
cai para 0,1 C a bateria se encontra completamente carregada.
* Determinar a temperatura da bateria de modo a se determinar quando começa a ocorrer o sobreaquecimento.
* Usar um método de temporização seguro. Quanto mais o tempo passar
de um valor considerado ideal para a carga, a bateria poderá ser
considerada completamente recarregada. (veja mais no artigo da Texas
Instruments MIC
008)
O Efeito Memória
O efeito-memória que pode aparecer em baterias recarregáveis (Nicad)
de telefones sem fio, telefones celulares, e muitos outros aparelhos,
sejam de tipos antigos quer sejam novas mas de marcas pouco
recomendáveis é bastante desagradável.
Este efeito consiste no fato de que a bateria "memoriza" a carga
adquirida no último processo de carga e não consegue ultrapassá-lo. Se a
bateria, uma vez que seja, foi carregada com apenas uma pequena parcela
de sua carga total, nas cargas seguintes ela não consegue mais adquirir
a carga completa por mais tempo que a deixemos no carregador, conforme
mostram as curvas da figura 12.
A terceira carga "memoriza" o nível da segunda carga e só vai até ele.
As baterias modernas, principalmente as usadas nos telefones
celulares não possuem mais este efeito e podem ser carregadas com
facilidade até o máximo em qualquer condição.
Existem também aquelas que podem ser recuperadas se, ao manifestarem o
efeito memória, forem descarregadas completamente e depois submetidas a
uma carga completa.
A descarga completa pode ser feita com sua ligação a um dispositivo
de certo consumo como, por exemplo, uma lâmpada incandescente comum,
conforme mostra a figura 13.
Fazendo a descarga completa de uma bateria.
No entanto, para os casos em que este procedimento não resolve existe
uma possibilidade interessante que é a base de nosso artigo.
COMO FUNCIONA
Quando a bateria não consegue mais ultrapassar certo valor de carga o
que se pode fazer é forçar por um pequeno intervalo de tempo a passagem
de uma corrente intensa através dela, o suficiente para "quebrar" o
efeito-memória e a carga prosseguir.
É claro que isso não pode ser feito de modo descontrolado, pois uma
corrente muito intensa pode danificar a bateria que então ficará
irremediavelmente perdida.
Uma possibilidade é a explorada neste artigo e adotada por muitos técnicos: uma descarga de um eletrolítico de alto valor.
Temos então o circuito simples da figura 14 que consiste num
"recuperador de baterias com efeito-memória" e que usa pouquíssimos
componentes.
Um "recuperador" de baterias de Nicad com problema de "efeito memória".
Quando ligamos o circuito em poucos segundos o capacitor de 2 200 µF
se carrega com uma tensão da ordem de 16 volts (pico da tensão de 12
volts do transformador).
Pressionando S
1 por um instante este capacitor se descarrega pela bateria "quebrando" a barreira imposta pelo efeito memória.
Para usar basta pressionar o interruptor algumas vezes em intervalos
de 3 a 4 segundos (de modo a dar tempo para a carga do capacitor) e
depois levar a bateria ao carregador normal.
Não deixe o interruptor pressionado por muito tempo nem utilize o procedimento muitas vezes.
Este procedimento também pode funcionar na recuperação de baterias que já não mais aceitam carga alguma.
É importante também manter o resistor de qualquer maneira no
circuito, pois ele limita a corrente na bateria mesmo quando o
interruptor é fechado.
Fonte:http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/como-funciona/2630-art448?showall=1&limitstart=