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.

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 )

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 decimal
(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