Guia Técnico --- Informações Essenciais sobre Carregadores e Baterias
O mercado em constante expansão de equipamentos portáteis está criando uma demanda crescente por baterias com melhor desempenho e maior vida útil. Para atender a esses critérios, a capacidade e o desempenho das baterias recarregáveis têm aumentado continuamente, desde a introdução das baterias comerciais de níquel-cádmio (NiCd) e de chumbo-ácido seladas (SLA) na década de 1960 até a introdução mais recente das tecnologias de níquel-hidreto metálico (NiMH) e íon-lítio (Li-I ou Li+). Cada tipo de bateria tem suas vantagens, mas a decisão sobre qual usar em uma aplicação específica pode depender tanto de considerações econômicas quanto de conveniência técnica.
Essenciais para baterias
A tabela mostra algumas características operacionais e de carregamento dos tipos de pilhas secundárias mais comuns. O desempenho varia de acordo com o fabricante, portanto, esses dados devem ser usados apenas como referência. As taxas máximas de carga permitidas também variam, mas, a partir delas e da capacidade em ampères-hora (C) da pilha, os tempos de carregamento rápido podem ser calculados de acordo com as fórmulas apresentadas. Lembre-se de que essas são regras práticas, baseadas em vasta experiência, e que a capacidade recuperada depende muito da condição inicial e da idade das pilhas.
| Característica | SLA(AGM) | NiCd | NiMH | Li+/Polímero de lítio |
| Densidade energética (Wh/kg) | 30 | 40 | 60 | 100 |
| Ciclos operacionais (típicos) | 300 | 800 | 500 | 800 |
| Temperatura de operação (°C) | 0~35 | 0~45 | 0~40 | 0~50 |
| Corrente máxima de carga (A) | 0,25C | 2C | 1C | 1C |
| Método de cobrança | Tensão constante | Corrente constante | Corrente constante | Corrente/Tensão Constante |
| Tempo de carregamento rápido (h) | C/A + 2 horas | C/A + 20% | C/A + 20% | C/A × 2 |
Carregadores compatíveis com baterias
Os usuários preferem um carregador que carregue as baterias o mais rápido possível. Mas a velocidade não é o único fator a ser considerado no design de um carregador. Se o carregamento puder ser feito durante a noite, o carregador de manutenção adequado pode ser muito compacto, já que não precisa fornecer muita corrente. Também é provável que seja leve, fácil de transportar e relativamente barato de produzir.
As baterias de chumbo-ácido seladas requerem carregamento com tensão constante e corrente limitada. Para baterias de chumbo-ácido seladas em modo de espera, o carregamento contínuo a 2,25 V/célula é adequado. Nessa tensão, a bateria não sobrecarregará e poderá permanecer conectada indefinidamente sem sofrer danos. O equivalente para baterias de níquel-cádmio (NiCd) e níquel-hidreto metálico (NiMH) é um carregamento com corrente constante de 0,1 C durante a noite (14 horas). Embora a maioria das células de chumbo-ácido seladas e de níquel-cádmio sejam adequadas para carregamento lento de longa duração, para baterias de níquel-hidreto metálico, o carregamento deve ser interrompido para evitar danos.
No entanto, quais são os fatores que precisam ser considerados ao especificar um carregador rápido? Taxas de carregamento rápido muito altas podem ser prejudiciais à vida útil das células. Nem sempre é prioridade para os fabricantes de baterias alertar sobre a redução da vida útil e os ciclos de recarga realistas e, mesmo quando o fazem, os detalhes podem não ser muito claros. O carregamento rápido bem-sucedido a taxas de até 2C requer monitoramento inteligente dos parâmetros da bateria em todas as etapas do ciclo de carregamento. A última geração de carregadores inteligentes consegue lidar com os efeitos dos circuitos de proteção e com as variações na temperatura de operação e na resistência de contato. Uma característica essencial dos carregadores rápidos é a redução automática da taxa de carregamento antes do início da sobrecarga e do consequente aumento da temperatura e da pressão.
As características de carregamento das células NiCd e NiMH são semelhantes, embora as NiMH gerem mais calor durante o carregamento e a tensão de pico seja menos evidente. Diversas técnicas de terminação de carga rápida com corrente constante são utilizadas em ambos os tipos de células. Estas incluem dV/dt, a taxa de variação da tensão próxima à tensão de pico; -dV, a queda na tensão da célula após o pico; e a detecção da temperatura da célula com carga completa. Circuitos para reformar e condicionar células danificadas, não formadas ou antigas antes do carregamento em massa também são altamente desejáveis para células à base de níquel. Obviamente, todos esses recursos têm um custo, mas sem essa sofisticação, danos sérios podem ser causados às células, limitando tanto a capacidade quanto a vida útil, além de representar riscos à segurança.
O carregamento de células de íon-lítio é semelhante ao de baterias de chumbo-ácido, ambas exigindo tensão constante com corrente limitada. No entanto, para íon-lítio, é vital que o carregador incorpore um corte de corrente no ponto final e um temporizador de segurança para proteção geral. Devido aos requisitos específicos de cada aplicação, os sistemas de carregamento de íon-lítio devem ser integrados ao projeto da bateria o mais cedo possível no processo de desenvolvimento. A nova geração de carregadores inteligentes de íon-lítio da Lawtronics atende aos critérios estabelecidos pelos fabricantes de células e pode ser configurada para atender à maioria das necessidades dos fabricantes de equipamentos originais (OEMs).
A tecnologia de baterias continua a evoluir lenta, mas firmemente, e o design inteligente de carregadores pode garantir que o usuário obtenha o máximo de benefícios.