Tudo sobre baterias nicd e nimh

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Tudo sobre baterias nicd e nimh

Mensagem  christianocosta em Dom Abr 03, 2011 10:39 pm

Dei uma pesquisadinha e axei esse post muito bom
BATERIAS PARA R/C

A eletricidade é responsável pela operação do sistema de rádio controle de nossos aeromodelos. No transmissor, ela permite a emissão do sinal de rádio que, captado pelo receptor, é interpretado e ativa os servos que vão atuar no leme e no acelerador.

A parte do sistema responsável pelo fornecimento dessa eletricidade é a bateria – um conjunto de células ligadas entre si, que armazenam e fornecem a eletricidade necessária.

As baterias usadas em R/C pertencem a um dos seguintes grupos:

convencionais: são as baterias que não podem ser recarregadas quando se esgota sua carga e que, por isso, são descartadas após o uso; pilhas comuns e alcalinas pertencem a essa categoria;

recarregáveis: como o próprio nome indica, são as baterias que podem ser recarregadas após o uso e que, por isso, tem uma vida útil muito maior. As baterias de NíquelCádmio (NiCad) e NiquelMetalHidreto (NiMH) são exemplos comuns.

Embora possa existir alguma controvérsia sobre a matéria, as baterias recarregáveis são cada vez mais usadas no campo do R/C. razão pela qual o capítulo a seguir trata, com exclusividade, desse tipo. Ainda mais, trata especificamente das baterias recarregáveis utilizados no sistema de rádio, deixando de lado, por exemplo, baterias recarregáveis de Íon de Lítio ou Lítio Poliéster, que ainda não têm aplicação comum. Baterias convencionais ou recarregáveis de outro tipo são apenas mencionadas quando, por necessidade de clareza, são feitas comparações no texto. Adicionalmente, o capítulo procura trazer informações ao nautimodelista que precisa saber o que fazer, como cuidar de suas baterias, a forma de utiliza-las de adequadamente. Procuramos evitar excesso de tecnicismos e explicações científicas sobre o que ocorre no interior da bateria, exceto quando isso é essencial ao entendimento. Se você sentir necessidade de uma análise mais profunda sobre o assunto – inclusive a razão científica do porque e como as coisas acontecem – procure os links pertinentes em minha página própria. São artigos e trabalhos técnicos escritos por experts no assunto, disponíveis na Rede.

As duas mais importantes características de uma bateria são a tensão que ela fornece e a sua capacidade.

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

Nota: todos os servos modernos podem ser alimentados com tensão de 6V sem problemas.

capacidade: medida em miliamperes/hora (mAh) é o tempo durante o qual uma bateria é capaz de fornecer a carga necessária à operação do sistema ao qual está ligada. 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 ou, ainda 2.000 mA por meia hora.

Decorre daí que a voltagem da bateria deve ser aquela para a qual foram projetados os equipamentos que ela vai operar – acima desse limite podem ocorrer danos irreparáveis a esses equipamentos. Diferentemente da voltagem, quanto maior a capacidade, melhor, mais tempo de operação do sistema, sem efeito negativo. O limite decorre do fato de que maior capacidade para uma mesma bateria implica em maior tamanho físico e em algum momento vamos atingir o ponto em que o tempo adicional obtido não justifica o tamanho da bateria que o aeromodelo tem que transportar. Em Aeromodelismo baterias com células tamanho AA são padrão e mesmo com esta limitação os fabricantes lançam, a cada ano, baterias nesse tamanho cada vez com maior capacidade.

A propósito, o que é uma célula?

É cada um dos componentes que ligados entre si formam a bateria. Cada célula de tamanho AA é capaz de fornecer 1,2V, daí por que são necessárias 4 células para montar uma bateria de 4,8V (4 x 1,2V) ou 5 para uma bateria de 6V (5 x 1,2V).

Para atingir essa voltagem as diversas células 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 sucessivamente. Quando se ligam diversas células em série a voltagem final resultante é a soma das voltagens de cada célula individual e a capacidade total é igual à capacidade de uma única célula.

Diferentemente, na conexão em paralelo todos os pólos positivos são ligados entre si, o mesmo acontecendo com os pólos negativos. Nesse tipo de conexão, a voltagem final é igual à voltagem de uma única célula e a capacidade é igual à soma das capacidades de todas as células. Como resultado, uma bateria de 5 células de 1,2V e 1.000mA ligadas em paralelo terá 1,2V e 5.000mA (5 x 1.000mA).

Como o receptor e os servos trabalham com 4,8V ou 6V, a ligação em paralelo não é usada em nossos sistemas. Além disso, as células de uma bateria de NiCd têm uma resistência interna muito baixa e a ligação em paralelo de células com níveis de carga diferentes resulta no fluxo de corrente da célula de maior capacidade para a menor, com aquecimento das conexões entre elas e até mesmo risco de explosão.

O desenho abaixo, que mostra a ligação de uma bateria com 5 células, cada uma com 1,2V e 1.000mA, esclarece o assunto. O resultado final é uma bateria com 6V e 1.000 mA na ligação em série e 1,2V e 5.000mA para uma ligação em paralelo.

Os próximos itens comparam as características específicas entre as baterias de NiCad e NiMH, aquelas comumente usadas em R/C.

NíquelCádmio:

- custo/benefício favorável;

- proporciona muitos ciclos (carga/descarga);

- ótima performance sob carga;

- fácil de recarregar;

- tolerante a abusos de uso;

- carga rápida é bem aceita auto descarga (descarga que ocorre mesmo quando a bateria não é utilizada) em menor nível.

Níquel Metal Hidreto:

- 30% a mais de capacidade em comparação com uma bateria de NiCad standard.

- menos afetada pelo efeito memória;

- menos exigente quanto a necessidade de reciclagem (descarga/carga) para manter performance máxima;

- seus componentes são menos agressivos ao meio ambiente.

A tabela abaixo resume essas características, comparando os 2 tipos; em negrito a característica preferível, para facilitar a consulta.
Tipo NiCd NiMh
densidade de energia (Wh/Kg 50 75
nº máximo de ciclos 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

Como se observa, as baterias de NiMH têm características superiores às de NiCad: maior capacidade de carga e menor efeito memória. Entretanto, e diferentemente do que se acredita, o efeito memória ainda existe, apenas em menor escala. A vantagem é que a bateria precisa ser reciclada menos freqüentemente para manter sua performance máxima. Entretanto, todas as demais características das baterias de NiCad são superiores: a durabilidade, o tempo de recarga, o tempo de autodescarga, a corrente que pode fornecer sob demanda e last but not least, o custo. Mais uma vez, você é seu próprio juiz. O que podemos dizer a respeito é que nós, na Shark Racing, já usamos os 2 tipos e, honestamente, não vimos nenhuma vantagem nas baterias de NiMH que justificasse o preço maior.

Efeito memória:

A vida útil de uma bateria recarregável vai se reduzindo ao longo do tempo, basicamente por conta do chamado efeito memória, que faz com que uma bateria, mesmo completamente recarregada, não seja capaz de operar a toda capacidade quando exigida. 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. Assim, deixando de usar a bateria até o fim de sua capacidade reduzia, a cada nova carga, a quantidade de energia que ela era capaz de armazenar. Isto não é mais verdade com as modernas baterias de níquel cádmio, mas o termo ficou. O que ocorre com essas baterias é o crescimento dos cristais de níquel e cádmio que as compõem quando elas são deixadas por muito tempo em carga lenta ou sistematicamente recarregadas sem uma descarga completa, que deve ser feita periodicamente. Em casos extremos o crescimento dos cristais pode até mesmo resultar no rompimento do separador interno, resultando em uma destrutiva auto descarga.

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 é um intervalo razoável para a operação.

Entretanto, pode ocorrer que a simples reciclagem não seja suficiente para recuperar a bateria. Nesses casos, o recondicionamento pode ser a solução: uma descarga lenta até 0,6V por célula, perfeitamente controlada para evitar a polaridade reversa, situação em que a bateria é descarregada além do limite e uma ou mais células nunca mais recuperam sua capacidade original, aumentando a auto descarga e inutilizando a bateria.

Auto descarga:

Fenômeno inerente a todas as baterias de NiCad ou NiMH, por meio do qual uma bateria, deixada em repouso, descarrega sozinha. Uma bateria de NiCad perde, em um dia, 10% de sua capacidade nominal, o que é aceitável. O problema ocorre quando, nesse espaço de tempo, a bateria se descarrega completamente, o que pode ser resultado de separadores de má qualidade em baterias baratas, carregadores também de má qualidade que “fritam” a bateria ou pura e simplesmente a idade. Qualquer bateria que perca mais de 30% de sua capacidade em um dia é irrecuperável e deve ser descartada.

Cuidados com suas baterias:

O controle sobre seu aeromodelo depende, em final, do estado de suas baterias. Certifique-se de que elas estão com carga completa antes de monta-las no seu rádio. O transmissor tem uma indicação de carga que mostra, a cada momento, a situação no mesmo. No aeromodelo a situação é mais complexa pois não basta medir a voltagem das baterias em repouso. A maneira correta de fazer essa medição é colocar um voltímetro em paralelo com os bornes da bateria e medir 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 a necessidade de recarregamento da bateria.

Lembre-se que uma bateria de NiCad tem um fluxo de descarga bastante diferente de uma bateria alcalina e mesmo de outros tipos de recarregáveis: após a carga ela pode apresentar uma voltagem ligeiramente acima da nominal (1,4V não é incomum) e quando em uso essa voltagem rapidamente cai até o valor nominal (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.

Essa característica, 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 imediatamente.

A solução é manter suas baterias com carga total ao início de seu dia no lago e levar baterias extras se você imagina que o dia pode ser longo.

A bateria de NiMH ou a alcalina reduz a voltagem de trabalho a medida que se descarrega o que permite ao nautimodelista “ver” que sua bateria está se descarregando, ao custo de uma performance sempre decrescente a partir do momento que está sendo usada.

É mais que tudo uma questão de gosto pessoal decidir se você prefere a performance integral por todo o tempo de uso – ao custo de um maior cuidado com a carga de sua bateria – ou se prefere não se preocupar com isso, sabendo que a performance da sua bateria vai indicar a hora da recarga.

Pessoalmente, por uma questão de custo e hábito, nós na Shark Racing usamos as baterias de níquel cádmio e um Fail Safe – e nunca tivemos problemas desde então.

Para determinar a capacidade de suas baterias com os recursos que você pode ter em mãos, recicle-a, carrregue-a completamente e depois que ela esfriar ligue entre seus pólos 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=capacidade da bateria, em mA
t=tempo que a bateria levou para descer para 1V em cada célula, medido na forma décimal
1 hora=1
½ hora=0.5
1H:45”=1,75, etc.
C=carga a que a bateria foi submetida (no nosso exemplo hipotético, 1A)

Trickle

Manter suas baterias quando não em uso ligadas a um carregador com trickle charge prolonga a vida útil das mesmas e garante que elas estão sempre com carga completa quando você precisar delas. Nada mágico, apenas uma carga permanente a 1/100 da capacidade nominal da bateria, que evita a auto descarga e o efeito memória.

4,8V ou 6V:

Os servos são motores elétricos. Como foi dito acima, motores elétricos funcionam mais rápido e com mais torque quando alimentados com maior voltagem. Todos os servos modernos suportam muito bem a voltagem maior e apresentam melhor rendimento sob essas condições. Tão importante quando a voltagem máxima que um motor elétrico pode suportar, é a voltagem mínima abaixo da qual ele não funciona. Obviamente, se um servo pode operar entre 4,8V e 6V, a voltagem abaixo da qual não é capaz de prestar o serviço previsto (movimentar o leme e o acelerador) está próxima da faixa inferior. Uma bateria de 6V pode operar os servos mesmo quando sua voltagem caiu 20% e reduziu-se a 5V. Nas mesmas condições, uma bateria de 4,8V estará fornecendo apenas 3,84V, insuficientes para movimentar os servos.

Recomendações finais:

Por tudo o que foi dito, algumas conclusões e recomendações podem ser extraídas:

1. considerando o custo/benefício e os demais fatores envolvidos, a bateria de NiCad ainda é a melhor escolha;

2. recicle suas baterias periodicamente;

3. use sempre o tipo de carregador adequado e recomendado pelo fabricante de sua bateria;

4. fuja das baterias baratas – a qualidade é sempre ruim, as células não são casadas e certamente os problemas futuros não justificam a economia.

5. ainda que suas baterias possam ser carregadas com carga rápida, é recomendável que a após 6 cargas rápidas a bateria seja submetida a uma carga lenta.

Glossário:

Densidade de energia: quantidade de watts (voltagem x amperagem) por quilograma de bateria. Quanto maior, melhor – significa que para um mesmo tamanho físico a bateria consegue armazenar mais energia;

Nº máximo de ciclos: número de vezes que a bateria pode ser descarregada/carregada antes de reduzir sua capacidade a 80% da capacidade original – o número maior significa uma bateria com maior vida útil;

Carga rápida: tempo que a bateria descarregada leva para ser carregada e estar pronta para uso sob um regime de carga com alta corrente – o número menor significa que a bateria mais rapidamente recupera sua condição original de uso;

Auto descarga: indicação do tempo que a bateria leva para descarregar quando não em uso – o número maior significa que a bateria estocada leva mais tempo para se descarregar (médio se refere a uma bateria que perde entre 1 e 2% de sua capacidade ao dia);

Corrente de descarga: máxima corrente que a bateria pode fornecer sob demanda – o número maior significa uma bateria com maior capacidade de atender a demanda dos dispositivos aos quais se conecta.

A unidade que mede este nível de descarga é o C, equivalente à capacidade nominal total da bateria – assim, 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. Uma bateria com uma corrente de descarga muito alta tem um C maior que 1, alta é igual a 1 e média menor que 1.

Intervalo de reciclagem: freqüência com que a bateria precisa ser reciclada (descarregada/carregada) para manter sua performance máxima.

Células casadas: diz-se de uma bateria em que todas as células têm a mesma capacidade; baterias construídas dessa forma são mais eficientes pois com células descasadas aquelas de menor capacidade se descarregam primeiro, reduzindo a voltagem total que a bateria é capaz de fornecer. Idealmente, a bateria deveria ter suas células casadas não apenas quanto ao tempo de descarga mas, também, com relação ao tempo de carga pois do contrário as células que atingem carga completa primeiro são sobrecarregadas com a continuação do processo ou, em alguns tipos de carregador o processo é interrompido e a bateria não é carregada completamente.

Carregador de corrente constante: carregador que mantém a corrente constante durante a carga, flutuando a voltagem;

Trickle charge: carga muito baixa aplicada à bateria após a carga normal, compensa a auto descarga da mesma.

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

christianocosta

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Re: Tudo sobre baterias nicd e nimh

Mensagem  aislan em Seg Abr 04, 2011 6:32 pm

Show cris!

Valeu
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