Pilhas recarregáveis
(182)O armazenamento de eletricidade é um dos maiores desafios da atualidade, na era dos dispositivos móveis e das energias renováveis. Esta categoria de produtos inclui principalmente acumuladores do campo anterior. Trata-se de artigos destinados a dispositivos portáteis, robôs com autopropulsão controlados à distância, mas que também substituem as baterias “sticks” normais (AA, AAA), pacotes de células para dispositivos de alta corrente (ferramentas elétricas, modelos RC), bem como componentes que terão interesse para os fabricantes de equipamentos eletrónicos, isto é, baterias para instalação de fábrica em dispositivos ou até para montagem em PCB. Consoante o produto procurado, o comprador far-se-á uma das seguintes perguntas...
Acumulador em vez de uma bateria – A que deve prestar atenção?
Durante muitos anos, as “baterias recarregáveis”, ou seja, as substituições recarregáveis das baterias padrão, têm sido uma alternativa real e rentável. A compra de um jogo de baterias AA ou AAA e de um carregador universal é uma solução económica, conveniente e ecológica. Também é uma ótima ideia para um presente prático e universal. Um erro comum que os consumidores cometem é comprar baterias mais baratas, mas de menor capacidade. Estas só serão uma opção rentável se alimentarem dispositivos com baixo consumo de energia (ratos e teclados sem fios, controlos remotos RTV, relógios). Para outros equipamentos, a bateria necessitará de uma carga frequente e gastar-se-á mais rapidamente. Tenha em conta que a tensão nominal das pilhas AA e AAA é menor do que, por exemplo, a das pilhas alcalinas (1,2 V e 1,5 V, respetivamente). É possível que os dispositivos mais antigos não funcionem corretamente quando alimentados com pilhas recarregáveis. Nota: Misturar diferentes baterias, contra as advertências de todos os fabricantes de equipamentos elétricos, pode ser prejudicial. Esta prática é extremamente perigosa no caso das baterias! Pode causar graves danos ao equipamento e até à sua saúde (queimaduras).
Como escolher um acumulador de substituição?
Acontece que os pequenos eletrodomésticos equipados com acumuladores começam a descarregar-se de forma cada vez mais frequente e/ou não funcionam corretamente, apesar de uma manutenção adequada. Se o dispositivo oferecer um fácil acesso ao acumulador instalado no seu interior, podemos tentar substituí-lo. No catálogo da TME, oferecemos uma série de pacotes que substituem as baterias utilizadas em telefones sem fios, máquinas de barbear, escovas de dentes elétricas, etc. No entanto, se não conhecermos os parâmetros detalhados do pacote que estamos a substituir (capacidade, tipo, tensão, saída), devemos realizar uma investigação ou um circuito de análise detalhado. Caso contrário, podemos causar danos permanentes ao equipamento (por exemplo, queimadura do estabilizador de tensão, falha do motor, etc.). Felizmente, a maioria das células de marca e respetivos pacotes oferecem as especificações detalhadas na caixa/pacote da bateria.
Que tipo de acumulador escolher para o projeto?
Escolher um acumulador para o seu projeto não é tarefa fácil. Podemos mesmo dizer: é a arte do compromisso. O tipo de células utilizadas terá um impacto direto não só no funcionamento do dispositivo, como também na sua estrutura e circuito. Assim, analisemos brevemente os problemas que requerem atenção na fase de conceção.
Que parâmetros do acumulador são importantes?
Infelizmente, a resposta a esta pergunta é: todos. Até mesmo um assunto tão trivial como o tipo de terminais pode influenciar significativamente a implementação do projeto. O fabricante (e até um construtor individual) deve ponderar se o processo de construção do dispositivo deve ter em conta, por exemplo, a etapa de soldagem por pontos das células de iões de lítio, ou talvez seja melhor utilizar um pacote completo LiPo? Se o consumidor pudesse substituir o acumulador ele próprio, não seria melhor optar pelo formato padrão e amplamente disponível? Inclusive a massa (e especialmente o centro de gravidade) do produto será muito influenciada pela fonte de energia utilizada.
Tamanho e capacidade
É possível obter uma maior “densidade” de energia armazenada no caso dos acumuladores de polímero de lítio. No entanto, o seu uso está associado a uma série de complicações, descritas em seguida. Ao usar células de iões de lítio, vale a pena considerar o uso dos seus formatos menos populares, por exemplo, cilindros mais curtos ou mais finos, o que permitirá uma melhor utilização do espaço na carcaça do dispositivo. Infelizmente, em qualquer caso, a capacidade da célula dependerá estritamente do seu volume.
Tensão e corrente
Nem mesmo os melhores conversores CC/CC alcançam 100% de eficiência. Todos os conversores colocados no circuito desperdiçarão energia e gerarão calor. Pode parecer tentador colocar muitas células conectadas em paralelo no dispositivo – isso permite, entre outras coisas, conseguir uma alta amperagem, que será importante ao alimentar componentes eletromecânicos. No entanto, a consequência de uma solução deste tipo pode ser a necessidade de utilizar o conversor step-up, por exemplo, para as necessidades de um ecrã LCD retroiluminado. Isto, por sua vez, levará a um consumo de energia significativo e a uma diminuição da vida útil. Além disso, ao utilizar um sistema de microprocessador (por exemplo, um computador de placa única), o dispositivo ainda conterá uma série de conversores e estabilizadores de tensão necessários ao funcionamento da unidade central e dos seus componentes. É por isso que é importante escolher um pacote de células (e elementos de circuito) que permita uma alimentação ótima de todo o sistema, de preferência utilizando um único estabilizador (idealmente, um estabilizador associado a um controlador de carga e um equilibrador, mas isso nem sempre é possível).
Tipos de acumuladores – uma breve comparação
Como cada tipo de bateria tem as suas próprias características específicas, apresentamos aqui uma breve comparação destas tecnologias.
Acumuladores de polímero de lítio
São células com uma proporção excecionalmente alta de energia armazenada para o volume. Oferecem uma corrente de alta intensidade, e os pacotes podem ter a forma de sólidos cuboides de qualquer dimensão. São utilizadas em produtos compactos e em que seja necessário fornecer grandes quantidades de energia em pouco tempo (por exemplo, os chamados propulsores de automóveis, que permitem que o automóvel arranque apesar de estar descarregado). Infelizmente, as células deste tipo também são frágeis e, em caso de rutura do pacote, sobreaquecimento, carga incorreta ou até humidade, apresentam alta instabilidade. Os pacotes Li-Pol vêm equipados de fábrica com um sistema equilibrador que protege o produto contra o uso indevido; no entanto, este circuito não garante uma segurança total. O controlador de carga do acumulador de polímero de lítio deve controlar constantemente a temperatura das células. A degradação, danificação e deformação irreversível podem dever-se a uma descarga profunda do pacote (ou ao seu armazenamento a longo prazo em condições distintas das especificadas pelo fabricante).
Acumuladores de iões de lítio
Uma das soluções mais populares disponíveis no mercado são as células de iões de lítio, caracterizadas por uma longa vida útil e uma fácil manutenção. São carregadas em duas etapas: primeiro, mantendo uma corrente constante e, finalmente, mantendo uma tensão constante. Os controladores de carga e equilibradores para células de iões de lítio estão amplamente disponíveis e são económicos (ainda assim, é melhor escolher um carregador baseado num dos sistemas de fabricantes reconhecidos e comprovados). São relativamente resistentes a fatores mecânicos, apesar de termicamente “sensíveis”. Ao agrupar, evite soldar os cabos diretamente nos terminais do acumulador; os soldadores por pontos são utilizados com maior frequência para este propósito. Podem fornecer uma corrente muito alta (o que também significa que serão perigosos em caso de curto-circuito). O seu tamanho costuma ser indicado por uma série de números, por exemplo, 18650. Trata-se de um método para registar as dimensões do acumulador: os dois primeiros dígitos indicam o diâmetro em milímetros, e os três últimos o comprimento em décimas de milímetro. Portanto, 18650 é um cilindro com um diâmetro de 18 mm e um comprimento de 65 mm. A título de curiosidade, a célula Li-Ion 14500 tem o mesmo tamanho que a bateria de formato AA, pelo que podem ser utilizados pacotes de bateria padrão para a sua montagem e acondicionamento.
Acumuladores LiFePO4
As células de lítio-ferro-fósforo são geralmente conhecidas por serem as sucessoras da tecnologia de iões de lítio. Ao contrário dos seus antecessores, os acumuladores LiFePO4 não contêm cobalto nos elétrodos. Caracterizam-se por uma vida útil mais longa, uma maior estabilidade e parâmetros elétricos equiparáveis. Uma vantagem adicional é a baixa corrente de autodescarga (ou seja, permanecem carregados durante um tempo relativamente longo). O processo de produção permite a produção destes acumuladores com terminais em forma de parafuso, o que facilita e agiliza a montagem e a ligação das células, além de garantir uma baixa resistência das ligações e bons parâmetros de corrente.
Acumuladores Ni-MH
O nome completo destes acumuladores é “níquel-hidreto metálico”. São mais comummente utilizados em formatos de bateria de consumo. Requerem carga de pulso (idealmente num carregador de processador), dado que se danificam quando conectados a uma fonte de CC. Este tipo de células também é sensível a descargas profundas.
Acumuladores Ni-Cd
As células de níquel-cádmio são semelhantes, em estrutura, aplicação e parâmetros elétricos, às células de Ni-MH, embora a sua densidade de energia seja menor. Cabe lembrar que este tipo de acumuladores é carregado pelo chamado “efeito de memória”. Por outras palavras, a sua capacidade irá degradar-se se não forem descarregados com regularidade e se não forem carregados por completo. Se é um potencial comprador, saiba que este tipo de acumuladores está atualmente a ser retirado da oferta da TME por questões ambientais.
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