Testando baterias com cargas eletrônicas (INS153)
Cargas eletrônicas podem ser usadas para descarregar baterias de vários tipos, determinando dessa forma sua capacidade real, capacidade de retenção, impedância interna e outras características importantes quando usamos este tipo de fonte de alimentação. Veja neste artigo baseado em Application Note da Agilent Technologies, como testar baterias usando cargas eletrônicas.
O aumento das aplicações portáteis, alimentadas por bateria portanto, faz com que diversas tecnologias sejam usadas, conforme as características do equipamento que deve ser alimentado.
* Capacidade de fornecimento
* Capacidade de retenção
* Resistência interna efetiva
* Efeito da velocidade de descarga na capacidade a 20 oC
* Efeito da velocidade de descarga na capacidade a 23 oC
* Performance no ciclo de vida
* Sobrecarga estendida
Existem outros testes que podem ser feitos, tais como tensão de partida, carga rápida, etc., no entanto, os descritos acima, em geral são suficiente para se fornecer o que é necessário para se escolher uma bateria para uma aplicação.
Configuração básica neste tipo de teste.
Gráfico de tipo de descarga de uma bateria.
Uma bateria está completamente descarregada quando entre seus terminais existe uma tensão denominada "tensão de fim de descarga" (EODV = End of Discharge Voltage). O EDOV para uma bateria de níquel-cádmio está tipicamente entre 0,9 e 1,1 V.
Volts x Ampére - hora.
Outra forma é dizer qual é a taxa de descarga para um período de tempo, por exemplo 500 mAh @ 6 horas de descarga.
Esse teste consiste em se determinar por quanto tempo uma bateria completamente carregada pode manter sua capacidade, em condições específicas. O termo técnico inglês para especificar esta característica é "shelf life" ou "vida na prateleira".
Este teste não deve ser confundido com o teste que mostra como a descarga da bateria ocorre de modo espontâneo devido a fugas internas em seu eletrólito ou devido a reações química espontâneas, também denominado "self discharge ou auto-descarga.
A impedância de uma bateria também depende da temperatura, o estado de sua carga e também da freqüência da carga, A impedância efetiva de uma bateria é menor para plena carga do que para uma bateria descarregada.
Re = (Av/AI) = [(VL - VH)/(IH - IL)]
Para este teste a bateria deve estar completamente carregada. Uma fonte de corrente AC numa freqüência de aproximadamente 1 kHz é ligada aos terminais da bateria. A corrente AC através da bateria e a tensão nela são medidas.
A bateria deve estar plenamente carregada a 23 iC e depois armazenada imediatamente por 245 horas a uma temperatura de -20 oC, fornecendo uma corrente constante de 1C (1 vez sua capacidade em Ah) até um EODV de 0,9 V.
Depois o procedimento é repetido em taxas de descarga de 5C e C/5. O mesmo teste é depois repetido a uma temperatura de 23 oC a um EODV de 0,9 V.
Ciclos de 1 a 48:
Se elas são descarregadas continuamente através de um curto-cicruito, o auto-aquecimento pode causar danos irreparáveis. Assim, descarga contínua maior do que 1C deve ser evitada, de modo a se evitar problemas.
Um método de carga rápida envolve a carga inicial a uma velocidade que excede o máximo recomendado, e depois disso a velocidade de carga é reduzida para menos de C/10. Esse método chamado "carga rápida temporizada" ou "timed fast charge", pode resultar numa carga inicial forçada para uma bateria totalmente esgotada, mas infelizmente tem uma possibilidade potencial de destruir a bateria. A destruição ocorre devido a sobrecarga, porque a capacidade da bateria nestas condições de desconhecida.
Uma variação mais segura do processo de carga rápida temporizada é o método denominado "diump timed-charge" onde a bateria é totalmente descarregada antes (dumped) para o seu EODV e depois recarregada via o processo "timed fast charge". Esse método tem a vantagem de se determinar exatamente quanto de carga deve ser enviada à bateria que está sendo carregada para se obter a plena capacidade, sem o risco de uma sobrecarga.
A capacidade de controlar a carga através de um computador é importante, já que o processo normalmente ocorre em intervalos muito longo de tempos. Se o teste não for automatizado ele se torna bastante difícil pelos tempos envolvidos. Além disso, num teste longo, deve haver a confiabilidade.
Descarregando a bateria de uma única célula.
Uma solução é utilizar uma carga de baterias em série.
Outra possibilidade consiste em se utilizar uma fonte de alimentação (com tensão e correntes suficientes) em série com a bateria, conforme mostra a figura 7. A fonte usada neste caso recebe o nome de "offset supply".
Usando uma fonte offset supply.
A tensão e a corrente podem ser monitoradas durante o teste, já que a tensão da bateria varia tanto em função de sua composição química como da taxa de descarga. Elas devem ser controladas por computador, de tal forma que os testes sejam paralisados quando a tensão atingir o EODV. Se um amperímetro não estiver disponível, um shunt pode ser usado em conjunto com um voltímetro ou scanner.