Como a Tensão Afeta o Desempenho da Bateria

 

A tensão nominal de uma bateria é aquela que é geralmente aceita como típica durante a operação como, por exemplo, para uma bateria alcalina, uma tensão de 1,5V.

A curva ideal de tensão de uma bateria está indicada na figura 1. Em condições ideais a tensão da bateria se manteria constante durante toda a descarga e cairia repentinamente quando a energia se esgotasse.

 

 Na prática, porém as baterias têm perdas internas devidas à sua resistência interna. 

Deve-se notar que assim que uma corrente é fornecida pela bateria, há uma perda de tensão na sua resistência interna. Com o passar do tempo, a tensão cai gradativamente descrevendo uma trajetória decrescente ilustrada pelas curvas 1 e 2 da figura 1.

Essas curvas variam dependendo do tipo de bateria. A forma da curva de descarga pode variar dependendo do sistema eletroquímico, das características de construção e de outras condições de descarga.

 

Por isso é necessário consultar as especificações técnicas fornecidas pelos fabricantes para verificar o comportamento da tensão da bateria durante a descarga.

Baterias com curvas típicas de descarga similares à curva 1 da figura 1 tem uma tensão mais constante durante a descarga, pois a curva possui um platô onde a tensão da bateria varia muito pouco.

 

Normalmente a bateria não deve ser descarregada até zero volt e por isso nem toda a capacidade disponível ampère-hora da bateria pode ser utilizada.  

 

 

Figura 1 – Curvas de tensão da bateria em descarga

 

 

Boa parte dos equipamentos eletrônicos alimentados por baterias trabalham com um regime de corrente variável.

 

Por exemplo, um rádio transceptor que tem corrente baixa na recepção e corrente elevada na transmissão. A Figura 2 ilustra uma descarga típica de um rádio transceptor, descarregando a uma corrente mais baixa durante o modo de recepção e a uma corrente mais alta durante o modo de transmissão. Deve-se notar que o equipamento para de funcionar quando a tensão de corte ou final é atingida sob a corrente de descarga mais alta, no modo transmissão (T1). A corrente média não pode ser usada para determinar o tempo que a bateria consegue alimentar o equipamento. Operar com duas ou mais correntes de descarga é típico da maioria dos equipamentos eletrônicos, devido às diferentes funções que eles devem executar durante o uso.

 

 

Figura 2 – Curva de tensão de rádio transceptor

 

Aplicações de telemetria onde o equipamento permanece em repouso consumindo uma corrente muito baixa e de tempos em tempos transmite dados, consumindo uma corrente elevada, são exemplos típicos de corrente variável na bateria.

 

A Figura 3 mostra a curva de tensão de uma bateria alcalina de 9V alimentando um equipamento de telemetria. Quando o equipamento está em repouso, sem transmitir a tensão da bateria permanece acima de 9,4V. Durante a transmissão a tensão cai abaixo de 9,2V e retornando a 9,4V algum tempo após a transmissão cessar. A extensão da queda de tensão depende do tipo da bateria. A queda de tensão de uma bateria com resistência interna menor será menor que uma com uma bateria com resistência interna maior. A figura 4 mostra a resposta de uma bateria de Zinco-Carbono, com a tensão caindo bruscamente inicialmente e depois se recuperando.

 

 

Figura 3 – Curva de tensão em equipamento de telemetria alimentado por bateria alcalina

 

 

Figura 4 – Curva de tensão em equipamento de telemetria alimentado por bateria Zinco-Carbono

 

O tipo de resposta mostrado na figura 4, também é típico de baterias que desenvolveram um filme de proteção ou passivação em um eletrodo, com a tensão se recuperando à medida que o filme é quebrado durante a descarga. As características específicas, como sempre, dependem da química da bateria, do projeto, do estado de descarga e de outros fatores, relacionados à resistência interna da bateria no momento do pulso e durante o pulso.

 

 

Todo equipamento eletrônico deve operar satisfatoriamente quando alimentado com tensão acima da tensão mínima permitida, bem como quando alimentado com tensão abaixo da tensão máxima permitida.

 

 

Figura 5 – Comparação das curvas de descarga plana e inclinada

 

A figura 5 mostra duas curvas típicas de tensão da bateria durante a descarga. O projeto do equipamento a ser alimentado por uma bateria deve levar em conta a curva de tensão da bateria durante a descarga. A figura 5 compara duas curvas típicas da descarga da bateria: a curva 1 descreve uma bateria que tem uma curva plana de descarga; a curva 2 retrata uma bateria com uma curva de descarga inclinada.

 

Nas aplicações em que o equipamento não pode tolerar uma variação ampla de tensão, como por exemplo, mais de 15%, a bateria com o perfil de descarga plana consegue alimentar o equipamento por mais tempo (T1) do que a bateria com perfil de descarga inclinado (T2).

Por outro lado, se o equipamento suporta uma variação de tensão maior, como por exemplo, 30% pode ser que a bateria com perfil de tensão inclinado consiga alimentar o equipamento por mais tempo (T3).

 

Em aplicações onde apenas uma gama de tensão estreita pode ser tolerada, a seleção da bateria pode ser limitada àquelas que têm um perfil de descarga plana.

Uma alternativa é usar um regulador de tensão para converter a tensão de saída variável da bateria em uma tensão constante da saída consistente com as exigências do equipamento. Porém neste caso perde-se um pouco da energia da bateria no regulador de tensão.

 

 

Da mesma forma que na descarga, durante o carregamento a tensão da bateria não permanece constante. Quando usamos baterias recarregáveis, o equipamento alimentado por ela deve ser capaz de suportar a elevação de tensão durante o processo de carregamento.

 

A figura 6 mostra as características de carga e descarga de uma bateria recarregável. A tensão específica e o perfil de tensão carga dependem de fatores como o tipo de bateria, taxa de carga, temperatura e assim por diante.

Quando está totalmente carregada, a bateria chega à sua tensão máxima. Quando totalmente descarregada a bateria chega à sua tensão mínima.

 

Por essa razão, ao se projetar um equipamento alimentado por bateria, deve-se considerar que o equipamento deve funcionar perfeitamente em toda a faixa útil de tensão da bateria, desde o valor máximo até o valor mínimo.

Caso o equipamento não consiga operar em toda a faixa de tensão fornecida, parte da energia armazenada na bateria será desperdiçada, por não poder ser usada pelo equipamento.

 

 

Figura 6 – Curvas de descarga e carga

 

Se uma bateria primária é usada em um circuito semelhante (por exemplo, como bateria de backup de memória), geralmente é aconselhável evitar que a bateria primária seja carregada acidentalmente, incluindo um diodo isolador ou protetor no circuito, como mostrado na figura 7(a). Dois diodos fornecem redundância no caso de um falhar. O resistor na figura 7(b) serve para limitar a corrente de carregamento no caso de o diodo falhar.

 

 

Figura 7 – Circuitos de proteção para baterias não recarregáveis