Como Carregar uma Bateria NiCd

 

COMO CARREGAR UMA BATERIA NICD

 

 

 

Fabricantes de baterias de NiCd recomendam que baterias novas sejam carregadas em modo lento por 24 horas antes do uso. Uma carga lenta ajuda a manter as células dentro das baterias em um nível de carga igual, porque cada célula se autodescarrega em diferentes níveis de capacidade. Durante uma armazenagem longa, o eletrólito tende a ir para o fundo da célula.

Alguns fabricantes de baterias não carregam completamente suas baterias antes da expedição.

Estas baterias atingem seu potencial total apenas depois de o cliente ter realizado diversos ciclos de carga e descarga, com um analisador de bateria ou através do uso normal.

Em muitos casos, de 50 a 100 ciclos de carga e descarga são necessários para se conseguir carregar completamente uma bateria à base de NiCd. Células de qualidade atingem plena capacidade após poucos ciclos de carga e descarga.

Muitos carregadores à venda no mercado são carregadores lentos que usam 10% da corrente nominal da bateria como corrente de carga, levando entre 14 e 16 horas para carregar completamente a bateria. 

Tem circuito elétrico bastante simples, usando apenas um transformador, um diodo e uma resistência para limitar o valor da corrente de carga.

 

Figura 1 - Carregador de baterias NiCd

 

Carregadores rápidos frequentemente não protegem adequadamente a bateria, provocando uma redução na sua vida útil.

Alguns carregadores de baterias de NiCd medem o estado de carga da bateria através da temperatura.

Embora simples e barata, a terminação da carga por temperatura não é precisa.

Os termistores usados, comumente apresentam tolerância muito ampla. E, além disso, as variações na temperatura ambiente e exposição ao sol durante a recarga da bateria, também afetam a precisão da detecção de carga cheia.

Para prevenir o risco de interrupção da carga (cut-off) e assegurar carga plena, os fabricantes de carregadores usam 50°C como a temperatura recomendada para interrupção da carga (cut-off).

Embora uma temperatura acima de 45°C, por muito tempo, seja prejudicial para a bateria, um pico curto de temperatura acima desse nível é frequente durante a carga.

Carregadores de NiCd mais avançados sentem a taxa de elevação de temperatura, definida como dT/dt, ou a mudança na temperatura durante o tempo de carga, em vez de responder a uma temperatura absoluta. dT/dt é definida como “variação temperatura / variação tempo”.

Por causa da massa relativamente grande de uma célula e da propagação vagarosa do calor, usando esse método de carga, a bateria também poderá entrar numa condição de sobrecarga antes de uma carga plena ser detectada. O método dT/dt funciona apenas com carregadores rápidos.

A detecção mais precisa de carga cheia para baterias de NiCd pode ser alcançada com o uso de um micro controlador que monitora a tensão da bateria e termina a carga quando uma variação específica da tensão ocorre.

Durante a carga da bateria a tensão sobe até um determinado valor de pico, quando então cai para um valor pouco abaixo do valor de pico.

Uma queda na tensão significa que a bateria atingiu carga completa. Isso é conhecido como “Negative Delta V” (NDV) ou delta V negativo.

A figura 2 mostra um gráfico de tensão x tempo durante a carga rápida de uma bateria NiCd onde se pode notar o NDV.

 

Figura 2 - NDV – delta V negativo para baterias NiCd

 

NDV é o método de detecção de carga plena recomendado para carregadores de NiCd de carga rápida porque ele oferece um tempo de resposta bastante rápido. A detecção de carga NDV também funciona bem com uma bateria parcialmente ou totalmente carregada. Se uma bateria totalmente carregada é inserida, a tensão terminal aumenta rapidamente e depois cai rapidamente. Tal carga dura apenas poucos minutos e as células permanecem frias.

Carregadores de NiCd baseados em detecção de carga completa NDV, tipicamente respondem a uma queda de tensão de 10 a 30mV por célula. Carregadores que respondem a um decréscimo de tensão muito pequeno tem melhor desempenho do que aqueles que requerem uma queda de tensão maior. Para obter uma queda de tensão suficiente, a taxa de carga deve ser de 0,5C ou maior. Taxas de carga menores que 0,5C produzem um decréscimo de tensão muito superficial, que é geralmente muito difícil de ser medido.

Carregadores usando o NDV devem incluir outros métodos de terminação de carga para fornecerem uma carga com segurança sob todas as condições. A maioria dos carregadores também monitora a temperatura da bateria.

O fator de eficiência de carga de uma bateria NiCd padrão é melhor em carga rápida do que em carga lenta. A uma taxa de carga de 1C, a eficiência de carga típica é 91%. Em uma carga lenta (0,1C), a eficiência cai para 71%. A uma taxa de 1C, o tempo de carga de uma NiCd é pouco maior que 60 minutos (66 minutos em uma eficiência de carga assumida em 91%). A uma taxa de carga de 0,1C, o tempo de carga de uma NiCd vazia é de aproximadamente 14 horas.

Durante os primeiros 70% do ciclo de carga, a eficiência de carga de uma bateria de NiCd é perto de 100%. Quase toda a energia é absorvida e a bateria permanece fria. Passado o limiar de carga dos 70%, a bateria gradualmente perde a habilidade de aceitar carga. As células começam a gerar gases, a pressão aumenta e a temperatura aumenta. A aceitação de carga diminui quando a bateria alcança o estado de carga de 80 a 90%.

Uma vez alcançada a carga completa, a bateria entra em sobrecarga.

A figura a seguir mostra a tensão da célula, quando uma bateria de NiCd está sendo carregada (essas características são similares em baterias de NiMh).

 

Figura 3 - Curva de carga lenta da bateria de NiCd

 

Baterias de NiCd de altíssima capacidade tendem a se aquecer mais do que as NiCd padrão se carregadas a 1C ou mais. Isto se deve à resistência interna mais alta da bateria de alta capacidade.

A otimização da carga pode ser alcançada aplicando-se uma corrente maior no estado inicial de carga, depois reduzindo a uma taxa menor conforme a aceitação decresce. Isso evita aumento de temperatura excessivo e ainda assegura baterias completamente carregadas.

 

Figura 4 - Curva de carga rápida da bateria de NiCd

 

Intercalar pulsos de descarga entre pulsos de carga melhora a aceitação de carga das baterias à base de níquel. Esse método de carga estimula a área de superfície nos eletrodos, resultando em um desempenho elevado e aumento da vida de serviço. Também melhora o carregamento rápido porque ele ajuda a recombinar os gases gerados durante a carga. O resultado é uma carga mais fria e mais eficiente do que os carregadores convencionais. Este método de carregamento minimiza a formação cristalina. Pesquisas realizadas mostram que este método de carregamento adiciona 15% na vida da bateria de NiCd. Após carga completa, a bateria é mantida com uma carga pulsante para compensar a autodescarga. A carga pulsante para baterias de NiCd fica entre 0,05 e 0,1C. Em um esforço de reduzir o fenômeno de memória, existe uma tendência a se usar correntes de carga pulsante menores.