"Mad-Eye Pongsat Board Back" by Carlos Sancho / CC BY 2.0

Projeto de sistemas com baterias

Esta postagem faz parte de uma série de artigos sobre baterias e como usá-las. Assunto este, que na minha opinião, não é muito presente em artigos em português. Esta série de artigos é um acúmulo das pesquisas que realizei durante alguns projetos que me envolvi.

Baterias são componentes complexos e cada tecnologia de bateria exige cuidados específicos. Cada tecnologia se ajusta a uma categoria de aplicações especificas também. Por exemplo, a bateria de chumbo é excelente em aplicações aonde peso e volume não importam. Enquanto para dispositivos móveis as baterias de lítio são largamente utilizadas.

Características das baterias

Capacidade.  é a quantidade de carga elétrica que a bateria é capaz de armazenar. A medida de carga no Sistema Internacional de Unidades (SI) é o Coulomb (C), mas comercialmente utilizam-se o amperes-hora (Ah), que nada mais é do que um Coloumb. Também encontra-se baterias com a capacidade em miliamperes-hora (mAh).

Potência ( ou capacidade de corrente) é a capacidade de fornecer uma determinada corrente, normalmente expressa em relação a Capacidade da bateria e expressa em C. Uma bateria de 2Ah que pode fornecer uma corrente de 20A é uma bateria com 20A/2Ah = 10C.

https://learn.adafruit.com/all-about-batteries/power-capacity-and-power-capability

Tamanho. Baterias de chumbo não ficam muito menores do que um tijolo. Dificl encontrar uma CR2032 muito maior do que uma moeda. Existem tamanhos padrões como as AA, AAA, …

Densidade de potência (Wh/kg ou Wh/m³) é quanto de energia uma bateria consegue armazenar por peso ou volume. Característica importante em aplicações movéis de consumo elevado. A bateria que melhor desempenha neste aspecto são as de íons de lítio (li-ion) e polímeros de lítio (li-po).

Tensão de célula e tensão de bateria comumente encontradas.

Reusabilidade. Baterias podem ser recarregáveis ou não. Dentre as recarregáveis, cada tecnologia tem uma maneira diferente de ser carregada.

Preço. quase sempre proporcional à densidade de potência da bateria, potência e capacidade.

Tecnologias mais comuns

  • Chumbo-ácido;
  • Níquel Cádmio – NiCad;
  • Níquel-hidreto metálico (NiMH)

  • Lítio (ion de lítio / polimero de lítio);
  • Não recarregáveis: Alcalina / Baterias de lítio tipo moeda.

Chumbo ácido

Bateria de chumbo-ácido com válvula por Emilian Robert Vicol / CC BY 2.0 source: https://flic.kr/p/ciBDWL

Bateria de chumbo-ácido por Emilian Robert Vicol / CC BY 2.0 fonte: https://flic.kr/p/ciBDWL

A mais barata e robusta das tecnologias de bateria recarregáveis, mas também as mais volumosas e pesadas. Serve para qualquer aplicação aonde peso e volume não são fatores importantes, como UPS, smart grids, acionamento de motores, etc.

Prós: Barata, fácil de carregar, grande capacidade de corrente, robusta.
Contras: peso e volume.

Preço:

Densidade de potência: 7 Wh/kg. / Tensão da celula: 2V

mais sobre baterias de chumbo-ácido aqui

Lítio (ion de lítio / polímero de lítio)

Apple Mac Book Pro 17

Apple Mac Book Pro 17″ Battery Disassembly by Carlos Sancho / CC BY 2.0 source: https://flic.kr/p/eYBKcT

A tecnologia mais popular para eletronicos de consumo, como câmeras, celulares e notebooks. São muito leves, boa capacidade de corrente, e alta densidade de potência.

Porém são delicadas e, sem os devidos circuitos de proteção, correm sério risco de explosão. Alguns pacotes de bateria já vem com os circuitos de proteção embutido. A curva de carregamento é bem peculiar também, logo o uso de um circuito integrado especializado é muito recomendado.  Uma bateria de lítio consegue prover de 1C a 20C.

Prós: Muito leves, alta potencia e capacidade, alta tensão por célula.
Contras: Custo alto, requerem manejo adequado, risco de explosão se mal usadas.

Preço:
Densidade de potência: 126 Wh/kg for íon de lítio, 185 Wh/kg para polímero de lítio.

mais sobre baterias de lítio aqui

Níquel cádmio (NiCd)

Níquel-hidreto metálico (NiMH)

Não recarregáveis mais comuns:

Alcalina

Bateria de metal de lítio tipo “moeda”

Comparativo entre tecnologias

Na wikipedia tem um ótimo artigo que compara as tecnologias de baterias. Confira aqui [5]

 Outros artigos sobre o tema

Podem ser vistos neste artigo mestre

Referências

[1] https://learn.adafruit.com/all-about-batteries

[2] https://learn.adafruit.com/li-ion-and-lipoly-batteries/overview

[3] https://en.wikipedia.org/wiki/Battery_%28electricity%29

[4] https://www.rcpowers.com/community/threads/how-to-choose-a-lipo-battery-tutorial.10855/

[5] https://en.wikipedia.org/wiki/Comparison_of_commercial_battery_types

[6] http://berc.berkeley.edu/storage-wars-batteries-vs-supercapacitors/

[7] http://electronicdesign.com/power/can-supercapacitors-surpass-batteries-energy-storage

[8] http://batteryuniversity.com/learn/article/whats_the_role_of_the_supercapacitor

https://e2e.ti.com/blogs_/b/fullycharged

broken references that I need to work on:

s-8254aa datasheet

http://www.ebay.com/itm/191960551187?rmvSB=true

TP4056

mcp7386x

MCP73833

https://www.instructables.com/id/Make-Your-Own-Li-Ion-Battery-Pack/

http://www.tested.com/tech/502351-rc-battery-guide-basics-lithium-polymer-batteries/

talvez falar de baterias de zinco-ar: https://en.wikipedia.org/wiki/Zinc%E2%80%93air_battery

http://www.embedded.com/design/power-optimization/4458473/Battery-monitoring-with-ultra-low-power-comparators

http://e2e.ti.com/blogs_/b/analogwire/archive/2017/06/15/precise-constant-current-regulation-helps-advance-fast-charging

 

imagem destacada: “Mad-Eye Pongsat Board Back” by Carlos Sancho / CC BY 2.0

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