#1:  Comparaçoes Baterias Niquel Versus Litio Author: UltraOhm,
Posted in this forum: Fri 15-09-2006, 15:25
Quero iniciar este post porque me parece tão fundamental como importante o debate sobre este assunto de que tanto tenho escutado, lido e comentado entre a comunidade aeromodelista da vertente eléctrica.
- As dúvidas mais comuns sobre este assunto dirigem-se em primeiro lugar para os preços, onde deverei investir?
- Depois para um determinado modelo que tenho lá por casa ou que vou comprar que "tipo de electricidade devo por Super ou Normal?"?
- Em qualquer dos casos quais delas duram mais em termos de cargas/descargas?
- E os motores estão preparados para qualquer tipo de Baterias?
Etc. etc. etc.
Bom para já tenho a certeza que este artigo vos fará participar a todos quanto já usaram vários tipos de baterias, que tal vamos dar algumas dicas?? ou dizer mal ou bem deste tipo ou daquele tipo de "combustível"?!
NiCd - NiMh - Lion - LiPo - Pb
Algumas diferenças entre tipo de baterias
Tensões Nominais entre células:
Tipo Tensão nom. Carga Max Descarga Max
NiCd NiMh 1.38 V 1.4 V 0.7 V
Li-Ion 3.6 V 4.1 V 2.6 V
Li-Po 3.7 V 4.2 V 2.7 V
Pb 2 V 2.3 V 1.5 V
NiCd, NiMh, Li-Ion feitas em caixas resistentes a pressões e em caso de ruptura "Babam-se" pela válvula de segurança.
Li-Po feitas em envelopes de folha de alumínio seladas em caso de ruptura incham devido a pressão e ardem devido ao calor gerado pelo excesso de carga
Pb feitas em caixas de plástico resistente aos electrólitos em caso de ruptura babam-se por orifícios usados na manutenção das células ou racham o plástico vertendo os líquidos
Na Carga
A carga (recarga) das baterias requerem sempre algum cuidado uma vez que lhe estamos a efectuar a reciclagem eléctrica, sabendo de antemão que a forma de carregamento varia consoante a química da bateria, o fundamental sempre é evitar que estas aqueçam de forma significativa neste processo.
Uma coisa é certa em todos os tipos de baterias o "slow charge" carregamento lento é sempre a melhor opção, claro que nem eu nem ninguém tem a pachorra de esperar horas que as baterias carreguem na sua totalidade aquando principalmente estamos no local de voo, alem de sermos humilhados pelo pessoal dos nitrosos perdemos a paciência..
As baterias de química Níquel requerem um carregador mais complexo que nos usados nas outras químicas pois tem que ser capazes de detectar a diferença de potencial provocadas pela própria bateria aquando da carga; ou seja a bateria começa a carregar e a determinado momento dar-se-á uma queda da sua tensão aos seus terminais (menos acentuado nas baterias de NiMh) o carregador detecta esta variação de tensão (Delta V) e faz parar a carga. A bateria neste ponto chegou ao fim de aceitação de carga e começa a dissipar sob a forma de calor a carga extra se lhe continuar-mos a insistir no carregamento, no entanto se a tivermos a carregar com uma corrente de baixa intensidade (menos de 1/10 da capacidade nominal do pack) apesar de eventualmente ultrapassarmos o limite de carga da bateria (delta V) não lhe ira fazer tanto mal pois a corrente fornecida não será suficiente para aquecer em demasia o pack já que se conseguira dissipar razoavelmente bem pelo próprio. Ou seja neste tipo de química o carregamento é sobretudo feito em corrente com moniçao das diferenças de potencial do pack, alem da detecção Delta V o carregador poderá ter uma sonda de temperatura e regulação de intensidade da carga alem de selecção automática ou manual de numero de elementos da bateria a carregar. Não será de espantar que por estes motivos estes carregadores sejam mais caros que os das outras químicas apesar de o leitor eventualmente ainda não saber como são.
Aqui: http://ultraohm.blogs.sapo.pt/5303.html
Tem acesso ao esquema de um Carregador para este tipo de baterias.
E sempre de bom tom carregar estas baterias pouco antes de as utilizarmos uma vez que estas perdem a sua carga ao longo do tempo, mais acentuadamente nas primeiras horas e menos nos restantes dias seja como for os melhores resultados parecem ser momentos antes de iniciarmos os voos quando a bateria esta morna saidinha da "mama do carregador".
Outra técnica reside carregar o pack no dia anterior e antes de voar dar-lhe um "apertão" de carga corrigindo aquilo que perdeu de carga de um dia para o outro.
Em termos de ciclos de vida se o utilizador não for abusador quer em corrente de capacidade de descarga quer em corrente de capacidade de carga os fabricantes prevêem 500 carregamentos para baterias de NiMh e 1000 para baterias de NiCd, claro que estes valores não são para nós os aeromodelistas que usam as baterias em Heavy Duty dai não se preverem tantos ciclos de vida das baterias que ficam resumidas a 50% desses valores. Um outra vantagem deste tipo de baterias é que se permitem a carregar em correntes de alguns C´s acima do nominal sem prejudicar o pack e diminuindo o tempo de carga.
As Baterias de Química Lítio assim como as Pb requerem um carregador menos sofisticado e dai mais barato já que com uma qualquer fonte de alimentação com regulação de tensão e regulação de corrente serve para efectuar o carregamento desejado. De todas as formas se não possuirmos uma fonte de alimentação desta natureza então teremos que comprar um carregador que ira fazer não mais que a vez da tal fonte de alimentação ou seja ira regular a tensão e a corrente em causa.
Aqui: http://ultraohm.blogs.sapo.pt/5540.html
ou aqui:
http://aeromodelismo.lasanha.net/index. ... &t=367
tem acesso a 2 tipos de carregadores para este género de baterias.
Resumindo e exemplificando se possuirmos a tal fonte de alimentação com ambas as regulações (corrente e tensão) e tivermos um pack de LiPo ou LiIon constituído por exemplo uma célula e esta tiver descarregada (ou seja 2.7 V ou 2.6 V respectivamente) então na nossa fonte ajustamos a tensão para 4,2 ou 4,1 volts respectivamente e iremos ajustar o valor de corrente da fonte para o valor de corrente nominal do pack (1C) por exemplo 1,5 Amperes se o pack for de 1500mAh depois deixamos a célula a carregar. Inicialmente aquando a célula esta pouco carregada ira absorver toda a corrente que a fonte previamente ajustada lhe fornece ou seja 1,5A mas após algum tempo quando a célula se aproxima do valor final da carga máxima ou seja da tensão de 4.2 ou 4.1 Volt a célula ira deixar de querer receber tanta corrente e ira estabilizar em Tensão ate ficar no valor máximo de tensão pretendido.
Apesar de começarem a aparecer LiPos com capacidade de carga duas vezes superior ao nominal não se aconselha ultrapassar o valor de carga 1C uma vez que se tal suceder esta poderá aquecer inchar e como não pode ventilar rebenta o envelope e arde.
As baterias de Níquel podem-se associar em série (perfazendo o pack de tensão nominal pretendido) a associação em paralelo é impensável uma vez que as células de menor resistência interna deteriorariam as de maior resistência. Nas Baterias de Lítio é possível acrescentar células quer seja em série ou paralelo fazendo com que se consigam as tensões e as correntes de descarga pretendidas. No exemplo dado se juntarmos 2 células em paralelo então o debito de carga pode ser alterado para 3 amperes uma vez que o pack passou para um valor de capacidade de 3000 mAh. Outra vantagem que as Lítio tem relativamente as Níquel é que a carga fornecida mantém-se quase inalterável ao longo do tempo não a perdendo e estando prontas a usar em qualquer altura prescindindo da preocupação em lhes dar um carregamento antes de as usar como faria com as de Níquel. Alem desta grande vantagem também não são afectadas pelo chamado efeito de memoria que as por vezes viciadas Níquel ganham, ou seja não nos temos de preocupar em descarregar o pack ate ao fim gastando só aquilo que pretendermos do pack, no entanto as Lítio tem o mau gosto de nos servir um prato frio aquando do final de descarga do pack ou seja a queda de tensão cai abruptamente quando o pack chega ao final de descarga o que por vezes nos poderá provocar alguns dissabores se o sistema não tiver de alguma forma moniçao sobre a bateria (Cut-off Voltage no speed controller) e pior não recupera energicamente como acontece com as Níquel que alem de serem bem mais lineares neste fase tem sempre ainda qualquer coisa para dar após um breve "descanso".
Quanto ao numero de reciclagens os fabricantes garante-nos iguais parâmetros das NiMh ou seja aproximadamente 500 ciclos sem nos portarmos bem com a manutenção e uso delas, em minha opinião e derivado ao abuso que fazemos delas dou somente 40% do valor cíclico referido pelo fabricante.
Armazenamento & Manutenção
Na eventualidade de armazenarmos as baterias por períodos de tempo médios a longos recomendam-se:
Baterias de Níquel
Guarda-las com pouca carga (1,2V Célula) ou somente carga suficiente para evitar o reverse Cel uma vez que se as guardarmos completamente carregadas estamos a deixa-las em pressão o que poderá fazer com que ventilem prematuramente alem de acelerarmos as sulfatizacao dos eléctrodos.
A manutenção deste tipo de baterias passa tão somente por picar as tensões das células em descarga e medir as suas quedas de tensão no intuito de verificar quais as células que eventualmente irão "quebrar" primeiro, em principio as que tiverem maiores quedas de tensão serão as que apresentam uma resistência interna mais elevada ou seja estão já mais sulfatadas e por esse motivo tem a sua esperança de vida mais comprometida, requerem por esse motivo um recicling no sentido de libertar ou tentar libertar o máximo possível dos sulfatos acumulados nos eléctrodos. Para os bolsos mais afortunados ou para os profissionais na arte do oficio existem porem os packs em que é feito o "matching das células" ou seja são packs em que o fabricante filtra entre um variado lote as células com melhores prestações e juntas fazendo o pack predefinido.
Baterias de Lítio
Guarda-las entre 80% a 90 % da capacidade do pack, evitamos os 100% para não acelerarmos as sulfatizacao dos eléctrodos que neste tipo de química é crucial para o bom funcionamento do pack pois este processo é na maioria das vezes o responsável máximo da deterioração das células. Nunca deixar cair nestas células a tensão abaixo de 2,5 volts pois tais situações degradam significativamente a bateria ou ate as podem definitivamente comprometer ao seu não funcionamento.
A manutenção destas células é um pouco mais critico que as de Níquel uma vez que é necessário de tempos a tempos proceder a sua equalizaçao (somente necessário quando as células estão assembladas em pack). Este procedimento não é necessário fazer todas as vezes que carregamos o pack mas sim uma vez em cada 10 carregamentos, obrigando as células mais preguiçosas a carregarem exactamente o mesmo que as outras mais trabalhadoras. Evita-se assim o relaxamento das células com menor performance e a inevitável e previsível ruptura desta caso não se proceda a equalizaçao das mesmas. Ou seja a não equalizaçao do pack obriga as células que menos carregam a um maior esforço na descarga o que lhe irão provocar um aumento significativo de aquecimento e eventual inchaço e ruptura, uma vez que atingem o fim de descarga mais rapidamente que as outras.
Condições Físicas Relevantes
Se por um lado a tecnologia Níquel é "forte e feia" por outro a Lítio é "delgada e frágil" quanto a Pb (Chumbo) esse nem se fala são autênticos couraçados e para as nossas tabelas de comparação fica excluída.
O Peso como se sabe é fundamental para o aeromodelismo ou seja quanto menor for a carga alar (em principio) melhor serão as características de voo do modelo, salvo raras excepções.
Como qualquer um já pode constatar aqui as Litio-poly levam grande vantagem sobre as Níquel apesar de nos últimos tempos os fabricantes Níquel terem vindo a galgar algum terreno o que de certo modo se torna bem difícil uma vez que os invólucros das células usadas numa e noutra tecnologia comprometem qualquer tipo de aproximação. Seja como for se queremos alguma robustez e segurança da bateria após algumas quedas nunca iremos optar pelos Litio-poly mas sim pelos níquel ou Litio-ion, mas se queremos por outro lado grandes capacidade e autonomia de voo então optamos pelas litio uma vez que permitem maior dinamismo na associação de packs quer sejam em série ou paralelo conservando pesos semelhantes aos dos packs Níquel mas aumentando significativamente a sua capacidade.
Nas Descargas
A bateria ideal era aquela que nos pudesse fornecer enormes quantidades de corrente instantânea sem que aquece-se, nem se deteriora-se ao longo das reciclagens que seriam infinitas, alem de ter um rendimento 100% ou seja sem perdas algumas e resistência interna zero. Talvez se venha a conseguir num futuro quando tivermos a supercondutividade plenamente estudada e implementada.
Mas assentando os pés na terra, o que se passa é que a bateria sofre se abusarmos na carga ou descarga, enfiando ou retirando grandes quantidades de corrente para as quais as baterias não foram dimensionadas.
Na pratica qualquer bateria tem a sua eficiência ou seja se enfiarmos 1Ah numa bateria de igual capacidade nominal ou seja 1Ah ao fim de uma hora na teoria teremos a bateria carregada em pleno se esta fosse naturalmente uma bateria com 100% de eficácia ou seja perfeita; como tal não se verifica ao fim de 1 hora de facto creditamos-lhe 1Ah mas ela só carregou por exemplo 90 % deste valor os restantes 10% zarparam sob perdas calor etc., dizemos então que a bateria tem uma eficiência de 90% e escusamos que lhe tentar enfiar mais corrente porque ela ira "vomita-la" sob a forma de perdas por aquecimento. Na descarga naturalmente que a partida não podemos esperar que ela nos dê 1Ah mas sim 0.9Ah e mesmo este valor esta outra vez dependente da eficiência da bateria alem da quantidade de corrente instantânea que lhe estamos a impor o debito pois quanto mais corrente instantânea lhe pedimos mais perdas por aquecimento iremos ter na própria bateria e portanto menor a eficiência. Os valores apresentados são meramente especulativos variando na qualidade das baterias usadas.
A qualidade tem um preço dai que quem anda em competição seja profissional da arte ou goste de demonstrar que voa com "ferraris" não pode desprezar a qualidade dos materiais usados nem tão pouco o preço destes por isso quem quer boas performances chega-se a frente (o que não é o meu caso nem tão pouco quero ter as malas á porta ).
Mas como quem não tem cão caça com gato e estamos a falar de baterias um dos truques para obter boas performances reside em adaptar igualando o mais possível a resistência interna do pack á resistência total do conjunto Speed controller/Motor ou por outra tentar aproximar o mais possível a resistência do conjunto Gerador (bateria) / Motor.
Nas Baterias de Química Níquel são as de Cádmio as que nos oferecem maiores taxas de corrente instantânea pelo que são mais utilizadas quando são necessários muitos amperes para mover os motores de maior potencia, no entanto são as de Metal Hidrido as que oferecem maior capacidade de armazenamento de corrente em ambos os casos consegue-se saber o valor aproximado de descarga máxima em corrente que as células dão sabendo pelo fabricante qual a resistência interna dela ou seja pela lei de ohm temos corrente = tensão/resistência como as NiCd possuem menor resistividade que as congéneres NiMh não espanta por isso que tenham um "Sopro" maior, alem disso os invólucros das baterias deste género (NiCd ou NiMh) são normalmente redondos ou ultimamente hexagonais, uns são de maior diâmetros e tamanho que outros o que em principio é revelador que as maiores alem de poderem ter maior capacidade de armazenamento eléctrico também em principio terão menor resistência interna, por isso se tiver que optar por 2 baterias NiMh uma de 2000mA/h do tipo de caixa AA e outra de igual capacidade e tipo de caixa Sub-C apesar de terem a mesma capacidade eléctrica ou seja ambas debitarem 2 Amperes numa hora a de tipo Sub-C (maior que a de tipo AA) terá substancialmente maior "sopro" de corrente instantânea uma vez que a sua resistência interna é mais baixa que a de tipo AA. Esta situação verifica-se para ambos os Tipos NiMh e NiCd.
Quanto as Baterias de Química Lítio é o fabricante que nos avisa da capacidade máxima de descarga de corrente instantânea que a bateria poderá ficar sujeita sem prejuízo da mesma, este aspecto da sem duvida um avanço as baterias de Níquel uma vez que tem melhores prestações neste campo no entanto as Baterias de Litio-Poly têm-se vindo a desenvolver cada vez mais no sentido de corrigir esta limitação face as de Níquel. Apesar de ser uma limitação o utilizador poderá acrescentar varias baterias em paralelo ate conseguir obter o "sopro" de corrente instantânea necessária ao sistema.
E os motores estão preparados para qualquer tipo de Baterias?
Sim os motores estão preparados para utilizar qualquer tipo de química que as baterias usam, no entanto podem não estar para a tensão fornecida pelo packs se esta for mais alta que a recomendada ou seja nos motores de escovas o excesso de tensão aplicado aos terminais provocam alem de um acentuado aquecimento geral o desgaste rápido das escovas, desmagnetização rápido dos imanes, derretimento do verniz protector e isolador dos enrolamentos, e folgas das chumaceiras devido a rápida rotação. Nos motores brushless aquecimento geral do motor, prematura desmagnetização dos imanes, derretimento do verniz protector e isolador dos enrolamentos ou o descolar dos imanes do rotor especialmente se for um motor outrunner.
Conclusões gerais
As baterias de NiCd ou NiMh são regra geral mais baratas, tem taxas de corrente de descarga e carga mais altas, podem-se associar em série perfazendo o pack com a tensão nominal pretendida, disponibilizam 1,2 volts nominais por célula, possuem válvula de segurança, fisicamente fortes, perdem a carga quando não usadas por longos períodos, sofrem de efeito de memoria, boas taxas de reciclagem face as lipos principalmente as NiCd, baixa taxa de manutenção, carregadores mais caros pois são mais complexos.
As baterias de Lítio são mais caras (por enquanto), são mais leves, tem uma capacidade energética versus peso enorme, podem-se associar quer seja em série ou paralelo perfazendo o pack com a tensão e capacidade nominais pretendido, disponibilizam 3,6 volts (Litio-Ion) ou 3,7 volts (Lipo-poly) nominais por célula, são frágeis face as Níquel, mantêm a carga por longos períodos de tempo, tem reciclagens menores que as Níquel, requerem manutenção cuidada, carregadores mais baratos e menos complexos.
O Artigo original encontra-se aqui:
http://ultraohm.blogs.sapo.pt/3591.html
UltraOhm
Email: ultraohm_AT_oninet.pt
Homepage: http://homepage.oninet.pt/805MAQ
AreiaBrancaModelismo 2k6
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