Carregador de Pilhas NiCad (ART2116)

As pilhas recarregáveis de NiCad, estão se tornando cada vez mais populares, quer seja pela disponibilidade de tipos importados, encontrados em alguns grandes centros como, São Paulo e Rio, ou que são trazidas de viagens, principalmente nas Zonas Francas. Descrevemos neste artigo um excelente carregador para os leitores que possuem destas pilhas.

Se bem que o custo das pilhas de NiCad (Níquel-Cádmio) seja algo elevado, o investimento na compra de um jogo é bastante compensado pela possibilidade de recarga total até mais de 1000 vezes.

Com algumas recargas o capital investido é plenamente recuperado, e a qualidade destas pequenas células em alguns casos supera as pilhas comuns por um fornecimento de energia mais constante, uma capacidade de corrente maior e até mais segurança (o teor de mercúrio nas pilhas comuns é motivo de preocupação).

Se o leitor possui um jogo de pilhas ou baterias de NiCad, ou se está pretendendo adquirir um, deve certamente preocupar-se também, com o carregador.

Um carregador para este tipo de pilha deve ter algumas características especiais, pois tanto a eficiência da carga como a própria durabilidade das pilhas dependem deste elemento.

Descrevemos neste artigo um simples carregador que serve para jogos de pilhas pequenas, médias e grandes e também para baterias de 9 V.

AS PILHAS DE NiCad

Diferentemente das pilhas comuns, as pilhas de NiCad (Níquel-Cádmio) podem ser carregadas um número enorme de vezes.

Conforme mostra a figura 1, estas pilhas possuem uma capacidade de corrente e, portanto, durabilidade maior para uma carga, do que uma pilha comum.

Figura 1 – Curvas de descarga

A corrente de curto destas pilhas é muito elevada, pois elas possuem uma resistência interna baixa o que leva a necessidade de cuidados especiais no uso.

Não devemos nunca colocar em curto os terminais destas pilhas, pois a corrente gerada é suficiente para um aquecimento e isto é perigoso (ela pode até explodir).

No entanto, enquanto uma pilha comum tem sua tensão reduzida logo depois do inicio do uso, com uma curva descendente que afeta o desempenho de aparelhos mais sensíveis, as pilhas de NiCad, mantém a tensão mais constante.

As células de NiCad no entanto, possuem uma tensão menor, de 1,2 V.

Assim sendo, as pilhas de 1,5 V de NiCad fornecem na realidade um pouco menos, 1,2 V, o que no entanto não afeta o funcionamento da maioria dos aparelhos, pois isso pode em alguns casos, ser compensado pela maior capacidade de corrente.

Este fato fica patente quando usamos as pilhas na alimentação de brinquedos com motores, lanternas e circuitos eletrônicos.

Nos circuitos eletrônicos em que a exigência de tensão é mais critica pode haver uma pequena perda de potência ou sensibilidade (rádios, por exemplo).

No entanto, em brinquedos com motores, e lanternas o desempenho será bem melhor pela exigência maior de corrente.

Para o caso de bateria de 9 V devemos ter cuidado com a escolha do tipo.

Na realidade existem dois tipos de baterias NiCad de 9 V. Um tipo comum que contém 6 células de 1,2 V e que portanto fornece 7,2 V e um tipo comum que possui 7 células fornecendo 8,4 V, conforme mostra a figura 2.

Figura 2 – Baterias de 9 V de NiCad

Se o aparelho alimentado funciona bem com os 7,2 V o tipo em questão pode ser usado, mas nos tipos mais sensíveis em que a diferença de tensão pode significar perda de sensibilidade ou volume, ou outra forma de problema, devemos procurar o tipo de 8,4 V.

O CARREGADOR

As pilhas e baterias de NiCad são carregadas fazendo-se circular uma corrente no sentido contrário ao normal, por um tempo que depende do tipo, conforme mostra a figura 3.

Figura 3 – O processo de recarga

Aplicamos então na pilha uma tensão maior do que ela fornece de modo a termos uma corrente em sentido oposto ao normal (de fornecimento da pilha).

Para os tipos comuns as correntes variam bastante, mas em geral as cargas totais ocorrem com tempos entre 14 e 16 horas.

Assim, para uma pilha pequena a carga deve ser feita com uma corrente média de 50 mA.

Um carregador consiste então numa fonte de corrente constante que deve ser programada de acordo com o tipo do pilha que está sendo carregado.

Nosso projeto consiste então, numa fonte comum, em que um transformador abaixa a tensão da rede, um par de 9V diodos retifica a baixa tensão e um capacitor fazia filtragem.

Após esta etapa temos dois transistores na configuração Darlington que, com 4 diodos na base formam um sistema de polarização que garante uma corrente constante de coletor determinada pelo resistor de emissor.

A corrente é dada aproximadamente dividindo-se 1,5 pela resistência ligada ao emissor.

Podemos então selecionar diversos valores de resistores para os tipos mais comuns de pilhas, com boa aproximação.

Temos então:

Bateria de 9 V (R3) – 11 mA

Pilha pequena (R4) = 50 mA

Pilhas médias (R5) = 75 mA

Pilhas grandes (R6) = 150 mA

Evidentemente, o leitor pode acrescentar outras faixas de correntes para outros tipos de pilhas que eventualmente possuir.

Para as pilhas a carga pode ser feita em até 4 pilhas ligadas em série de uma vez só.

Sugerimos que o carregador tenha suportes diferentes conforme mostra a figura 4.

Figura 4 – Sugestão de montagem com diversos suportes

Um LED serve para monitorar a carga das pilhas.

MONTAGEM

Na figura 5 temos o diagrama completo de nosso carregador.

Figura 5 – Diagrama completo do carregador

Na figura 6 temos a disposição dos componentes numa pequena placa de circuito impresso. Observe que o transistor Q2 deve ser dotado de um radiador de calor.

Figura 6 – Placa para a montagem

Os resistores são de 1/8 W exceto R3, R4, R5 e R6 que são todos de 2 W. O transformador tem primário de acordo com a rede local e os diodos admitem equivalentes.

O capacitor eletrolítico deve ter uma tensão de trabalho de 25 V. O LED é opcional, mas será útil para indicar que o aparelho está em funcionamento.

A polaridade dos diodos de D3 a D6 deve ser observada na montagem.

PROVA E USO

Para provar basta conectar no lugar das pilhas em carga um miliamperímetro ou o multímetro numa escala que permite ler 200 mA. Por garantia é interessante proteger o instrumento com a ligação prévia de uma lâmpada de 6 V com 200 mA.

Caso haja curto, a lâmpada “absorverá” a corrente e queimará.

Coloque a chave S1 inicialmente na posição que conecta R6 ao circuito e ligue o aparelho. A corrente medida deve estar em torno de 11 mA (uma variação de 20% é admitida em função da tolerância dos componentes usados).

Verifique a corrente das outras posições da escala. Com isso, o aparelho estará pronto para uso.

Para carregar pilhas de NiCad, conecte o conjunto de pilhas, ligando o suporte ao circuito segundo a polaridade indicada.

Deixe o carregador ligado por 12 a 16 horas para ter uma carga completa.

A posição da chave deve ser de acordo com o tipo de pilhas que estão sendo carregadas.