terça-feira, 25 de abril de 2017

Porque as baterias “morrem” subitamente ou nunca funcionam bem...

Bateria Panasonic vendida no mercado paralelo desmontada mostrando as células internas. Foto Marcelo Ruiz


Depois de ler isso você nunca mais vai ser pego de surpresa por suas baterias ou se enganado na compra de novas!

Um dia você pega aquela bateria que estava na carga, com o carregador indicando que ela estava completa. Coloca no equipamento e parte para mais um dia de trabalho (ou noite...). Lógico que você é precavido e levou mais de uma. Prepara seu equipamento, conversa com o cliente acertando os detalhes de última hora e liga a câmera. O painel mostra que a bateria está cheia. Tudo vai dar certo no evento.

Só que quinze minutos depois a câmera avisa que a bateria só tem meia carga. Mais dez minutos a câmera desliga do nada. Mas a bateria ainda estava pela metade... pensa você.  Rapidamente pega a reserva no bolso e continua o trabalho. Vamos parar por aqui. Não vou aterrorizar com o pior pesadelo. A outra também não funcionar. Digamos que, nesse job, tudo deu certo.

Chegando na empresa ou em casa, você coloca as baterias para carregar. No dia seguinte parece tudo ok com elas. Carregador dando luz verde. Ou não... muitas baterias, afinal de contas, nunca carregam completamente, mesmo ficando além do tempo na carga. Mas quando colocadas na câmera indicam carga total. E você nem pensa muito a respeito.

Um caso real (entre milhares que acontecem diariamente)

Gosto muito de associar a teoria ao exemplo prático. E o que vou explicar a seguir, inclusive as fotos, aconteceram comigo tempos atrás. No meu caso foi diferente. A câmera Panasonic, do nada, se recusou a funcionar desligando dez segundos após iniciar, dando antes a informação: “Essa bateria não pode ser utilizada”.  A bateria era seminova e estava carregada, parecia original (descobri depois que não era) e nunca havia dado problema.


Substituo a bateria e a coloco para carregar para ver se era algum defeito na carga anterior. Para minha surpresa o carregador começou a piscar a luz vermelha de carga em andamento. Era para ficar acessa direto e passar a verde no final. Depois de horas na carga (quase o dobro do indicado) nova tentativa. E o mesmo problema. Medi a tensão e o voltímetro indicava 8,14 volts. Não era o ideal (8,2V) mas ela estava longe do ponto de ser considerada descarregada. Essa tensão para todas as baterias de filmadoras e DSLR’s é de cerca de 6 volts. E mais a frente você vai entender porque.

Se a bateria tinha carga suficiente, porque a câmera acusava erro? E por quê, mesmo depois de carregada, não atingia os 8,4 volts regulamentares? Na verdade eu já sabia do problema porque estava estudando o assunto. Mas precisava a comprovação. Então...chave de fenda, canivete e um alicate entraram em ação. Desmantelei a bateria para testar as células. Células? Sim. Toda bateria é composta por células.
Todas. Das baterias de chumbo-ácido de automóveis, as baterias de níquel-cádmio, dos primeiros telefones celulares e filmadoras, passando lemas de níquel-metal-hidreto a atual tecnologia de lítio – Li-on (íons de lítio), Li-po (polímero de lítio) usadas em drones e aeromodelos por sua alta capacidade de descarga. 

Diferença de tensão entre as duas células quando a bateria parou de funcionar. Pela soma das voltagens ainda haviam 7,62V na bateria, o suficiente para ligar e funcionar por mais de uma hora qualquer câmera pequena. Foto Marcelo Ruiz

Cada célula tem uma voltagem menor que a capacidade total da bateria. Por isso, no caso da tecnologia de lítio, as baterias tem 3,7, 7,4 , 12,6, 11,1 e 14,8 volts respectivamente como capacidade nominal. Todas as tensões são múltiplos de 3,7V – a capacidade nominal de uma célula de lítio. Capacidade nominal é a capacidade de uma célula ou bateria parcialmente carregada (80%). Assim, uma bateria de lítio terá uma tensão de operação entre 3,0 e 4,2 volts.

No caso do lítio a tensão mínima de manutenção varia de 2,5 a 3,0 volts e nunca deve ser descarregada abaixo desses valores. Aqui você já aprende uma regra básica: nunca descarregar uma bateria de lítio abaixo da tensão mínima especificada pelo fabricante (no pior caso, 2,5V) pois ela vai ficar danificada permanentemente. É que abaixo dessa voltagem a polaridade da carga do lítio se reverte e os elétrons não trafegam mais de um polo a outro.

Isso nos leva ao segundo problema – e solução controversa – das baterias de lítio, principalmente as falsificadas ou demarcas não idôneas: a gestão da carga e descarga. Toda bateria de lítio deve ter um BMS (Battery Managment System). Trata-se de uma placa de circuito que interliga as células aos bornes de carga e descarga da bateria. Há uma certa controvérsia entre montadores de baterias, principalmente as de grande porte para bicicletas elétricas e outros dispositivos de alto consumo, se deve serem usadas dentro da bateria ou se é melhor deixar o carregador cuidar disso.

Placa BMS de uma bateria Dionic Anton Bauer de uma década atrás (8cm x 7 cm). Hoje placas BMS chegam a caber sobre o dedo polegar. O BMS pode ser mocinho ou vilão e ainda conter outros "segredinhos" como impedir o uso de baterias e carregadores com equipamentos de outros fabricantes.

Para a carga tudo bem. Os carregadores especializados controlam a tensão (voltagem), a carga (amperagem) e o tempo, para respeitar as especificações dos fabricantes. Mas para a descarga, ou seja, o uso pelo consumidor final leigo, é perigoso, pois se o equipamento não fizer o monitoramento e desligar-se ao receber a informação de que a bateria está chegando no limite mínimo de tensão, esta se descarregaria até zero volts e estaria irremediavelmente danificada.

Então ter BMS é bom ou não? Depende do uso e de quem usa. A maioria dos problemas de mal funcionamento das baterias de lítio são causados por BMS’s defeituosos ou mal projetados. Se eles queimam, a bateria morre. Outro problema é que o BMS também vai desativar a bateria (medida de segurança) se perceber que uma célula está apresentando problemas. E aí todo o conjunto para de funcionar.

Quem não precisou trocar a bateria do notebook, celular, tablet, câmera ou filmadora porque a mesma não estava aguentando carga, durando pouco ou simplesmente parado de carregar? No caso de celulares e alguns notebooks, muitas vezes optamos por trocar o aparelho inteiro por conta do custo de reposição da bateria. Sinto muito dizer mas você foi enrolado na maioria das vezes. E perdeu dinheiro. Explico: se alguém abrir uma bateria de notebook, filmadora ou celular que não esteja mais sendo aceita pelo aparelho ou carregador, vai perceber que as células (todas ou quase todas) estão boas e durariam mais alguns anos. Aliás em locais onde o lixo eletrônico é abundante, como nos EUA, a garotada está recolhendo essas baterias, retirando as células boas e construindo baterias grandes para bicicletas elétricas. Bacana!

Olha elas ai...8 células de lítio 18650 (2 conjuntos de 4 ligadas em série conectados em paralelo). É a mesma célula que esta dentro de uma bateria Sony NP-F970 que possui 6 dessas células. O BMS (circuito de controle e proteção está abaixo à esquerda na foto. 


Pois é... aqui você aprende a segunda coisa sobre baterias de lítio: o barato sai caro! E é perigoso. Os chineses também sabem disso e como lá são fabricadas não só grande parte das baterias de lítio de boas marcas (existem poucas no mundo) e mais celulares, notebooks e demais equipamentos que usam essas baterias, a quantidade de refugo é imensa, desde o lixo doméstico, passando pelas células que são descartadas por defeito nas linhas de produção de baterias.

O lixo eletrônico que jogamos fora vai para a Africa e Índia onde adultos e crianças vivendo na miséria se intoxicam queimando esse material para retirar metais preciosos. Quando você compra um produto eletrônico pirata ou de empresas sem certificação está contribuindo com esse comercio ilegal de metais e com empresas que usam mão-de-obra infantil e não respeitam normas ambientais.

A Índia e vários países da África são polos mundiais (infelizmente para a população miserável e explorada que vive disso) de recebimento e triagem de lixo eletrônico. Tudo que jogamos fora nessa área, acaba parando lá. São lixões como vemos aqui, só que em vez de material orgânico, os catadores perambulam nas montanhas de carcaças de aparelhos para retirarem metais nobres e baterias. Sendo que esse processo é feito de forma precária e usando mão-de-obra infantil, além de poluir o meio ambiente, ainda os expõe a contaminação por metais pesados e queima de plásticos.
"Fabrica"de baterias pirata e falsificadas na China: os tambores tem baterias vindas de lixões e de refugo de fábricas. São selecionadas no critério "tem um pouco de carga tá bom!", Notem que as baterias já estão sem as capas plásticas. Tudo o que essas "fábricas"fazem é pegar esse lixo, colocar uma capinha atraente e mandar esse lixo pro mundo todo! 

As baterias recuperadas de aparelhos são então enviadas à China onde são retiradas da capa plástica original e recebem outra capa com nomes como Trustfire (que ironia...fogo confiável em inglês), Ultrafire e outros nomes sugestivos. E são vendidas em sites como Mercado Livre, AlliExpress, E-Bay mundo a fora. E em bancas de camelôs e lojas não muito idôneas. O que é mais ridículo é que há uma espécie de brincadeiras entre esses piratas para ver que mente mais e sacaneia mais os futuros compradores.

Hoje vemos nos sites de compra baterias Li-on com rótulos chamativos e alegando capacidade de carga de até 8.800mA/h! E tem muita gente que cai nisso. Então vai a terceira dica: não existe bateria de lítio com mais de 2800mA/h. Nem a Tesla, maior empresa de tecnologia em baterias de lítio e carros elétricos do mundo, fabrica ainda baterias com maior capacidade que esta.
Piada de mau gosto e fraude: Hoje (em abril de 2017) a capacidade máxima de uma bateria 18650 não chega a 3500mAh.


Parece que estou fugindo do assunto principal mas esse adendo sobre células de lítio servem para continuar nosso assunto principal. É que praticamente todas as baterias de filmadoras e câmeras DSLR de maior porte usam essas células (chamadas 18650) em diversas quantidades e configurações. Esse modelo de bateria de lítio é tão versátil que esta em qualquer aparelho que use bateria. De lanternas de Led até carros elétricos. Sim. Carros! Não pense que o famoso Prius da Toyota use baterias de foguetes... na verdade as enormes baterias que ocupam todo o fundo do chassis nada mais são que milhares de células 18650 montadas juntas e interligadas! Só não são piratas e nem segunda linha...

E as baterias que usamos em nossas filmadoras e câmeras DSLR são montadas com elas. Agora você entende o porquê da diferença de preços! Se quiser ver o que uma bateria falsa tem dentro clique aqui para ler esse outro artigo que postei!

Existe um outro tipo de bateria de lítio, usada em celulares e câmeras compactas que são quadradas e mais finas. Mas as regras de carga, descarga, voltagens mínima e máxima são idênticas.  Entende agora porque todas as filmadoras portáteis e câmeras DSLR usam baterias marcadas com a voltagem de 7,4V? Porque na verdade tratam-se de duas células em série cada uma com 3,7 volts.
Podem ser também quatro células, duas séries ligadas em paralelo para aumentar a carga disponível. E aí está nosso problema principal.
Exemplo de ligações em série e paralelo como encontrados, por exemplo, em uma bateria Sony NP-F970: Três séries de duas baterias ligadas em paralelo. Nesse caso temos 3,7V x 2 = 7,4V e a capacidade é a soma da amperagem dos dois conjuntos em série ou seja 3 x 2200mAh - 6600mAh.  


Quando ligamos duas baterias em série (positivo de uma bateria ligado ao negativo da outra) somamos as voltagens e mantemos a carga. Se a ligação for em paralelo (todos os polos negativos e os positivos ligados uns aos outro) mantemos a voltagem de uma célula individual mas multiplicamos a corrente disponível em amperes. Para termos maior tensão (voltagem) e corrente (amperagem) usamos os dois tipos de ligação na mesma bateria (conjunto de células).

Mas aí começam os problemas. Nas ligações em série, se uma bateria no meio do circuito falhar comprometerá as outras ligadas a ela. É que toda bateria (ou célula) varia a sua resistência elétrica com a variação da voltagem e da carga. Então uma bateria descarregada terá menos resistência que uma bateria totalmente carregada. Fica fácil de entender que se uma célula ligada em um conjunto delas em série não conseguir se carregar ou se entrar em curto, as anteriores e posteriores nessa série sofrerão com um aumento de carga ou diminuição da voltagem. Assim toda a bateria fica comprometida. Com as células ruins estragando as boas.

Isso é fácil de perceber. Basta carregar a bateria e aguardar um dia ou dois. Se a voltagem cair, sem a bateria ser usada, mais que 0,2V (dois décimos de volt) a bateria está com alguma célula danificada. Essa bateria também vai aquecer mais que o normal ao ser carregada ou descarregada (uso no aparelho).  A tensão total (em volts) não varia muito porque as células boas tendem a ficar com mais voltagem, mas a capacidade em amperes/hora vai sofrer bastante.

Agora você já poderá entender na teoria o exemplo prático a seguir! Vamos a ele.

Bateria paralela que veio com câmera usada que comprei de terceiros. Composta por duas células prismáticas de íons de lítio com 3,7V/900mA/h cada ligadas em série. A placa de circuito controladora de carga deu defeito, causado por uma das células que está em curto. A foto abaixo mostra a voltagens das células (b1 e b2) antes e após carga total. Notem que deveriam estar iguais, mas uma tem mais voltagem que a outra. A diferença é pequena, mas no caso de baterias de lítio significa problema sério. As duas deveriam ter 4,2V cada uma e tensão total de 8,42V após a carga completa.

Depois de desmontada usei um carregador/balanceador para tentar recarregar as células retiradas da bateria e sem a placa de proteção e controle, que havia queimado.



Após meia hora de carga (menos que o tempo correto) o carregador informou que a carga estava completa. Mas a bateria estava com apenas 8,13V. Lembrando que, para o carregador,  carga completa significa apenas que ele não consegue mais enviar corrente a bateria até uma voltagem máxima, que pode ou não ser atingida.

Medindo as voltagens individuais das células, após deixar a bateria descansar por uma hora, a tensão da célula B2 era de 4.12V e B1 estava com 3,93V (0,29V de diferença). O carregador/balanceador interrompeu a carga quando a tensão total chegou a 8,13V porque detectou que a célula B1 não estava aceitando a mesma carga que B2. Durante o processo de carga, ele já estava emitindo uma avisos sonoros e visual indicando  que havia problemas em uma das células e mostrando qual era. 

Essa é a função dele. Infelizmente os carregadores de câmeras e filmadoras não tem as mesmas funções. E não carregam as células individualmente. Por isso as baterias duram pouco. Fácil de constatar: basta ver a voltagem impressa no carregador (na etiqueta de identificação) onde, geralmente está especificado 8,4V @ 800mAh, ou seja, faz a carga pelo tensão total da bateria e não pela voltagem individual máxima de uma célula (4,2V)

A explicação para isso é simples. Uma carga rápida e... falta de “vontade” de que a bateria dure muito. Assim, podem nos vender mais baterias. Por falta de conhecimento ou tecnologia não é pois os engenheiros sabem mais dessas coisas do que todos nós, mesmo os mais interessados no assunto como eu.


A célula boa, quando separada da defeituosa conseguiu ser carregada normalmente e atingir os 4,2V regulamentares e ainda poderá ser usada em outras aplicações por muito tempo. O carregador utilizado agora foi um "meio burrinho" que não interrompe o carregamento qunado encontra uma bateria com carga ou estado anormal. Ele também não carrega mais de uma célula ou bateria por vez. Essa célula provavelmente já esta comprometida pela falha da outra e do BMC, mas poderá ser usada com segurança em experimentos e aplicações controladas. Apesar de estar marcado na bateria que a mesma tinha capacidade de 900mAh, esse célula totalmente carregada não fornece mais que 600mAh. Fato comum em toda bateria paralela. 

Então resumindo:

1 – Não compre baterias piratas ou de marcas duvidosas. Você além de perder dinheiro, arriscar sua segurança e a vida útil do seu equipamento ainda estará contribuindo com o comércio injusto e danoso do aproveitamento de lixo de baterias.
Fraude muito comum  nas baterias Sony NP-F970: Os falsificadores mais cuidadosos em disfarçar o golpe pegam uma bateria Sony NP-F750 de quatro células e 4000mAh e trocam a parte de cima do invólucro e a etiqueta. Colocam dentro duas baterias de sucata sem ligá-las as demais e ao BMS só para fazer peso e preencher o espaço vazio. Com isso a câmera Sony e o carregador reconhecem a bateria como original. Mas vc está pagando por 6000mAh da NP-F970 e recebendo apenas 4000mAh. Quando o comprador recebe o produto e coloca na câmera a capacidade em minutos vai ser a metade de uma original. Mas muitas vezes nem percebem a fraude. 


2 – Procure usar as baterias de maior capacidade originais que encontrar para seus equipamentos. Todas as baterias de lítio, não importando a capacidade, tem a mesma vida útil, que é medida em número (ciclos) de carga e descarga. São cerca de 500 ciclos em carregadores padrão (fornecidos com o aparelho) mas poderiam chegar a 1500 ciclos se pudessem ser recarregadas em carregadores especializados. Portanto uma bateria de menor capacidade vai exigir um maior numero de cargas e vai durar menos. E o preço não varia na proporção da capacidade., pois existem vários componentes comuns na de grande capacidade ou na de menor capacidade.

3 – Procure usar apenas uma bateria para alimentar vários equipamentos usando distribuidores de energia. Assim você terá menos baterias diferentes, de capacidades variáveis para comprar, carregar e substituir.

4 – Se uma bateria começar a aquecer demais ou perder carga fora do esperado certamente está com problemas e poderá causar incêndios ao ser usada ou carregada. Nunca deixe uma bateria, mesmo boa e de marca confiável carregando sozinha. Geralmente fazemos isso! E baterias de lítio são especialmente suscetíveis a curtos ou incêndios se houver um problema nelas ou no carregador. Deixe para carrega-las quando estiver por perto. Se precisar se ausentar desligue o carregador e retire a bateria.

5 - Alguns tipos de bateria de lítio prismáticas (modelos retangulares e quadrados) geralmente usados e celulares e câmeras amadoras  costumam estufar e aumentar de tamanho quando entram em curto ou no final da vida útil. Se o aparelho não tem espaço interno para comportar essa expansão vai acabar tendo componentes internos e mesmo o gabinete avariado por conta disso, aumentando o prejuízo. Muito comum em celulares que não tem bateria removível. Troque a bateria ao notar os primeiros sinais de aquecimento anormal ou queda no desempenho.

6 – Não carregue uma bateria de lítio parcialmente a menos que vc pretenda guarda-la sem uso por mais de 30 dias (Nesse caso é recomendável carregá-las com apenas 40% da capacidade total, a cada 60 dias) . Apesar de não terem efeito memória como as baterias antigas  cada ciclo de carga, mesmo incompleto conta para a vida útil dela. Não deixe a bateria se descarregar até o final. Se for possível quando o equipamento indicar menos de meia hora de carga ou o medidor estiver na última barra, troque a bateria. Isso evita que ela se aqueça ao final da carga útil e também menos aquecimento ao ser recarregada.

7 – Os carregadores de quase todas as câmeras, filmadoras, celulares e principalmente notebooks tem um circuito que corta a carga assim que a bateria está completa. Alguns passam automaticamente a usarem a energia do carregador (notebooks) quando a bateria está totalmente carregada e só usam a bateria quando desligados da rede elétrica. Usar notebooks e celulares fora do carregador/adaptador de corrente significa carregar e descarregar mais a bateria, diminuindo o tempo para troca e sua vida útil.

8 – Apesar de teoricamente poderem ser reparadas, as baterias de câmeras DSLR, filmadoras e notebooks tem componentes internos frágeis e sem peças de reposição. A abertura dessas baterias geralmente danifica componentes interno delicados como sensores de temperatura, isolamento externo das células e aplaca controladora de carga. Mesmo que a célula defeituosa possa ser substituída, pois é facilmente encontrada, conforme expliquei nesse artigo, a remontagem não ficará perfeita e pode comprometer a segurança.

9 – No caso de notebooks já existem compradores para as baterias usadas, pois como falei, diversas células de lítio ainda estão perfeitas e muitos hobbystas usam essas células para construir novas baterias para modelos radio controlados e bicicletas elétricas. Então ao invés de descartar no lixo comum, o que é terminantemente proibido, tente vende-las a que vai reciclar uma parte delas.

10 – Hoje existem diversos equipamentos que usam o modelo 18650 de íons de lítio (baterias cilíndricas) como lanternas táticas e equipamentos médicos. Ao comprar baterias de reposição escolha marcas confiáveis. Hoje existem quatro fabricantes de baterias no mundo: Tesla, LG, Samsung e Sanyo. O restante ou são piratas inescrupulosos ou fabricantes que usam baterias das marcas citadas de menor capacidade ou que foram rejeitadas no controle de qualidade. Fuja delas!

Finalmente lembre-se: não existe milagre no ramo de baterias. O custo no Brasil para baterias de lítio está em cerca de R$ 100 por cada 1000mAh (1Ah) e portanto uma bateria de 6000mAh não custará menos que R$ 600,00.  O que tem encarecido essas baterias é o frete. Hoje há severas restrições ao transporte aéreo de baterias de lítio como carga. E para passageiros também. A maior parte de transporte entre as fábricas e os revendedores é feita por navios em containers especiais. O que aumenta o custo e o prazo de entrega. Isso se reflete no preço final ao consumidor.

No próximo artigo vou falar das baterias proprietárias e do jogo desleal de fabricantes de equipamentos que incluem nas baterias chips codificadores que impedem o uso de baterias de outras marcas em seus equipamentos (evidentemente há também o padrão de contatos e desenho externo da bateria) que poderia diminuir os custos para o usuário profissional desses equipamentos.


Grande abraço!

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Marcelo Ruiz