Carregadores

Esta é uma questão muito importante porque a carga completa de uma bateria, assim como a sua vida útil dependem da forma como esta carga se dá, não só quanto à corrente de carga, como também quanto à tensão final que o carregador atinge.

A carga completa de uma bateria chumbo/ácida normalmente requer três fases básicas: corrente constante, tensão constante de carga e equalização, e tensão de flutuação.

Na fase de corrente constante o carregador gera uma corrente constante e monitora a tensão sobre a bateria que, evidentemente, vai subindo ao longo da carga. Após atingir uma tensão chamada de carga e equalização, o carregador entra na fase de tensão constante (mantém esta tensão), monitorando a corrente, que passa a cair na medida em que a carga se completa. Nesta fase é que o carregador completa a carga até 100% e, para isso, a tensão de carga e equalização é superior aos 13,8V (na minha bateria vai de 14,5V a 15,5V!). É também, nesta fase, que é gerada uma certa ebulição do eletrólito, importante para evitar a deposição de ácido e deterioração das placas. Isto é necessário nas baterias estacionárias. As baterias automotivas não precisam desta ebulição controlada devido ao movimento natural do veículo, que garante a mistura e equalização do eletrólito.

Ao final desta segunda fase, quando a corrente cai a um determinado valor (normalmente um décimo da corrente inicial), o regulador entra na terceira fase ao reduzir a tensão para o valor de flutuação, normalmente 13,8V, valor que garante que a bateria não perde nem ganha carga, ou seja, não há corrente nem entrando ou saindo da bateria, mantendo-se no estado de carga plena ao longo do tempo de inatividade.

Em alguns carregadores mais sofisticados, há uma quarta fase para a compensação da pequena descarga que acontece ao longo do tempo, mesmo na tensão de flutuação. É chamada de fase "trickle charge" ou carga em gotejamento. Nesta fase são gerados, de tempo em tempo, pequenos pulsos de tensão de carga/equalização, gerando pequenos pulsos de corrente que restabelecem a carga plena.

As tensões de carga e flutuação nominais das baterias dependem da temperatura, e os bons carregadores medem a temperatura ambiente para o ajuste destas tensões. As instruções do fabricante normalmente informam sobre esta relação tensão de carga versus temperatura. No meu caso, em que a bateria fica do lado de for e o carregador fica dentro do shack, esta compensação fica um pouco prejudicada devido à possível diferença de temperatura dentro e fora do shack.

Conhecendo-se o processo de carga e flutuação das baterias chumbo-ácidas, podemos entender o porquê da tensão nominal dos rádios e outros equipamentos alimentados a bateria ser de 13,8V. Esta é a tensão de flutuação deste tipo de bateria e, portanto, a tensão que os carregadores mantém na saída para a manutenção da carga nelas. Você já sabia disso?

Há carregadores de mais baixo custo onde a tensão de saída é sempre 13,8V, com um sistema de limitação da corrente inicial de carga, no caso da bateria estar descarregada. Esta tensão máxima de saída garante que a bateria nunca será sobrecarregada, com o risco de aquecimento e até explosão (possivelmente de uma válvula de segurança). Porém, essa técnica não garantirá uma carga de 100%. Se a sua bateria sofre sucessivas cargas e descargas, como em sistemas fotovoltaicos, onde as baterias se carregam de dia e descarregam de noite, isto pode representar uma rápida deterioração da bateria. Eu já vivenciei isto no meu trabalho! Por isso os carregadores de baterias para sistemas solares sempre empregam as três fases de carga. Mas se a bateria é descarregada ocasionalmente por uma falta de energia elétrica na rua, a redução da vida útil pode ser aceitável. É uma solução de compromisso. Em quanto esta vida útil de reduz, é difícil calcular.

PORÉM, outra questão importante é que estes parâmetros de carga (tensão de equalização e tensão de flutuação) variam com o tipo de bateria (chumbo ácida, AGM, VLRA, GEL e outras) e devem ser atendidos pelo carregador. Carregador inadequado também poderá não carregar completamente a bateria, com as consequências já descritas de capacidade e vida útil. E, segundo os artigos especializados, carga incorreta também pode produzir superaquecimento e até explosão. Por isso escolha um carregador adequado à sua bateria.

Vale a pena o alerta aos interessados em sistemas fotovoltaicos, ou seja, aqueles cuja fonte de alimentação são os painéis fotovoltaicos, que os controladores de carga de baterias para este sistemas operam de forma diferente. As fontes de alimentação que usamos nas nossas estações não foram projetadas para serem curto-circuitadas nas suas saídas, podendo ter circuitos de proteção (ou não!). Já os painéis solares (painéis fotovoltaicos podem ser curto-circuitados porque apresentam uma impedância relativamente alta permitindo isto. Esta característica é aproveitada nos controladores de carga de baterias a partir dos painéis, o que não acontece com os controladores de carga de baterias alimentados por fonte de tensão (que apresentam baixa impedância de saída).

Se você procura carregadores de bateria para serem alimentados por painéis solares, certifique-se que os mesmos sejam apropriados para isso.

O carregador que uso é o PWRGate PG40S da West Mountain Radio (www.westmountainradio.com). Ele tem três conexões: uma para uma fonte de alimentação, outro para a bateria e o terceiro conecta-se ao rádio. Através do carregador, o rádio é alimentado pela fonte, quando presente, ou pela bateria quando a fonte está ausente (desligada ou "faltando luz").  Sempre que a alimentação da fonte retorna, o carregador se incumbe automaticamente de recarregar a bateria, e ainda testa as suas condições antes de aplicar a corrente de carga. Isto é necessário para não carregar uma bateria danificada (com algum elemento em curto). Após carregar a bateria, coloca-a em estado de flutuação para evitar sobrecarga e dano.  Isto tudo sem interferir na alimentação normal do rádio pela fonte, quando esta está energizada.

Tudo muito prático, não fossem dois detalhes. O PG40S não foi projetado para baterias automotivas ou similares (como a minha), mas sim para baterias de GEL ou AGM.  Para a bateria GEL o carregador atinge 13,8V para a tensão de carga/equalização, e para a AGM atinge 14,2V (selecionável no carregador). Entretanto, a tensão necessária para a carga completa da DF1000 é superior a estes valores (14,5V a 15,5V) faltando 0,3V para atingir o limite mínimo da tensão de equalização. Logo, corro o risco de perda de vida da bateria!

Como já dito anteriormente, este carregador apresenta uma queda de tensão entre a bateria e o equipamento devido ao elemento de chaveamento (FET) interno. Esta queda é especificada em 0,3V para uma corrente de 1A e, certamente maior para os picos de 16A, pois o manual especifica (página 7) uma queda de 0,5V para 40A, que é a sua corrente máxima de operação. Coloquei a página onde informa esta queda de 0,5V porque, estranhamente, na tabela de especificações (ao final do manual) a queda de tensão especificada é de 0,37V. Considerando esta divergência de informações, prefiro considerar o valor de 0,5V!

Uma solução para as quedas de tensão do carregador e conectores é desconectar o transceptor da saída específica para ele no PG40S e ligá-lo diretamente à bateria, ou seja, em paralelo, exatamente como feito pelo Joel Hallas no seu artigo do QST.  Esta alternativa de ligar o transceptor em paralelo com a bateria é prevista no próprio manual do PG40S, que se refere também ao artigo do QST. Porém, nesta condição, a corrente de carga da bateria (no máximo 10A para este carregador) será reduzida pelo consumo do rádio, que está em paralelo. E a corrente do rádio em transmissão, que ultrapassar a corrente de carga fornecida pelo carregador, será drenada da bateria, mesmo que você tenha uma boa fonte de alimentação. Isso não deixa de ser uma "saída" para quem não tem uma fonte de alimentação que dê a corrente total drenada pelo rádio nos picos de modulação. Mas saiba que a bateria operará constantemente em carga e descarga, sendo que a carga será da corrente máxima fornecida pelo carregador menos a corrente consumida pelo rádio em recepção. Eu acho que isso não é uma coisa boa para operação normal, podendo resultar em descargas/recargas desnecessárias da bateria em operação normal, ou seja, com presença de energia elétrica e a alimentação da fonte.