Componentes Eletronicos

TP4056 – Carregando Baterias de Lítio Corretamente

Eletrogate 15 de outubro de 2021

Introdução

A tecnologia de Baterias vem evoluindo, mas não consegue acompanhar os passos das tecnologia de semicondutores/Processadores (que evoluem muito mais rápido), formando um descompasso entre essas tecnologias.

Para resolver esse entrave, os desenvolvedores e projetistas compensam essa discrepância otimizando os software e processadores, visando a economia de bateria e também efetuar um carregamento mais inteligente através de microcontroladores e sensores, para que as baterias sejam carregadas da maneira eficiente possível, visando aproveitar toda a capacidade da bateria e garantir uma vida útil maior.

Uma boa solução para carregar células de Lítio é o módulo Tp4056, que traz o CI de mesmo nome contendo alguns recursos bem interessantes, como sensor de temperatura para monitorar e interromper o carregamento da bateria caso aconteça um super aquecimento, led indicador de bateria em carga e totalmente carregada. Nesse artigo vamos apresentar as duas baterias mais utilizadas  atualmente no gadgets, suas aplicações, características e diferenças e um tutorial de utilização do TP4056.


Como Funcionam as Baterias

As baterias são dispositivos acumuladores capazes de armazenar energia através dos processos de oxidação e redução. Dentro das baterias ocorre uma reação de redução e oxidação que gera corrente elétrica.

Com a redução (oxidação), o material presente na bateria vai diminuindo chegando ao seu fim deixando de gerar corrente elétrica.

Ao carregar a bateria a oxidação torna-se reversível fazendo com que os componentes voltem ao seu estado original.

As baterias em geral são divididas em anodo e catodo, onde  o catodo é a parte negativa (que cede os elétrons) e o anodo é a parte positiva (que recebem os elétrons).

Especificamente nas bateria de Lítio, existem mais outra duas partes significativas, que são:

  • O separador: tem a função de separar o cobalto do lítio.
  • A camada de íons de lítio: separa o óxido de cobalto.


Tipos de Baterias

Íons de Lítio (Li-Ion)

 

É a bateria utilizada atualmente pelos smartphones, tablets, GPS, câmeras e outros dispositivos que precisam de grande quantidade de energia em um pequeno peso e volume. Outra característica dessa bateria é a sua alta confiabilidade e segurança, pois quando utilizada conforme os padrões e critérios fornecidos pelo fabricante, o risco de incêndio e explosão são nulos.

Sua capacidade em relação a sua antecessora (NI-CD) é pelo menos 3 vezes maior, sendo que algumas empresas de Smartphones tem conseguido muito mais que isso. 

A tensão nominal da bateria de Lítio é de 3,7 volts e a tensão de operação está entre 2,5 a 4,2 volts, mas é sempre bom observar o que determina o datasheet da bateria para observar esses parâmetros.

Da mesma forma, outro parâmetro a ser observado é a capacidade de carga e descarga para que a bateria não seja danificada. Ainda nesse artigo vamos aprender a como regular o TP4056 para controlar a carga da bateria corretamente.

Níquel-cádmio (Ni-Cd)

Sim, essa bateria era utilizada  no passado  pelos celulares, GPS, câmeras, telefones sem fios etc. Seu custo é muito baixo, mas existem três grandes desvantagens:

Primeira: o autopoder poluidor que essa bateria tem para a natureza;

Segunda: o seu volume que fazia que os aparelhos fossem grandes e pesados;

Terceira: o terrível efeito memória que ocorria caso a bateria não tivesse sido carregada ou descarregada por completo e fosse colocada para carregar, afim de completar a carga.

  • Efeito memória
    É popularmente conhecido como bateria viciada. Esse tipo de bateria necessitava que o carregamento ocorresse somente quando estivesse completamente descarregada, não podendo completar sua carga e também não podia ser retirada do carregador antes de ter sido carregada por completo. Se o usuário fizesse isso com frequência, criava-se o efeito memória, fazendo com que a bateria não mais completasse a carga total, mesmo mostrando o contrário. Assim,  a bateria perdia sua capacidade máxima, chegando a perder até 70% da sua eficácia.

TP4056

O módulo TP4056 é um carregador para baterias de lítio de 3,7 volts de tensão nominal bem fácil de configurar e utilizar, que também conta com LED mostrador de bateria sendo carregada, carga completa e bateria desconectada.

Em sua configuração também existe a possibilidade de regular a corrente máxima de carregamento, fornecendo assim uma carga de acordo com os parâmetros da bateria.

Esse módulo suporta uma tensão de alimentação (CVV) de 0,3 a 8 Volts, fornecendo uma carga máxima de carregamento de até 1000mA.

O CI do módulo recebe o mesmo nome do modelo TP4056 e no terminal 1 (TEMP) do CI existe a possibilidade de instalar um termistor NTC para monitorar a temperatura da bateria que está sendo carregada. Assim, caso a tensão no pino 1 (TEMP) esteja abaixo de 45% ou acima de 80% da tensão do Vin o carregamento é suspenso, ficando constatado que a bateria não está operando na temperatura adequada para o processo de carga. No módulo esse pino de monitoramento é aterrado, o que inutiliza essa função.


Por que Sempre Deve-se Ler o Datasheet da Bateria?

Leia sempre o datasheet da Bateria ser carregada. Assim, podermos configurar a carga adequada garantido mais segurança e vida útil a bateria.

Uma boa Prática também é realizar a carga lenta da bateria que é melhor em questão de segurança, eficácia e durabilidade, assim no momento que for configurar o TP4056 escolha o resistor do Rprog para que o TP4056 forneça a melhor corrente para a bateria .

Assim, vamos olhar as características básicas da Bateria LIR18650 2600mAh fabricada pela EEMB (datasheet aqui): 

CARACTERÍSTICAS BÁSICAS

5.1 Capacidade (25±5℃Capacidade nominal 2600mAh (0.52A Descarga2.75V) 

Capacidade típica 2550mAh 0.52A Descarga 2,75 V

 Capacidade mínima: 2500mAh (0,52 A Descarga2.75V)

Tensão Nominal3.7V
Impedância Interna70mΩ
Tensão de corte de descarga3.0V
Tensão de carga máxima4.20 ± 0.05V
Corrente de carga padrão0.52A
5.7 Corrente de Carga Rápida 1.3A
Corrente de descarga padrão0.52A
5.9 Corrente de descarga rápida1.3A
Corrente de descarga de pulso máximo2.6A
Peso46.5±1g
Dimensão máximaDiâmetro (Ø): 18,4 mm Altura (H): 65,2 mm Diâmetro (Ø): 18.4mm

Altura (A): 65.2mm

Temperatura de operaçãoCarga: 0 ~ 45 ℃ Descarga: -20 ~ 60℃
Temperatura de ArmazenamentoDurante 1 mês: -5 ~ 35 ℃ Durante 6 meses: 0 ~ 35 ℃

Observe que a corrente de carga Padrão dessa bateria é de 520 mA a 1.300 mA.  Assim, com os dados da bateria já podemos configurar o resistor Rprog para o melhor carregamento da bateria. Cabe sempre salientar que a carga rápida da bateria diminui a vida útil da mesma portanto, é bom avaliar  a necessidade desse tipo de carga.


Tabela de Resistor X Carga Bateria

Resistor de Programação (Rprog)Ibat
10 k130 mA
5 k250 mA
4 k300 mA
3 k400 mA
2 k580 mA
1.66 k690 mA
1.5 k780 mA
1.33 k900mA
1.2 k1000 mA

Ligação do Tp4056

A imagem abaixo mostra como é  a ligação do módulo TP4056.
Nunca ligue mais que uma bateria no módulo.

Existe a possibilidade de alimentar o TP4056 de duas forma. Uma via cabo conforme figura acima ou microUsb.


Cuidados

As Baterias de lítio são altamente inflamáveis e podem explodir em altas temperaturas (isso explica a possibilidade preventivamente de colocar o Termístor NTC na bateria para monitorar a temperatura).

Antes, esse tipo de bateria era proibido em voos e navios, mas com a evolução tecnológica e segurança esse tipo de bateria passou ser utilizado em todos os smartphones não sendo mais proibido em voos.

  • Sempre é bom observar os parâmetros de funcionamento das baterias para que não ocorra incêndio e explosão.
  • Algumas dicas básicas para segurança
  • Não use bateria estufadas
  • Não deixe no sol.
  • Não molhem
  • Desconecte do carregador ou dos dispositivos se a bateria estiver com alta temperatura.
  • Não respire o gás que possa sair das baterias.

Conclusão

Concluindo, esse artigo além de apresentar a ligação do Tp4056, mostra a importância de saber “configurar” os parâmetros de carga para o carregamento mais adequado da bateria aproveitando o máximo da sua eficiência.


Referencia Bibliográfica

  • https://lume.ufrgs.br/bitstream/handle/10183/222449/001126424.pdf?sequence=1&isAllowed=y
  • https://www.ineltro.ch/media/downloads/SAAItem/45/45958/36e3e7f3-2049-4adb-a2a7-79c654d92915.pdf

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Sobre o Autor


André Calazans

Programador, Graduando em Ciência da Computação, Técnico em Eletrônica, Eletricista. Onde tiver um Elétron eu vou querer saber porque ele está ali.


Eletrogate

15 de outubro de 2021

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