TP4056 – Carregando Baterias de Lítio Corretamente

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

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

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.