Saber Quando Parar: Encontrando o Pico que Indica Carga Completa

**US 5,196,780**, David R. Pacholok, depositada em **10 de setembro de 1991**, concedida em **23 de março de 1993**, expirada. A figura nesta página é sua própria folha 1: FIG. A 1 é a curva de tensão versus tempo com o pico marcado, e FIG. A 2 é o diagrama de blocos — FAST CHARGE e SLOW CHARGE blocos, a rede RC para um comparador e, ao longo da parte inferior, **TH** e **TIMER**. Escreva as três terminações antes de construir qualquer coisa, pois o arranjo é a invenção, não nenhuma delas isoladamente: 1. **−ΔV**, detectado por um capacitor carregado através de um resistor a partir do terminal da bateria. O capacitor fica atrasado. Quando ele *ultrapassa* a tensão da bateria, a bateria deve ter virado. Sem diferenciador, sem problema de ruído. 2. **Um temporizador**, cerca de dezoito minutos na carga rápida. Se o sinal de tensão nunca chegar, a carga ainda assim termina. 3. **Um termostato**, ajustado entre **40 °C e 60 °C**, nas próprias células. Se elas aquecerem por qualquer motivo que seja, a carga termina. Depois, observe o que acontece após a terminação: o circuito não desliga, ele passa para uma **carga lenta** que repõe a autodescarga sem sobrecarregar. Um carregador que simplesmente para deixa você com uma bateria descarregada de novo até quinta-feira. As fontes deste são confiáveis e o número foi verificado. Quando um degrau posterior diz que um número não pôde ser determinado, isso é uma afirmação sobre aquele degrau, não um hábito.

Não é possível construir sensatamente um detector para um sinal que você nunca viu. Registre primeiro o sinal. Coloque uma célula NiMH descarregada em um suporte. Ajuste a fonte de bancada para corrente constante em **1C** — 2 A para uma célula de 2.000 mAh — com o limite de tensão em 1,8 V para que uma conexão ruim não produza uma surpresa. Fixe o termopar na lateral da célula com fita adesiva. Registre a tensão terminal com **quatro dígitos** e a temperatura da carcaça a cada minuto. Quatro dígitos não é preciosismo: todo o sinal que você procura é de cerca de 10 mV, então um medidor de três dígitos mostrando 1,48 V não consegue vê-lo de forma alguma. Espere, ao longo de aproximadamente uma hora: - uma subida rápida nos primeiros minutos enquanto a célula se polariza; - um meio longo e de subida lenta; - um **pico**, seguido de uma queda da ordem de 5–15 mV para uma única célula; - **temperatura subindo bruscamente** a partir aproximadamente do mesmo momento. Pare no pico ou em 45 °C, o que ocorrer primeiro. Marque no seu registro onde estava o pico e de quantos milivolts foi a queda. Esse é o número que seu circuito precisa resolver e, em um pacote de doze células, ele é doze vezes maior, por isso a terminação por −ΔV funciona muito melhor em um pacote do que em uma célula única.

Agora construa o detector de Pacholok na placa de ensaio. São quatro partes. 1. **O RC.** Um resistor do terminal da bateria para um capacitor ligado à terra. Escolha R e C de modo que R×C seja a constante de tempo que você escolheu no passo 4 — 470 kΩ com 470 µF dá cerca de 220 segundos, quase quatro minutos. Use um filme ou um eletrolítico de baixa fuga; um capacitor com fuga é uma segunda resistência que você não planejou, e ele manterá a cópia suprimida permanentemente. 2. **O comparador.** Um LM393, com a tensão da bateria em uma entrada e o capacitor na outra. Sua saída muda no instante em que o capacitor vence. 3. **Um pouco de histerese.** Um resistor de alto valor da saída de volta à entrada não inversora, um megaohm ou algo assim, para que a saída mude bruscamente em vez de oscilar na passagem pelo cruzamento. Sem ele você disparará repetidamente com ruído de milivolts. 4. **A chave.** A saída do comparador aciona a porta do MOSFET de nível lógico, que conduz a corrente de carga. O nível lógico importa: um MOSFET comum não conduzirá totalmente com uma porta de 5 V e dissipará a diferença como calor. Teste primeiro sem bateria. Coloque o gerador de funções na entrada com uma onda triangular bem lenta — alguns minutos por ciclo, um ou dois volts de pico a pico — e verifique se a saída muda logo após cada vértice e não antes. Um gerador de sinais que você pode inverter à vontade é um teste muito melhor do que uma célula que vira apenas uma vez por hora. Em seguida, coloque sua curva de célula registrada diante dele para valer. Observe a tensão do capacitor em um canal do osciloscópio e a célula no outro; o cruzamento é visível e é o próprio objetivo do circuito.

Um detector de −ΔV sozinho é um circuito que pode falhar silenciosamente, e o modo de falha é uma carga que nunca termina. Adicione os outros dois. **O termostato.** Use o próprio termistor do pacote se tiver o pino TH da etapa 3, ou um NTC de 10 kΩ colado na célula. Coloque-o em um divisor com um resistor fixo e alimente a junção na segunda metade do LM393; ajuste a referência com o potenciômetro para que o comparador dispare em cerca de **45 °C**. Calibre, não presuma: aqueça o termistor com a pistola de ar quente na configuração mais baixa enquanto observa o termômetro infravermelho, e ajuste até que o disparo ocorra onde você deseja. Conecte a saída deste comparador para que ele possa cortar a porta do MOSFET **independentemente** do que a metade −ΔV estiver indicando. **O temporizador.** O 555 em modo monoestável com um RC longo lhe dá os dezoito minutos de Pacholok. Calcule R e C para a sua própria taxa de carga, em vez de copiar a dele: dezoito minutos são corretos para a taxa que o carregador dele usava, e um temporizador ajustado para a taxa errada é pior que nenhum, pois interromperá todas as cargas boas. Agora teste cada um **isoladamente**. Desconecte a metade −ΔV e comprove que o termostato interrompe a carga. Desconecte o termostato e comprove que o temporizador a interrompe. Uma redundância que você nunca testou individualmente não é redundância, são três circuitos e uma esperança. Por fim, adicione o caminho de carga lenta: um resistor que mantém uma corrente de gotejamento após o término, em algo como C/40. Meça com o multímetro e compare com a taxa de autodescarga da própria célula.

**Atribuição.** US 5,196,780, David R. Pacholok, depositada em 10 de setembro de 1991, concedida em 23 de março de 1993, expirada. O desenho desta página é do próprio patente. **Por que 1991 e não 1961.** O efeito −ΔV já era compreendido muito antes desta patente; os fabricantes de células o descreviam em notas de aplicação havia anos. O que faltava era uma forma de detectar uma queda de alguns milivolts em um sinal sobreposto a mais de um volt, de maneira barata o bastante para ser colocada em um carregador de consumo, sem um microcontrolador. O truque do atraso RC é a resposta para a parte "barato o bastante", e é uma solução genuinamente elegante: ele substitui um diferenciador, que amplifica o ruído, por um atraso, que o suprime. **O que mudou para os fabricantes.** Antes de uma terminação confiável, a taxa de carga segura era C/10 durante a noite, porque o ciclo de recombinação podia absorvê-la indefinidamente. Depois disso, a carga rápida tornou-se comum, e um carregador rápido é o que faz funcionar um fluxo de trabalho com dois conjuntos de baterias: um na ferramenta, outro no carregador, sem espera. O conjunto do degrau 3 e o carregador deste degrau só fazem sentido juntos. **Limites honestos.** −ΔV é um sinal de química de níquel e não existe em íon de lítio, cuja tensão só sobe; células de lítio são terminadas por corrente constante para tensão constante e depois por corrente decrescente, um método totalmente diferente. O −ΔV também fica mais difícil à medida que o conjunto envelhece, porque o pico se achata, e é quase inutilizável em uma única célula pelo motivo que o passo 2 apresenta. E todo o esquema se baseia na suposição de que as células de um conjunto atingem a carga completa juntas, o que, como o degrau 7 mostra, não acontece.