Bateria Automotiva – Dicas e Procedimentos

Introdução

A décadas passadas, os veículos utilizavam a bateria somente para partida do motor e alimentação de periféricos que não interferiam no funcionamento do motor.  Ultimamente, devido a forte eletrônica embarcada nos veículos, o número de módulos conectados e a quantidade de configurações armazenadas o uso e a manutenção da bateria se torna cada vez mais significativo.

A bateria nada mais é do que um acumulador elétrico, similar a caixa-d’agua existente na sua casa, mas o que seria um acumulador elétrico?

Segundo a SECPOWER indústria fabricante de baterias o acumulador é um dispositivo capaz de transformar energia química em energia elétrica e vice-versa, em reações quase completamente reversíveis, destinado a armazenar sob forma de energia química a energia elétrica que lhe tenha sido fornecida, restituindo a mesma em condições determinadas. 

Nesta figura, pode-se realizar uma analogia quanto:

• Reservatório = Acumulador – Bateria
• Bomba de água = Alternador
• Consumidores = Módulos, Bomba de Combustível, Atuadores, Sensores, Faróis e etc.

 

1. Bateria

             Segundo a Bosch, em um veículo, a energia acumulada na bateria deve estar disponível para dar partida no motor depois que este tenha sido desligado. Por um lado, quando o motor estiver parado (e, portanto, o alternador também), a bateria deve ser capaz de fornecer uma alta corrente por um tempo limitado para dar partida no motor, o que é especialmente crítico em baixas temperaturas. Por outro lado, quando o motor estiver funcionando sem marcha, desligado ou quando o alternador não produz energia suficiente para cobrir a necessidade de todos os consumidores, a bateria deve conseguir fornecer uma parte da energia elétrica aos outros componentes importantes do sistema elétrico do veículo. A bateria também absorve os picos de voltagem do sistema elétrico do veículo para que eles não danifiquem os componentes eletrônicos sensíveis.

 

1.1 Quanto ao Funcionamento

Em se tratando de baterias do tipo Chumbo Ácido de células secundária o seu funcionamento é análogo ao principio determinado pela ” Pilha de Daniel” (criada em 1836) onde as células da bateria são formadas por dois eletrodos e um eletrólito, onde um dos eletrodos oxida-se, liberando elétrons (terminal negativo, anodo). O outro eletrodo reduz-se, usando esses elétrons liberados (terminal positivo, catodo). Em geral, as baterias possuem 6 células e cada uma é capaz de produzir a tensão de 2,1 Volts, associando-as encontra-se a diferença de tensão de 12,6 Volts.

A figura abaixo, ilustra o funcionamento da reação química durante o processo de carga (alternador em funcionamento) e descarga (motor de partida acionado e/ou periféricos)

 

1.2 Quanto a Manutenção

A maior parte das baterias de chumbo ácido comercializadas atualmente e são “seladas”. Essas não necessitam de reposição de solução, as dúvidas surgem a medida que é preciso fazer a recarga dessas baterias e quanto aos testes a serem realizados.

Antes de realizar a recarga, é recomendável que se faça alguns testes como:

# Test Number 1 – Nível de tensão da bateria. O nível de tensão obtido pelo teste indica o nível de carga existente na bateria.

• Para teste realize os seguintes procedimentos: 1) Desligue o veículo e todos os equipamentos elétricos. ; 2) Coloque o multímetro na escala não superior a 20 Volts. 3) Conecte a ponta de prova positiva no polo positivo da bateria 3) Conecte a ponta de prova negativa no polo negativo da bateria. Tensão menor que 12,0 volts a bateria deve ser substituída ou recarregada.

# Test Number 2 – Fuga de corrente – A corrente em vazio é o consumo de energia elétrica que sobra quando todos os acessórios do carro estão desligados. Se a corrente em vazio estiver alta demais, a bateria permanecerá frequentemente em um estado descarga. A fuga de corrente não deve exceder a 0,05% da capacidade da bateria. Por exemplo:

Para uma bateria de 40 Ah x 0,0005 = 0,02 A ou 20 mA

• Para teste realize os seguintes procedimentos: 1) Desligue o veículo e todos os equipamentos elétricos e aguarde pelo menos alguns minutos, veículos mais novos podem ter temporizadores em atuação por até 10 minutos no módulo. ;  2) Retire a chave do contato. 3) Feche todas as portas para que as luzes de cortesia não fiquem acesas. ; 4) Todos os contatos (capota, porta-malas, portas, porta-luvas) devem estar fechados. 5) Tranque o veículo. 6) Coloque o miliamperímetro ou multímetro ligado em série com o cabo negativo e o polo negativo da bateria. 7) O miliamperímetro ou multímetro deve estar em sua escala mais alta. 8) Baixa-se a escala até que se possa efetuar a medição.

Abaixo segue consumo estimado pela Bosch para cada um dos componentes, pode ser válido fazer a remoção do fusível responsável pelo dispositivo e verificação para detecção da fuga.

• Veículos Leves

Os valores acima se referem ao consumo máximo por equipamento individual. Se o veículo possuir um sistema elétrico de abertura de janela em cada porta de um veículo com quatro portas, a corren te em vazio resultante de todo o sistema de abertura de janela é igual a 4 x 5 mA = 20 mA.

• Pesados

Link de como realizar o teste:  Procedimento com multímetro

#Test Number 3 – Regulador de Voltagem  – O regulador de voltagem é responsável por alimentar a bateria e o sistema elétrico do veículo com a voltagem correta. A voltagem é estabilizada entre  13,5 V e 14,5 V para os veículos com um sistema elétrico de 12 V. Se a saída de voltagem do regulador estiver baixa demais, a bateria não será carregada o suficiente, o que resulta em danos permanentes à bateria.

• Para teste realize os seguintes procedimentos: 1) Verificar se a bateria do veículo está boa e carregada. 2) Se não, troque-a antes de iniciar o teste. 3) Instalar um amperímetro entre o cabo negativo e o pólo negativo da bateria.4) Instalar um voltímetro de boa precisão (mínimo 0,5%) com escala que consiga ler décimos de volts em paralelo com a bateria. 4) Ligar o motor do veículo em rotação média e observar o amperímetro. 5) Quando este estiver marcando uma corrente de 5 A ou menos, então se pode ler o voltímetro. 6) Neste momento ele deve estar marcando entre 13,5 a 14,5 volts para veículos com sistemas 12 volts, ou de 27 a 29 volts para sistemas 24 volts. Se a voltagem estiver fora desta faixa, o regulador deve ser substituído por um novo e de boa qualidade.

Link de como realizar o teste: Procedimento de teste do Regulador de Tensão

Outros testes poderão ser realizados como : Eficiência do Alternador e Consumo do motor de partida. Porém estes, não serão tratados aqui.

1.3 Quanto ao procedimento de recarga

Colocar no mesmo circuito somente baterias de mesma capacidade e mesmo estado de carga. Isso evita que as baterias pouco descarregadas sofram sobrecarga quando ligadas no mesmo circuito de uma bateria que necessite maior tempo de recarga. Durante o processo de recarga a temperatura não pode ultrapassar de 50° C, caso ocorro, refazer o processo após a mesma atingir 45°C.

      1.3.1 Recarga de Corrente Constante: Ao recarregar a bateria com uma corrente constante, a voltagem aumenta lentamente durante a recarga. No final, a voltagem aumenta rapidamente e o processo deve ser interrompido no valor-limite  de voltagem.

Exemplo: Bateria de 45 Ah. Corrente de Recarga: 45 x 0,1 = 4,5 A (10% da capacidade nominal da bateria).

 

A figura abaixo, determina o número de horas necessário em função do nível de tensão para uma recarga a 10% da capacidade nominal da bateria.

        1.3.2 Recarga de tensão constante: Neste método de carga, a corrente inicial imposta à bateria deve ser limitada a 25 A e a tensão a 14,4 V.  O tempo de carga da bateria varia de acordo com o estado de carga da bateria, conforme a tabela abaixo:

1.4 Quanto a avaliação na hora da Compra

É preciso estar atento a marca e modelo,após feita essa triagem os seguinte indicadores devem ser comparados:

• Ampere-hours (A · h) – é uma medida de carga elétrica que uma bateria pode ser fornecida. Esta quantidade é um indicador do total quantidade de carga que uma bateria pode armazenar e entregar na sua tensão nominal. Seu valor é o produto da corrente de descarga (em amperes), multiplicado pela duração (em horas) para o qual esta corrente de descarga pode ser sustentada pela bateria. Geralmente padronizado pelas montadoras, encontra-se disponível na etiqueta da bateria ou no manual do proprietário.
  
• Cold cranking amperes (CCA) – é a quantidade de corrente que uma bateria pode fornecer a 0 F (-18 ° C) conforme a Norma SAE J537.  A classificação é definida como a corrente um ácido-chumbo A bateria a essa temperatura pode fornecer durante 30 segundos e manter pelo menos 1,2 volts por célula (7,2 volts para uma bateria de 12 volts). É mais exigente teste do que aqueles em temperaturas mais elevadas. Quanto maior, melhor.
• Cranking amperes (CA) ou Marine cranking amperes (MCA) – é a quantidade de corrente que uma bateria pode fornecer em 32 F (0° C). A classificação é definida como o número de amperes de um ácido-chumbo a bateria a essa temperatura pode fornecer durante 30 segundos e manter pelo menos 1,2 volts por célula (7,2 volts para uma bateria de 12 volts). Quanto maior, melhor.
  

 

1.5 Quanto ao manejo e armazenamento

As baterias devem ser armazenadas sobre estrados de madeira ( pallet) na posição horizontal e em um lugar seco. Sem incidência de raios solares e com uma temperatura média variável de 10°C à 35°C. A venda deverá ser realizada conforme o processo FIFO ( First in First Out), ou seja, a primeira bateria que entra no estoque deverá também ser a primeira a sair. Empilhamento máximo: 3 bateria acima de 90 Ah e 5 para baterias leves abaixo de 90Ah.

 

1.6 Quanto as possíveis causas de falha

 

1) Baixo estado de carga – Um baixo estado de carga é o estado preliminar da descarga profunda. Em um baixo estado de carga, a massa ativa ainda não foi danificada. A

bateria ainda pode ser carregada com um carregador padrão.

2) Descarga profunda – Uma bateria sofre uma descarga profunda quando sua capacidade estiver totalmente usada. Quanto maior o período em que a bateria permanece nesse estado, maiores serão também os danos à massa ativa. As placas começam a sulfatar e o recarregamento se torna impossível. Esse dano é irreversível.

3) Sulfatagem – Se uma bateria for deixada em estado descarregado por um período excessivo de tempo, ocorrerá uma reação química chamada de sulfatagem, a qual pode definitivamente comprometer o seu desempenho. Durante o processo de descarga,

sulfato de chumbo é gerado nas placas positivas e negativas e distribuído regularmente entre elas. Quanto mais tempo a bateria é deixada em esta do descarregado, mais os finos cristais de sulfato se desenvolvem em cristais maiores e estes dificilmente podem ser transformados novamente em dióxido de chumbo. A sulfatagem pode se tornar visível na forma de uma camada branca/cinza nas placas. Na maioria dos casos, isso representa um dano irreversível e a bateria não poderá ser utilizada.

4) Estratificação do ácido – A estratificação do ácido é uma causa comum da falha da bateria. Em uma bateria estratificada, o eletrólito se concentra no fundo e a metade supe rior da célula fica com pouco ácido. A estratifica ção ocorre quando a bateria é mantida em carga baixa (abaixo de 80%) e nunca é plenamente recarregada. Os percursos de curta distância que incluem o uso dos limpadores de pára-brisa e dos aquecedores elétricos contribuem para esse fe nômeno. A estratificação de ácido reduz o desem penho geral da bateria.

5) Sobrecarga – A sobrecarga é freqüentemente relacionada a uma alta temperatura inapropriada no compartimento do motor. Além disso, um regulador de voltagem

defeituoso é muitas vezes uma outra causa da sobrecarga. A alta corrosão das grades, a massa ativa positiva solta, a massa ativa danificada e o alto consumo de água são as características da sobrecarga. Ao examinar uma bateria sobrecarregada,

um baixo nível de eletrólito e uma camada preta nos bujões de enchimento são frequentemente encontrados. O consumo excessivo de água acarreta o aumento da densidade do eletrólito. Além disso, a alta temperatura resulta em uma resistência interna mais baixa da bateria, o que proporciona o aumento da corrente de carga e o que

aumenta o efeito da sobrecarga.

6) Desgaste – Durante o ciclo de carga e descarga, o material das placas da bateria (massa ativa) está em movimento devido aos processos eletroquímicos. A cada vez que a bateria passa por um ciclo de carga ou descarga, uma pequena quantidade de

massa ativa se desprende das placas. Esse processo de envelhecimento normal causado pelos ciclos de carga e descarga resulta na perda da capacidade da bateria e, finalmente, a bateria perderá a capacidade de dar partida no veículo ou no equipamento.

Uma bateria possui um número finito de ciclos pelos quais ela passa antes de perder a sua capacidade. Veículos que efetuam uma alta quantidade de percursos de curta distância, como táxis, caminhões e ônibus atingem a quantidade máxima de ciclos em menos tempo do que carros com percursos de longa distância.

7) Aplicação Incorreta – As baterias  devem corresponder ou exceder as especificações da montadora. A escolha de uma bateria com uma capacidade ou potência menor resultará em uma vida útil mais curta e na falha precoce da bateria.

8) Danos físicos -Se a bateria for instalada e presa de maneira incorreta, se os fios de conexão são martelados para dentro dos terminais ou se os fios não são corretamente conectados, a caixa e os terminais da bateria sofrerão danos óbvios. Além disso, pólos terminais derretidos podem indicar que a bateria sofreu um curto-circuito.

 

Conclusões e Tendências

As baterias de chumbo-ácido mais desenvolvidas atualmente são do tipo AGM ( Absorbent Glass Mat) utilizadas em sistemas que necessitam de alto desempenho como “Start-Stop” . O separador é uma Manta de microfibra de Vidro que age como uma esponja, absorvendo e imobilizando o eletrólito, assegurando total contato da placa com o ácido e plena disponibilidade de carga durante o processo de descarga. A aplicação em “S” (“S wrapping”) da manta de microfibra de vidro é utilizada para eliminar o risco de curto circuito devido a deformações e/ou rompimento de placas no fundo da célula. O objetivo do separador é manter uma distância constante entre as placas positiva e negativa, eliminando, dessa forma, a possibilidade de curtos circuitos diretos, permitindo, ao mesmo tempo, que o material ativo possa reagir totalmente com o eletrólito. A manta resulta também em uma estrutura aberta, que oferece mínima resistência ao fluxo do eletrólito durante o preenchimento e possui elevada durabilidade, capacidade térmica e excelente condutividade.

Ainda sim, a densidade energética (Wh/Kg) e capacidade de descarga (C) é limitada, portanto surgem baterias de alto desempenho como as de Íons de Lítio

• Bateria Toyota Prius- 201,6  Volts
• Densidade Energética: 46 Wh/Kg
• Peso do pacote: 68 Kg

 

Fonte

1) Toyota Prius Battery Specs

2) Baterias Automotivas – Maxxi Training

3) Manual de baterias Bosch

 

Agradecimentos, ALR