Como ligar o seu Arduino com uma bateria

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Alguns projetos devem ser portáteis ou projetados para operar remotamente. Dado isso, precisamos de uma fonte de alimentação portátil e que possa ser deixada sem vigilância por um período de tempo. Uma maneira de fazer isso é usando a energia da bateria.

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Mas quais são os fatores que precisamos considerar? Neste artigo, discutiremos os requisitos de energia da bateria dos dispositivos controlados por Arduino para se adequar ao design portátil e compacto pretendido.

Ao projetar um Arduino alimentado por bateria, use sempre o menor Arduino possível. Por exemplo, um Arduino Nano consome menos energia que o Arduino UNO e o Pro-Mini consome menos que o Nano. Sempre comece com o menor Arduino capaz do que você planeja construir. O Arduino também inclui uma biblioteca que cria um modo de economia de energia, mas abordaremos isso em outro artigo.

Dimensionar a bateria para atender às suas necessidades

Existem várias maneiras de alimentar um dispositivo Arduino, mas selecionar a bateria adequada pode criar ou interromper um projeto que seria bom. Muitas compensações são necessárias para combinar a bateria com uma tarefa específica. Uma das primeiras decisões a tomar seria selecionar entre uma bateria primária ou secundária.

Pilhas primárias são o tipo mais comum de bateria e existem há mais de cem anos. Eles são não recarregáveis, de tamanho comum e confiáveis ​​em praticamente qualquer ambiente. Disponível em tamanhos padrão, de AAA a D Cell, ele fornece 1,5 volts constantes para alimentar um dispositivo. Uma bateria de 9V também é considerada uma bateria primária e é composta de pequenas células individuais de 1,5 volts. As baterias primárias são adequadas para dispositivos portáteis que não estão em locais remotos e não exigem muita energia.

Por outro lado, baterias secundárias vêm em várias configurações e tamanhos diferentes. Eles são recarregáveis, confiáveis ​​e geralmente mais caros que uma bateria principal. Dependendo da bateria específica, alguns requerem manuseio especial e dispositivos de carregamento exclusivos. Se usados ​​incorretamente, eles podem pegar fogo ou até explodir.

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A classificação da bateria deve fornecer uma estimativa de quanto tempo você pode esperar que o circuito funcione. Por exemplo, se o seu circuito consumir 35mA continuamente, uma bateria com uma classificação de 3400mAh pode durar cerca de 4 dias.

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Células primárias

Zinco-carbono, alcalino baterias, 9Ve moeda cell são tipos de baterias primárias (não recarregáveis) que provavelmente seriam utilizadas em um projeto do Arduino. Cada um tem atributos diferentes que devem ser considerados ao decidir sobre a fonte de energia.

Carbono Zinco Baterias

As baterias de zinco-carbono existem há mais de cem anos. Cada célula é capaz de fornecer 1,5 volts. Eles são baratos, projetados para cargas leves e têm uma vida útil relativamente longa. As baterias de carbono-zinco têm uma vida útil longa, mas não se destinam ao uso em temperaturas muito baixas e não são recarregáveis.

Você nunca deve usar isto com qualquer outro tipo de células primárias. Quando as baterias de carbono-zinco são empilhadas para aumentar a tensão, todas as células devem ser do mesmo tipo. As baterias de carbono-zinco duplo A (AA) têm uma classificação de 400-900 mAh. Hoje, eles foram substituídos por pilhas alcalinas, mas são incluídos aqui para fins de discussão.

Alcalino Baterias

As baterias alcalinas têm uma densidade de energia mais alta (quanta energia uma bateria contém) e vida útil mais longa do que as baterias de carbono-zinco. Dependendo da carga aplicada, a classificação varia de 3000mAh a uma taxa atual baixa a 700mAh para uma carga pesada.

A tensão de saída de uma fonte alcalina a bateria cai quando a bateria é usada, portanto, seu uso depende dos requisitos de carga. Ele pode lidar com cargas leves com facilidade, mas cargas pesadas (1A) reduzem a vida útil da bateria. As pilhas alcalinas Double-A (AA) são capazes de fornecer aproximadamente 700mA de corrente sem superaquecer a bateria. As baterias alcalinas são uma boa opção para aplicações com carga leve. Além disso, permite alterar de uma célula AA para uma célula C ou até uma célula D para aumentar a capacidade.

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9V Batteries

A onipresente bateria de 9V se enquadra em uma de duas categorias, lítio ou alcalina. É uma bateria não recarregável composta por células menores empilhadas para criar uma fonte de 9V. Uma bateria de lítio de 9V avaliada em aproximadamente 500mAh e fornece 25ma tem uma expectativa de vida de pouco mais de 24 horas. Ao entregar 1A, duraria menos de 8 horas. Pilhas alcalinas são capazes de consideravelmente menos.

Quando conectada a um Arduino, a bateria de 9V passa por uma regulação linear para diminuir a tensão para um nível aceitável. Só isso sobrecarregaria uma bateria típica de 9V. Seria melhor com 3 pilhas AA conectadas à entrada de 5V no Arduino ignorando o regulador. Mas isso não quer dizer que um Arduino não possa ser modificado e programado para funcionar com êxito com uma bateria de 9V. Você pode ler mais sobre isso aqui.

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Moeda Cell baterias

A bateria de célula tipo moeda é uma bateria de lítio que não pode ser recarregada. É considerada uma célula de baixa potência que pode ser empilhada para aumentar sua voltagem. Normalmente, é usado em pequenos dispositivos de controle remoto e porta-chaves, mas devido ao seu design exclusivo, é necessário um suporte especial. Por esse motivo, seu uso é um pouco limitado apenas a circuitos Arduino muito pequenos.

Células Secundárias

As baterias secundárias são recarregáveis ​​e estão disponíveis em diversos tamanhos e configurações. As baterias secundárias com maior probabilidade de serem usadas com os sistemas baseados em Arduino são as de íon de lítio, polímero de lítio, hidreto de metal níquel e baterias de chumbo-ácido seladas.

Íon de lítio e baterias de polímero de lítio

Existem muitas variações da química dos íons de lítio. Mas vamos nos concentrar nos tipos de polímero de lítio (LiPo) e íon de lítio (íon de lítio) porque eles são os mais populares:

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Baterias de íon de lítio vs. baterias de polímero de lítio

Polímero de lítio Íon-lítio
Menos densidade de potência Mais densidade de potência
Mais caro Menos caro
Embalagem: bolsa flexível Embalagem: cilíndrica, prismática (caixa)
Segurança: mais seguro que o Li-ion Segurança: pode ser instável, más técnicas de carregamento podem causar problemas
N / D Inclui circuitos para regular a energia e descarga para evitar explosões
N / D O envelhecimento pode causar problemas
Recarregável Recarregável

Ambos fornecem 3,7 a 4,2 volts, com média de 3,7V.

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Ao carregar baterias de lítio, a tensão de carregamento deve ser menor ou igual à tensão da bateria. Não carregue acima da tensão nominal da célula. Os circuitos internos impedirão que isso aconteça.

Conheça os requisitos atuais do seu dispositivo e nunca tire mais corrente da bateria do que ela pode fornecer. Isso também é controlado pelos circuitos embutidos na bateria de íons de lítio. Nunca tente carregar em temperaturas superiores a 122 graus Fahrenheit.

O carregamento de baterias de íon de lítio e polímero de lítio requer uma unidade de carregamento projetada especificamente para elas. O carregador não deve ficar acima de 4,2V. A maioria dos carregadores de íon de lítio permite que você use o dispositivo enquanto o carrega, fornecendo um botão “OUT” para fornecer energia à carga enquanto carrega a bateria.

Sempre tome nota da classificação “C” da bateria (C = classificação de amp / hora / 1 hora). Uma bateria classificada em 1300mAh seria carregada a uma taxa de 1300ma por 1 hora. Carregar a 0,5 ° C levaria 2 horas. Os fabricantes publicam classificações sugeridas para carregar suas baterias.

Hidreto de metal níquel (NiMH) Baterias

As baterias de hidreto de metal níquel são consideradas um substituto para as baterias alcalinas. Eles fornecem 1,25V por célula e são recarregáveis, mas têm problemas de auto-descarga. Além disso, requer um longo ciclo de recarga e pesa mais que as baterias de íon-lítio. Mas eles não apresentam os riscos que o íon-lítio faz, que algumas pessoas consideram reconfortantes.

Uma comparação fácil para as pilhas NiMH seria pensar nelas como pilhas recarregáveis ​​AAA, AA, C e D funcionando a 1,2V. Eles fornecem apenas 1,2 V por célula, enquanto que íons de lítio / polímero fornecem 3,7 V.

Baterias de chumbo-ácido

Incluímos baterias de chumbo-ácido para as aplicações especiais que requerem uma grande quantidade de energia e estão em locais remotos. Além do fato de serem extremamente volumosos, eles também exigem um circuito de carregamento de energia mais alto.

Banco do poder de DIY

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Você pode criar facilmente seu próprio banco de potência. O banco de potência à direita, equipado com 2 células 18850 de íon de lítio, é capaz de fornecer 3,3V ou 5V. A unidade possui um carregador integrado que permite carregar a partir de uma porta USB em um PC.

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