Neste post vamos aprender o que são baterias de gel e também aprender como construir um carregador especializado para carregar uma bateria de gel, com cálculos completos.
O circuito proposto funciona em dois modos: ele começa a carregar uma bateria de célula de gel descarregada com corrente constante, até que a tensão de carga completa seja alcançada nos terminais da bateria. Assim que a carga completa é alcançada, o circuito muda de modo de corrente constante para um modo de tensão constante.
Essa mudança da corrente constante para a tensão constante é importante para as baterias de células de gel que protegem a bateria contra sobrecarga.
O que é uma bateria de célula de gel
A célula de gel é bastante idêntica a uma bateria de automóvel contemporânea. A célula de gel fornece alta densidade energética dentro de uma bateria selada multicelular, sem manutenção e ácido de chumbo.
As células de gel geralmente não são criadas em pequenos gabinetes, como as células AA, C e D comuns.
Em vez disso, estes são projetados em gabinetes maiores que podem estar disponíveis em tamanhos de uma maço de cigarro para uma bateria de carro, e em muitos casos muito maior.
As baterias típicas de células de gel estão disponíveis com especificações de tensão que podem variar de 2 a 24, e em capacidades Ah que variam de 1,2 a 120 Ah (Amp-Hours). A classificação Ah diz respeito à quantidade de corrente que poderia ser fornecida pela bateria dentro de um período de tempo.
Por exemplo, uma bateria pode ser especificada com 2 volts e 30 Ah. Isso significa que a bateria deve ser capaz de fornecer uma corrente de 1,5 amperes consistentemente durante um período de 20 horas.
Uma bateria bem manuseada poderia realmente sobreviver por anos, no entanto uma bateria mal manuseada pode permanecer operacional apenas alguns meses, ou talvez semanas.
O circuito de carregador de bateria de célula de gel proposto não foi projetado para restaurar uma bateria de célula de gel arruinada ou maltratada: está sob seu controle para cuidar de suas baterias corretamente.
A quantidade de células em uma bateria de célula de gel pode ser equivalente à tensão nominal da bateria dividida por 2.
Uma bateria de 12 volts, como resultado, possui seis (12/2) células. Cada célula inclui uma saída de 2,3 volts enquanto é completamente carregada. Da mesma forma, uma bateria de 6 células especificada nominalmente a 12 volts, na verdade fornece uma saída totalmente carregada de 13,8 volts.
É possível detectar quando uma bateria de célula de gel é quase descarregada do simples fato de que, quando está sem qualquer carga ou situação de baixa carga, fornece uma tensão de saída que está perto de sua saída nominal de 100%, mas assim que a bateria é submetida a uma carga razoável a pesada, a tensão cai em aproximadamente 4,6 volts.
A razão por trás da diminuição de duas células é que uma célula descarregada basicamente inverte a polaridade e começa a funcionar como uma carga que “cancela” a tensão da boa célula.
Portanto, você poderia possivelmente medir não mais do que 9,2 volts (13.8 – 4.6 = 9.2) para uma bateria de 12 volts que deve ser agora recarregada. E falando em cobrar, agora vamos descobrir como isso pode ser feito com precisão.
Métodos de carregamento
As baterias de células de gel através de vários fornecedores são criadas de várias maneiras, e estas têm diversas demandas de carregamento.
Muitas dessas baterias poderiam ser carregadas fazendo uso dos circuitos explicados neste artigo. Dito isso, você precisa verificar com o fabricante da sua bateria para ter certeza. Uma abordagem generalizada e confiável para a cobrança pode ser como explicado abaixo.
Inicialmente, uma fonte de corrente constante regulamentada que corresponde a 10% da bateria Ah é dada à bateria.
Como exemplo, uma bateria de 12 volts 7 Ah pode começar a usar uma corrente de carregamento de 700 mA. A tensão tem que ser supervisionada; assim que a tensão do terminal da bateria chegar a 90% da saída nominal. Nesta fase, o circuito desconecta a fonte de corrente constante e muda para uma tensão regulada, a fim de realizar o carregamento completo da bateria.
Essa mudança é realmente importante para proteger contra o excesso de carga apenas no caso de a bateria permanecer conectada com o carregador por um longo período de tempo. A bateria pode passar por uma carga flutuante desta maneira para sempre.
Você pode trabalhar com uma corrente de carregamento diferente de 10%, por exemplo, destinada a “carregamento rápido”. Mas, se você estiver usando uma corrente diferente, certifique-se de cumprir com cautela as sugestões do fabricante.
Para descobrir quanta tensão o circuito carregador de células de gel precisa produzir, multiplique o número de células em sua bateria por 2,3 e adicione 5 para explicar as perdas do circuito. Para carregar nossa bateria de 12 volts, precisaremos de um fornecimento de IC não regulamentado de 19 volts.
Descrição do circuito
O circuito de carregador de corrente constante é direto do livro de dados do fabricante. O coração do carregador, como descrito na Figura 1 abaixo, é um regulador ajustável LM317. Se for devidamente dissipado, um LM317K pode entregar até 1,5 amperes de corrente e pode suportar até 37 volts.
Se a bateria exigir uma maior tensão de carregamento, um LM317HV, que pode levar até 57 volts, pode ser usado em seu lugar.
Você pode incorporar um LM338, que pode gerar cinco amperes de corrente a um máximo de 32 volts, para impulsionar a corrente.
Vamos agora calcular o valor de R1 com base na corrente de carregamento desejada (Icc) e no viés de 1,25 volts do LM317:
R1 = 1,25 / Icc
Icc = 0,7 A para uma bateria de 7 Ah, daí R1 = (1,25/0,7) = 1,78 ohms. A potência de R1 é calculada da seguinte forma: 0,7 A x 1,25 V = 0,875 W. Use um resistor de filme de metal de 1 watt para estar apenas no lado mais seguro.
Aqui, a corrente está cuidada, mas e a voltagem? Dê uma olhada na Fig. 2 abaixo para ver o que isso significa. Um LM317 é usado como um regulador tradicional de tensão constante nesta aplicação. O R1 deve ser de 240 ohms na maioria dos casos, de acordo com o fabricante.
Fig 2 – Um REGULADOR DE TENSÃO CONVENCIONAL é simples de construir usando um LM317; o valor do R2 determina a tensão de saída.
A tensão de saída é determinada pelo valor de R2, que pode ser calculado usando uma fórmula complicada.
Normalmente é mais fácil ligar o circuito usando um potencialômetro de 5K ou 10K, selecionar a tensão de saída e, em seguida, substituir o potencialiômetro pelo resistor fixo padrão mais próximo.
Agora temos um regulador de tensão e um regulador atual. Mas como os montamos para formar um circuito combinado? A figura 3 mostra a situação.
O carregador completo da bateria da célula de gel
Vamos passar pela funcionalidade geral do circuito antes de ver como calcular valores do resistor.
Inicialmente, como o SCR1 é desligado quando a energia está conectada ao circuito, não há viés de corrente de canal aterramento, e o LM317 funciona como um regulador atual constante.
O diodo de direção D1, o resistor de limitação R1 e o resistor de viés R2 conectam o LM317 à bateria. Esta seção do carregador de célula de gel é idêntica ao circuito retratado na Fig. 1 acima.
Uma vez que a energia é desligada do circuito, o diodo de direção impede que a bateria escorra através do LED e do SCR.
A tensão através do potencialiômetro TRIP-POINT R5 aumenta à medida que a bateria carrega, eventualmente ligando o SCR.
Quando o SCR é ligado, ele também oferece uma rota a solo para LED1 (através de R3).
Como a corrente do regulador pode agora passar para o solo, o regulador agora operará no modo de tensão.
Quando o LED1 é ligado, o circuito está no modo de regulação da tensão; quando o LED1 é desligado, o circuito está no modo de regulação atual.
Calculando os valores dos resistores
Vamos ver como calcular valores de resistor agora. Considere que ainda estamos lidando com uma bateria de 12 volts, 7 horas. R6 é o potencialiômetro de ajuste de tensão, então vamos começar por aí. Para começar, devemos determinar um fator de multiplicação F, que pode ser calculado usando a seguinte fórmula:
F = (Vcc / 1,25)+ 1
Vcc é a tensão de saída de carga completa da bateria; em nosso exemplo, Vcc = 13,8, portanto:
F = (13,8/1,25) + 1 = 12,04.
O valor do R6 é então calculado da seguinte forma:
R6 = F(R1 + R2)
Já sabemos que r1 é de 1,78 ohms e que R2 é de 220 ohms, daí R6 = 12 x (1,78 + 220) = 2661 ohms. Este número está perto do que precisamos para obter a tensão de fim de carga pretendida.
Como a queda de tensão no SCR não é levada em consideração, o valor é uma estimativa. Então nós apenas usamos um potencialiômetro de 5K para R6 e arredondar até o próximo maior valor. Isso permitirá que você adapte o circuito para que ele possa ser usado com diferentes baterias de tensão.
O R2 deve ficar em torno de 240 ohms, de acordo com o fabricante do IC. A resistência série de R1 e R2 está dentro de 5% dos 240 ohms, o que é aceitável. Se você utilizar a alta corrente LM338, você pode precisar alterar o valor do R2 para acomodar uma corrente de carga diferente, tensão ou ambos.
O valor do potencialiômetro TRIP-POINT R5, que controla a tensão na qual o SCR liga, agora precisa ser determinado.
Aprendemos que um potencialômetro de 5K funcionará bem se a tensão de fim de carga for inferior a 20 volts. Um potencialiômetro de 10K funcionará para tensões superiores a 20 volts. R3 é o resistor que limita a corrente para o LED, e seu valor é simples de calcular:
R3 = (Vcc – 3) / 20 mA
R3 = (13,8 – 3) / 0,02 = 540 Ω
R3 pode talvez ser substituído por um resistor de 1K 1/2 watts. Isso protegerá o LED de danos quando este circuito carregador de células gel estiver ligado a baterias com tensões superiores a 12 V.
O último parâmetro para calcular é o R4, que limita a corrente que pode ser aplicada ao portão do SCR1. Se o potencialiômetro TRIP-POINT foi girado demais na direção da saída do regulador, essa corrente pode destruir o SCR1. O valor do R4 pode, portanto, ser calculado da seguinte forma:
R4 = Vcc / 50 mA
Portanto, R4 = 13,8 / 0,05 = 276 Ω neste cenário.
Para dar ainda mais limitação atual, arredondar até a figura padrão mais próxima de 300 ohms, o que deve funcionar bem. Para o SCR indicado, ele deve ser capaz de lidar com a corrente de viés do LM317K enquanto estiver no modo de tensão, bem como a tensão completa, sem tensão de carga dada pela sua fonte DC (19 volts em nosso caso). O SCR mencionado é classificado para tolerar 200 volts a 800 mA, portanto ele deve ser capaz de lidar com qualquer bateria que você possa ter.
Como configurar
Coloque o potencialiômetro do aparador (R5 e R6) no centro de suas faixas antes de fornecer energia, e não conecte a fonte de entrada DC ou uma bateria ao carregador ainda. Primeiro deve calibrar o carregador. Continuaremos trabalhando com uma bateria de 12 volts 7 Ah; você pode substituir as figuras mais adequadas para sua própria bateria, conforme necessário.
- Coloque um ohmímetro na VOLTAGEM: ajuste o potencialiômetro e meça a resistência (R6). O R6 deve ser ajustado de tal forma que o ohmmeter exiba o valor determinado do ponto de ajuste 2,6K no exemplo anteriormente. Antes de prosseguir, remova o ohmímetro do circuito.
- Ligue o circuito e procure fumaça e outros sintomas de desastre. Corrija todos os erros.
- Ligue um resistor de 4,7K ao circuito no lugar da bateria.
- Conecte o circuito a uma fonte de energia e meça a tensão através do resistor de 4,7K. Este valor deve ser em torno de 13,8, ou a tensão de saída que você previu. Meça a tensão através do SCR para verificar se a tensão detectada difere significativamente do que você prevê. Se o SCR não ligar após cerca de 0,7 volts, ajuste o potencialiômetro TRIP-POINT (R5) até que o LED se acenda. O SCR pode estar defeituoso se o LED não ligar.
- Conecte um voltímetro aos terminais de saída e ajuste a VOLTAGEM: configuração de controle (R6) com uma entrada estimada de 19 volts, como em nosso exemplo.
- Desconecte a energia do circuito e, em seguida, conecte um ohmímetro entre o controle deslizante do potencialímetro TRIP-POINT (R5) e o solo. O R5 deve ser definido como zero ohms no multímetro. A mudança de corrente para tensão será desativada como resultado. Retire o resistor de 4,7K e o ohmímetro.
- Conecte os terminais de saída do carregador a uma bateria de célula de gel descarregada. Tome cuidado para manter a polaridade correta! O LED não deve acender. Se o LED acender, o diodo de direção D1 poderá ser conectado na direção inversa, que precisará ser corrigida.
- Ligue um voltímetro à bateria, ligue o circuito e meça a tensão através da bateria. Se a bateria não estiver suficientemente descarregada, o Vcc poderá ser alcançado antes de ajustar o R5. Se o medidor ler vcc agora, você deve drenar mais a bateria e tentar novamente. O R5 deve ser ajustado para que o SCR tropeça logo após o Vcc ser atingido.
- Você pode ter que continuar drenando e conectando a bateria e redefinir R5 repetidamente até que você esteja convencido de que a precisão da configuração do ponto de viagem é satisfatória.
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Nota: Este conteúdo foi traduzido do Inglês para português (auto)
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