Um circuito de carregador de bateria rápido carrega uma bateria com velocidade aprimorada para que ela seja carregada em menos tempo do que o período especificado. Isso geralmente é feito por meio de uma otimização ou controle de corrente passo a passo.
Enquanto procurava um circuito de carregador rápido que carregasse uma bateria rapidamente, me deparei com alguns designs que não eram apenas inúteis, mas também enganosos. Parecia que os autores preocupados não tinham ideia de como um carregador rápido realmente precisa ser.
Objetivo
O principal objetivo aqui é realizar o carregamento rápido em baterias de chumbo-ácido sem causar danos às suas células.
Normalmente, em temperaturas atmosféricas de 25 graus Celsius, uma bateria de chumbo-ácido deve ser carregada na taxa C/10, o que levaria pelo menos 12 a 14 horas para a bateria ficar totalmente carregada. Aqui C = valor Ah da bateria
O objetivo do conceito aqui apresentado é tornar esse processo 50% mais rápido e permitir que o carregamento termine em 8 horas.
Observe que um O circuito baseado em LM338 não pode ser usado para aumentar a taxa de carregamento de uma bateriaembora seja um ótimo regulador de tensão IC, aumentar a taxa de carregamento requer uma mudança de corrente passo a passo especial que não pode ser feita usando um IC LM338 sozinho.
O Conceito de Circuito
Quando falamos sobre como carregar uma bateria rapidamente, obviamente, estamos interessados em implementar o mesmo com baterias de chumbo-ácido, pois são as que são usadas extensivamente para quase todas as aplicações gerais.
A linha inferior com baterias de chumbo-ácido é que elas não podem ser forçadas a carregar rapidamente, a menos que o projeto do carregador incorpore um circuito automático “inteligente”.
Com uma bateria de íons de lítio, obviamente, isso se torna bastante fácil aplicando a dose completa da alta corrente especificada e cortando assim que atingir o nível de carga total.
No entanto, as operações acima podem ser fatais se feitas em uma bateria de chumbo-ácido, pois as baterias LA não são projetadas para aceitar carga em altos níveis de corrente continuamente.
Portanto, para pressionar a corrente em um ritmo rápido, essas baterias precisam ser carregadas em um nível escalonado, em que a bateria descarregada é inicialmente aplicada com uma alta taxa C1, gradualmente reduzida para C/10 e, finalmente, um nível de carga lenta à medida que a bateria se aproxima uma carga completa em seus terminais. O curso pode incluir um mínimo de 3 a 4 etapas para garantir o máximo “conforto” e segurança para a vida útil da bateria.
Como funciona este carregador de bateria de 4 etapas
Para implementar um circuito de carregamento rápido de 4 etapas, aqui empregamos o versátil LM324 para detectar os diferentes níveis de tensão.
Os 4 passos incluem:
1) Carregamento em massa de alta corrente
2) Carregamento em massa de corrente moderada
3) Carregamento por Absorção
4) Carregamento Flutuante
O diagrama a seguir mostra como o IC LM324 pode ser conectado como um monitor de tensão de bateria de 4 etapas e circuito de corte.
Diagrama de circuito
NOTA: A bateria deve ser conectada primeiro antes de ligar a entrada, para garantir que o circuito funcione corretamente.
O IC LM324 é um IC quad opamp cujos quatro opamps são usados para a comutação sequencial pretendida dos níveis de corrente de saída.
Os procedimentos são muito fáceis de entender. Opamps A1 a A2 são otimizados para comutação em diferentes níveis de tensão durante o carregamento escalonado da bateria conectada.
Todas as entradas não inversoras dos opamps são referenciadas ao terra através da tensão zener.
As entradas inversoras são ligadas à alimentação positiva do circuito através dos presets correspondentes.
Se assumirmos que a bateria é uma bateria de 12V com um nível de descarga de 11V, P1 pode ser definido de forma que o relé se desconecte quando a tensão da bateria atingir 12V, P2 pode ser ajustado para liberar o relé em 12,5V, P3 pode ser feito para o mesmo em 13,5V e, finalmente, P4 pode ser definido para responder no nível de carga total da bateria de 14,3V.
Rx, Ry, Rz têm os mesmos valores e são otimizados para fornecer à bateria a quantidade de corrente necessária durante os vários níveis de tensão de carga.
O valor pode ser fixado de tal forma que cada indutor permita uma taxa de passagem de corrente que pode ser 1/10 do AH da bateria.
Pode ser determinado usando a lei de ohms:
R = I/V
Os valores de Rx, sozinho ou Rx, Ry juntos podem ser dimensionados de forma um pouco diferente para permitir relativamente mais corrente para a bateria durante os estágios iniciais de acordo com as preferências individuais e podem ser ajustados.
Como o circuito responde quando ligado
Depois de conectar a bateria descarregada nos terminais mostrados quando a alimentação é ligada:
Todas as entradas inversoras de opamps experimentam níveis de tensão correspondentemente mais baixos do que o nível de referência da tensão zener.
Isso faz com que todas as saídas dos opamps fiquem altas e ativa os relés RL/1 a RL/4.
Na situação acima, a tensão de alimentação total da entrada é desviada para a bateria através dos contatos N/O de RL1.
A bateria descarregada agora começa a carregar a uma taxa de corrente relativamente alta e rapidamente carrega até um nível acima do nível descarregado até que a tensão definida em P1 exceda a referência zener.
O acima força A1 a desligar T1/RL1.
A bateria agora está inibida de obter a corrente de alimentação total, mas continua carregando com as resistências paralelas criadas por Rx, Ry, Rz através dos contatos de relé correspondentes.
Isso garante que a bateria seja carregada no próximo nível de corrente mais alto determinado pelo valor líquido dos três indutores paralelos (resistências).
À medida que a bateria carrega ainda mais, A2 desliga no próximo nível de tensão predeterminado, desligando Rx e tornando Ry, Rz apenas com a corrente de carga pretendida para a bateria. Isso garante que o nível do amplificador seja reduzido de forma correspondente para a bateria.
Seguindo os procedimentos à medida que a bateria carrega para o próximo nível mais alto calculado, A3 desliga, permitindo que apenas Rz mantenha o nível de corrente ideal necessário para a bateria, até que ela seja totalmente carregada.
Quando isso acontece, o A4 finalmente desliga, certificando-se de que a bateria está completamente desligada depois de atingir a carga completa necessária na taxa rápida especificada.
O método acima de carregamento da bateria em 4 etapas garante um carregamento rápido sem prejudicar a configuração interna da bateria e garante que a carga atinja pelo menos 95%.
Rx, Ty, Rz podem ser substituídos por resistores de fio enrolados equivalentes, no entanto, isso significaria alguma dissipação de calor deles em comparação com os equivalentes do indutor.
Normalmente, uma bateria de chumbo-ácido precisaria ser carregada por cerca de 10 a 14 horas para permitir pelo menos 90% de acúmulo de carga. Com o circuito de carregador rápido de bateria acima, o mesmo pode ser feito em 5 horas, o que é 50% mais rápido.
Lista de peças
R1 — R5 = 10k
P1—P4 = 10k predefinições
T1 — T4 = BC547
RL/1—RL/4 = relés SPDT 12V classificação de contato de 10amp
D1—D4 = 1N4007
Z1 = 6V, diodo zener de 1/2 watt
A1—A4 = LM324 IC
Projeto de PCB
Este é o layout do PCB de tamanho original, do lado da pista, os resistores de alta potência não estão incluídos no design do PCB.
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FONTE
Nota: Este conteúdo foi traduzido do Inglês para português (auto)
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