Projetando um Circuito de Carregador de Bateria Personalizado

Projetando um Circuito de Carregador de Bateria Personalizado

Eu projetei e publiquei uma variedade de circuitos do carregador de bateria neste site, no entanto, os leitores muitas vezes se confundem ao selecionar o circuito do carregador de bateria certo para suas aplicações individuais. E eu tenho que explicar explicitamente a cada um dos leitores sobre como personalizar o circuito do carregador de bateria fornecido para suas necessidades específicas.



Isso consome muito tempo, pois é a mesma coisa que tenho que explicar a cada um dos leitores de vez em quando.

Isso me obrigou a publicar este post onde tentei explicar um carregador de bateria padrão design e como personalizá-lo de várias maneiras para atender às preferências individuais em termos de tensão, corrente, corte automático ou operações semiautomáticas.





Carregar a bateria corretamente é crucial

Os três parâmetros fundamentais que todas as baterias requerem para serem carregadas de forma otimizada e segura são:

  1. Voltagem constante.
  2. Corrente constante.
  3. Corte automático.

Basicamente, essas são as três coisas fundamentais que é preciso aplicar para carregar uma bateria com êxito e também garantir que a vida útil da bateria não seja afetada no processo.



Algumas condições aprimoradas e opcionais são:

Gerenciamento termal.

e Etapa de carregamento .

Os dois critérios acima são especialmente recomendados para Baterias de íon-lítio , embora possam não ser tão cruciais para baterias de chumbo-ácido (embora não haja nenhum mal em implementá-lo para o mesmo)

Vamos descobrir as condições acima passo a passo e ver como alguém pode personalizar os requisitos de acordo com as seguintes instruções:

Importância da tensão constante:

Recomenda-se que todas as baterias sejam carregadas com uma tensão que pode ser aproximadamente 17 a 18% mais alta do que a tensão da bateria impressa, e este nível não deve ser aumentado ou flutuado muito.

Portanto, por um Bateria 12V , o valor chega a cerca de 14,2 V que não deve ser muito aumentado.

Esse requisito é conhecido como requisito de tensão constante.

Com a disponibilidade de vários CIs reguladores de tensão hoje, fazer um carregador de tensão constante é questão de minutos.

Os mais populares entre esses ICs são o LM317 (1,5 amperes), LM338 (5 amperes), LM396 (10 amperes). Todos esses são CIs reguladores de tensão variável e permitem ao usuário definir qualquer tensão constante desejada em qualquer lugar de 1,25 a 32 V (não para LM396).

Você pode usar o IC LM338 que é adequado para a maioria das baterias para atingir uma tensão constante.

Aqui está um exemplo de circuito que pode ser usado para carregar qualquer bateria entre 1,25 e 32 V com uma tensão constante.

Esquema do carregador de bateria de tensão constante

A variação do potenciômetro de 5k permite a configuração de qualquer tensão constante desejada no capacitor C2 (Vout), que pode ser usada para carregar uma bateria conectada nesses pontos.

Para tensão fixa, você pode substituir R2 por um resistor fixo, usando esta fórmula:

VOU= VREF(1 + R2 / R1) + (IADJ× R2)

Onde VREFé = 1,25

Desde que euADJé muito pequeno, pode ser ignorado

Embora uma tensão constante possa ser necessária, em lugares onde a tensão de uma rede CA de entrada não varia muito (um aumento / redução de 5% é bastante aceitável), pode-se eliminar totalmente o circuito acima e esquecer o fator de tensão constante.

Isso significa que podemos simplesmente usar um transformador com a classificação correta para carregar uma bateria sem considerar uma condição de tensão constante, desde que a entrada da rede elétrica seja bastante confiável em termos de suas flutuações.

Hoje, com o advento dos dispositivos SMPS, o problema acima se torna completamente imaterial, já que os SMPS são todos fontes de alimentação de tensão constante e são altamente confiáveis ​​com suas especificações, então se um SMPS estiver disponível, o circuito LM338 acima pode ser definitivamente eliminado.

Mas normalmente um SMPS vem com uma tensão fixa, então, nesse caso, personalizá-lo para uma bateria específica pode se tornar um problema e você pode ter que optar pelo versátil circuito LM338 como explicado acima ... ou se você ainda quiser evitar isso , você pode simplesmente modificar o SMPS próprio circuito para adquirir a tensão de carga desejada.

A seção a seguir explicará o projeto de um circuito de controle de corrente personalizado para uma unidade de carregador de bateria específica e selecionada.

Adicionando uma Corrente Constante

Assim como o parâmetro de 'tensão constante' , a corrente de carga recomendada para uma bateria em particular não deve ser aumentada ou flutuada muito.

Para baterias de chumbo-ácido, a taxa de carregamento deve ser de aproximadamente 1/10 ou 2/10 do valor impresso de Ah (Ampere Hora) da bateria. o que significa que se a bateria é avaliada em, digamos, 100Ah, então sua taxa de corrente de carga (amp) é recomendada em 100/10 = 10 Amperes no mínimo ou (100 x 2) / 10 = 200/10 = 20 amp no máximo, este valor deve não deve ser aumentado de preferência para manter as condições saudáveis ​​da bateria.

No entanto, para íon de lítio ou Baterias lipo o critério é totalmente diferente, para essas baterias a taxa de carregamento pode ser tão alta quanto a taxa de Ah, o que significa que se a especificação AH de uma bateria de íon-lítio é de 2,2 Ah, então é possível carregá-la no mesmo nível que está em 2,2 amperes rate Aqui você não precisa dividir nada ou se entregar a nenhum tipo de cálculo.

Para implementar um Corrente constante recurso, novamente um LM338 se torna útil e pode ser configurado para atingir o parâmetro com um alto grau de precisão.

Os circuitos fornecidos abaixo mostram como o IC pode ser configurado para implementar um carregador de bateria controlado por corrente.


Tenha certeza de confira este artigo que fornece um circuito de carregador de bateria excelente e altamente personalizável.


Esquema para carregador de bateria controlado por CC e CV

Conforme discutido na seção anterior, no caso de sua rede de entrada ser razoavelmente constante, você pode ignorar a seção LM338 do lado direito e simplesmente usar o circuito limitador de corrente do lado esquerdo com um transformador ou um SMPS, conforme mostrado abaixo:

No projeto acima, a tensão do transformador pode ser avaliada no nível de tensão da bateria, mas após a retificação, pode render um pouco acima da tensão de carga da bateria especificada.

Esse problema pode ser negligenciado porque o recurso de controle de corrente conectado forçará a tensão a afundar automaticamente o excesso de tensão para o nível de tensão de carregamento da bateria seguro.

R1 pode ser personalizado de acordo com as necessidades, seguindo as instruções fornecidas AQUI

Os diodos devem ser avaliados apropriadamente dependendo da corrente de carga e, de preferência, devem ser muito mais altos do que o nível de corrente de carga especificado.

Personalização de corrente para carregar uma bateria

Nos circuitos acima o referido IC LM338 está classificado para lidar com no máximo 5 amperes, o que o torna adequado apenas para baterias até 50 AH, porém você pode ter baterias com classificações muito superiores na ordem de 100 AH, 200 AH ou mesmo 500 AH .

Isso pode exigir a cobrança nas respectivas taxas de corrente mais altas que um único LM338 pode não ser suficiente.

Para remediar isso, é possível atualizar ou aprimorar o IC com mais ICs em paralelo, conforme mostrado no seguinte artigo de exemplo:

Circuito carregador de 25 amperes

No exemplo acima, a configuração parece um pouco complicada devido à inclusão de um amplificador operacional, no entanto, alguns ajustes mostram que, na verdade, os ICs podem ser adicionados diretamente em paralelo para multiplicar a saída de corrente, desde que todos os ICs sejam montados sobre um dissipador de calor comum , veja o diagrama abaixo:

Qualquer número de ICs pode ser adicionado no formato mostrado para atingir qualquer limite de corrente desejado, no entanto, duas coisas devem ser garantidas a fim de obter uma resposta ideal do projeto:

Todos os ICs devem ser montados sobre um dissipador de calor comum, e todos os resistores de limitação de corrente (R1) devem ser fixados com um valor precisamente correspondente, ambos os parâmetros são necessários para permitir um compartilhamento uniforme de calor entre os ICs e, portanto, distribuição de corrente igual entre os saída para a bateria conectada.

Até agora, aprendemos sobre como personalizar a tensão e a corrente constantes para uma aplicação específica de carregador de bateria.

No entanto, sem um desligamento automático, o circuito do carregador de bateria pode ficar incompleto e bastante inseguro.

Até agora, em nosso carregamento de bateria tutoriais aprendemos como personalizar o parâmetro de tensão constante durante a construção de um carregador de bateria. Nas seções a seguir, tentaremos entender como implementar um corte automático de carga total para garantir um carregamento seguro da bateria conectada.

Adicionando um corte automático 0ff no carregador de bateria

Nesta seção, descobriremos como um desligamento automático pode ser adicionado a uma bateria carregador que é um dos aspectos mais importantes em tais circuitos.

Um estágio simples de desligamento automático pode ser incluído e personalizado em um circuito de carregador de bateria selecionado, incorporando um comparador opamp.

Um amplificador operacional pode ser posicionado para detectar uma tensão crescente da bateria enquanto ela está sendo carregada e cortar a tensão de carga assim que a tensão atingir o nível de carga total da bateria.

Você já deve ter visto essa implementação na maioria dos circuitos de carregadores automáticos de bateria publicados até agora neste blog.

O conceito pode ser totalmente compreendido com a ajuda da seguinte explicação e da simulação de GIF de circuito mostrada:

NOTA: Use o contato N / O do relé para a entrada de carga, em vez do N / C mostrado. Isso garantirá que o relé não trepide na ausência de uma bateria. Para que isso funcione, também certifique-se de trocar os pinos de entrada (2 e 3) entre si .

No efeito de simulação acima, podemos ver que um OP foi configurado como um sensor de tensão da bateria para detectar o limite de sobrecarga e cortar o fornecimento da bateria assim que isso for detectado.

A predefinição no pino (+) do IC é ajustada de modo que na tensão total da bateria (14,2 V aqui), o pino # 3 adquire um potencial um pouco mais alto do que o pino (-) do IC, que é fixado com uma tensão de referência de 4.7V com diodo zener.

A fonte de 'tensão constante' e 'corrente constante' explicada anteriormente é conectada ao circuito, e a bateria através do contato N / C do relé.

Inicialmente, a tensão de alimentação e a bateria são desligadas do circuito.

Primeiro, a bateria descarregada pode ser conectada ao circuito, assim que isso for feito, o opamp detecta um potencial que é menor (10,5 V como assumido aqui) do que o nível de carga total, e devido a isso o LED VERMELHO acende , indicando que a bateria está abaixo do nível de carga total.

Em seguida, a fonte de carregamento de entrada de 14,2 V é ligada.

Assim que isso for feito, a entrada imediatamente desce para a tensão da bateria e atinge o nível de 10,5V.

O procedimento de carga agora é iniciado e a bateria começa a ser carregada.

À medida que a tensão do terminal da bateria aumenta no decorrer da carga, a tensão do pino (+) também aumenta correspondentemente.

E no momento em que a tensão da bateria atinge o nível de entrada total, que é o nível de 14,3 V, o pino (+) também atinge proporcionalmente 4,8 V, que é apenas maior do que a tensão do pino (-).

Isso força instantaneamente a saída opamp a aumentar.

O LED VERMELHO agora se apaga e o LED verde acende, indicando a ação de mudança e também que a bateria está totalmente carregada.

No entanto, o que pode acontecer depois disso não é mostrado na simulação acima. Vamos aprender por meio da seguinte explicação:

Assim que o relé desarmar, a tensão do terminal da bateria tenderá rapidamente a cair e restaurar a um nível inferior, uma vez que uma bateria de 12 V nunca manterá um nível de 14 V de forma consistente e tentará atingir uma marca de 12,8 V aproximadamente.

Agora, devido a esta condição, a tensão do pino (+) experimentará novamente uma queda abaixo do nível de referência definido pelo pino (-), o que fará com que o relé se desligue novamente e o processo de carregamento será reiniciado.

Esta alternância LIGA / DESLIGA do relé continuará girando, fazendo um indesejável som de 'clique' do relé.

Para evitar isso, é necessário adicionar uma histerese ao circuito.

Isso é feito pela introdução de um resistor de alto valor na saída e o pino (+) do IC, conforme mostrado abaixo:

Adicionando Histerese

A adição do acima indicado histerese O resistor evita que o relé oscile ON / OFF nos níveis de limite e trava o relé até um certo período de tempo (até que a tensão da bateria caia abaixo do limite sustentável deste valor do resistor).

Os resistores de valor mais alto fornecem períodos de travamento mais baixos, enquanto o resistor mais baixo fornece histerese mais alta ou período de travamento mais alto.

Assim, a partir da discussão acima, podemos entender como um circuito de corte automático de bateria configurado corretamente pode ser projetado e personalizado por qualquer amador para suas especificações de carga de bateria preferidas.

Agora vamos ver como todo o design do carregador de bateria pode ficar, incluindo a tensão / corrente constante configurada junto com a configuração de corte acima:

Então, aqui está o circuito do carregador de bateria personalizado completo, que pode ser usado para carregar qualquer bateria desejada após configurá-la, conforme explicado em todo o nosso tutorial:

  • O opamp pode ser um IC 741
  • A predefinição = predefinição de 10k
  • ambos os diodos zener podem ser = 4,7 V, 1/2 watt
  • resistor zener = 10k
  • LED e resistores de transistor também podem ser = 10k
  • Transistor = BC547
  • diodo relé = 1N4007
  • relé = selecione corresponder à tensão da bateria.

Como carregar uma bateria sem nenhuma das instalações acima

Se você está se perguntando se é possível carregar uma bateria sem associar nenhum dos circuitos e peças complexos mencionados acima? A resposta é sim, você pode carregar qualquer bateria de forma segura e ideal, mesmo se não tiver nenhum dos circuitos e peças mencionados acima.

Antes de prosseguir, seria importante saber as poucas coisas cruciais que uma bateria requer para ser carregada com segurança e as coisas que tornam os parâmetros de 'desligamento automático', 'tensão constante' e 'corrente constante' tão importantes.

Esses recursos se tornam importantes quando você deseja que a bateria seja carregada com extrema eficiência e rapidez. Nesses casos, você pode querer que seu carregador seja equipado com muitos recursos avançados, conforme sugerido acima.

No entanto, se você estiver disposto a aceitar o nível de carga total de sua bateria ligeiramente abaixo do ideal e se quiser fornecer algumas horas a mais para que o carregamento termine, então certamente você não precisaria de nenhum dos recursos recomendados, como constante corrente, tensão constante ou corte automático, você pode esquecer tudo isso.

Basicamente, uma bateria não deve ser carregada com suprimentos com classificação mais alta do que a classificação impressa da bateria, é tão simples quanto isso.

Ou seja, suponha que sua bateria seja avaliada em 12 V / 7 Ah, idealmente você nunca deve exceder a taxa de carga total acima de 14,4 V e a corrente acima de 7/10 = 0,7 amperes. Se essas duas taxas forem mantidas corretamente, você pode ter certeza de que sua bateria está em boas mãos e nunca será prejudicada, independentemente de quaisquer circunstâncias.

Portanto, para garantir os critérios mencionados acima e para carregar a bateria sem envolver circuitos complexos, certifique-se de que a alimentação de entrada que você está usando está classificada de acordo.

Por exemplo, se você estiver carregando uma bateria de 12V / 7Ah, selecione um transformador que produza cerca de 14V após a retificação e filtragem, e sua corrente é avaliada em cerca de 0,7 ampere. A mesma regra pode ser aplicada para outras baterias também, proporcionalmente.

A ideia básica aqui é manter os parâmetros de carregamento ligeiramente mais baixos do que a classificação máxima permitida. Por exemplo, uma bateria de 12 V pode ser recomendada para ser carregada até 20% acima de seu valor impresso, ou seja, 12 x 20% = 2,4 V acima de 12 V = 12 + 2,4 = 14,4 V.

Portanto, nos certificamos de mantê-lo um pouco mais baixo em 14 V, o que pode não carregar a bateria em seu ponto ideal, mas será bom para qualquer coisa; na verdade, manter o valor um pouco mais baixo aumentará a vida útil da bateria permitindo muitos mais ciclos de carga / descarga a longo prazo.

Da mesma forma, manter a corrente de carga em 1/10 do valor Ah impresso garante que a bateria seja carregada com o mínimo de estresse e dissipação, proporcionando uma vida mais longa para a bateria.

A configuração final

circuito básico do carregador de bateria usando transformador e retificador

Uma configuração simples mostrada acima pode ser usada universalmente para carregar qualquer bateria de forma segura e otimizada, desde que você permita um tempo de carregamento suficiente ou até que a agulha do amperímetro caia para quase zero.

O capacitor de filtro 1000uf na verdade não é necessário, como mostrado acima, e eliminá-lo aumentaria a vida útil da bateria.

Tem mais dúvidas? Não hesite em expressá-los por meio de seus comentários.

Fonte: bateria carregando




Anterior: Adicionando um PWM Multi-faísca ao Circuito de Ignição de Automóvel Próximo: Circuito Indicador de Nível de Música do Subwoofer