Um circuito de carregador de bateria rápido carrega uma bateria com velocidade aprimorada para que 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 apenas eram inúteis, mas também enganosos. Parecia que os autores em questão não tinham ideia de como um carregador rápido realmente precisa ser.

Objetivo

O objetivo principal aqui é realizar um carregamento rápido em baterias de chumbo-ácido sem causar nenhum dano às células.

Normalmente, em temperaturas atmosféricas de 25 graus Celsius, uma bateria de chumbo-ácido deve ser carregada a uma taxa C / 10, o que levaria pelo menos 12 a 14 horas para que a bateria fosse totalmente carregada. Aqui C = Ah valor da bateria

O objetivo do conceito aqui apresentado é tornar esse processo 50% mais rápido e permitir que o carregamento seja concluído em 8 horas.

Observe que um O circuito baseado em LM338 não pode ser usado para aumentar a taxa de carga de uma bateria , embora seja um ótimo regulador de tensão IC , aumentar a taxa de cobrança requer um mudança de etapa especial inteligente na corrente que não pode ser feito usando um IC LM338 sozinho.

O Conceito de Circuito

Quando falamos sobre como carregar uma bateria rapidamente, obviamente estamos interessados em fazer o mesmo com as baterias de chumbo-ácido, uma vez que estas são as que são amplamente utilizadas para quase todas as aplicações gerais.

O resultado final com baterias de chumbo-ácido é que elas não podem ser forçadas a carregar rapidamente, a menos que o design do carregador incorpore um circuito automático 'inteligente' .

Com uma bateria de íon-lítio, obviamente, isso se torna muito fácil, aplicando-se a dose total da alta corrente especificada e desligando assim que atingir o nível de carga total.

No entanto, as operações acima podem ser fatais se feitas a uma bateria de chumbo-ácido, uma vez que as baterias LA não são projetadas para aceitar carga em altos níveis de corrente continuamente.

Portanto, a fim de 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 conforme 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 de 'conforto' e segurança para a vida útil da bateria.

Como funciona este carregador de bateria de 4 etapas

Para implementar um circuito de carregador rápido de 4 etapas, empregamos aqui o versátil LM324 para detectar os diferentes níveis de tensão.

As 4 etapas incluem:

1) Carregamento em massa de alta corrente
2) Carregamento em massa de corrente moderada
3) Carga de absorção
4) Carregamento flutuante

O diagrama a seguir mostra como o IC LM324 pode ser conectado como uma tensão de bateria de 4 etapas monitorar e cortar o circuito.

Diagrama de circuito

POR FAVOR, CONECTE UM LED EM SÉRIE COM R1, R2, R3, R4, CADA UM PARA OBTER UMA LEITURA SINCRONA DO ESTADO DE CARREGAMENTO DA BATERIA. INICIALMENTE TODOS OS LEDS ESTARÃO ACESOS, INDICANDO CORRENTE MÁXIMA, EM SEGUIDA, OS LEDS SE APAGARÃO UM A UM ATÉ QUE APENAS O LED A4 PERMANECERIA INDICANDO CARGA DE FLUTUAÇÃO E A BATERIA TOTALMENTE CARREGADA.

O IC LM324 é um IC quad opamp cujos todos os quatro opamps são usados para a comutação sequencial pretendida dos níveis de corrente de saída.

O processo é muito fácil de entender. Os 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 aterramento por meio da tensão zener.

As entradas de inversão são vinculadas à alimentação positiva do circuito por meio dos presets correspondentes.

Se assumirmos que a bateria é uma bateria de 12 V com um nível de descarga de 11 V, P1 pode ser definido de forma que o relé apenas se desconecte quando a tensão da bateria atingir 12 V, P2 pode ser ajustado para liberar o relé em 12,5 V, P3 pode ser feito para te mesmo em 13,5 V 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 necessária de corrente durante os vários níveis de tensão de carga.

O valor pode ser fixado de forma que cada indutor permita uma taxa de passagem de corrente que pode ser 1/10 da bateria AH.

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 são ajustáveis.

Como o circuito responde quando ligado

Depois de conectar a bateria descarregada através dos terminais mostrados quando a energia é LIGADA:

Todas as entradas de inversão de opamps experimentam níveis de tensão correspondentemente mais baixos do que o nível de referência da tensão zener.

Isso avisa todas as saídas dos opamps para se tornarem 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 por meio dos contatos N / A de RL1.

A bateria descarregada agora começa a carregar em 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 impedida de obter a corrente de alimentação total, mas continua carregando com as resistências paralelas criadas por Rx, Ry, Rz por meio 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).

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À medida que a bateria carrega ainda mais, A2 desliga no próximo nível de tensão predeterminado, desligando Rx e processando Ry, Rz apenas com a corrente de carga pretendida para a bateria. Isso garante que o nível do amplificador seja correspondentemente reduzido para a bateria.

Seguindo os procedimentos conforme a bateria é carregada para o próximo nível superior calculado, A3 se desliga permitindo que apenas Rz mantenha o nível de corrente ideal necessário para a bateria, até que ela seja totalmente carregada.

Quando isso acontece, A4 finalmente se DESLIGA, certificando-se de que a bateria agora está completamente desligada após atingir a carga completa necessária na taxa rápida especificada.

O método acima de carregamento de bateria em 4 etapas garante um carregamento rápido sem danificar 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 as contrapartes do indutor.

Normalmente, uma bateria de chumbo-ácido precisaria ser carregada por cerca de 10 a 14 horas para permitir pelo menos 90% do acúmulo de carga. Com o circuito do carregador rápido de bateria acima, o mesmo poderia ser feito em 5 horas, isso é 50% mais rápido.

Lista de Peças

R1 --- R5 = 10k
P1 --- P4 = 10k predefinições
T1 --- T4 = BC547
RL / 1 --- RL / 4 = SPDT 12V relés 10 amperes de contato
D1 --- D4 = 1N4007
Z1 = 6V, diodo zener de 1/2 watt
A1 --- A4 = LM324 IC