Eletrônica

Nesta sessão irei tenta mostrar todos os passos da parte eletrônica do R2, os drivers de motores, contatos e sensores de acionamento, os paineis de LED, e todos os dispositivos que teremos embarcados no meu Android, seguem as categorias abaixo ou no menu ao lado:

Circuito de Carga

25/05/2014
 
Fiquei alguns meses sem atualizar o site, e não foi por falta de trabalho, pelo contrário, nos últimos 3 meses eu dei um gás total ao R2, e devido ao grande volume de trabalho eu decidi esperar e juntar o máximo de material para poder fazer um post aqui mais completo.
 
Como praticamente tudo já está disponível para a montagem, aguardava apenas umas placas do arduino que estavam chegando da china, elas chegaram semana passada, com isso tenho praticamente 99,9% do meu Robô disponível no meu laboratório(em peças), montagem acelerada agora... Um grande amigo, Erick Pascoalato, me pediu para fazer para ele um circuito de carga de baterias que ficasse internamente no corpo do seu r2, de posse do software Eagle desenhei o circuito de carga com adição do circuito anti descarregamento mútuo das baterias(que estão em circuito paralelo), após a criação do esquema, desenhei a placa com o roteamento do Eagle e preparei a placa para corrosão, por último iniciei a montagem dos componentes e a placa está em testes de bancada no momento. Eu estou fabricando praticamente todas as placas de controle eletrônico do meu R2, principalmente as placas de circuito de energia, distribuição, controle de carga, iluminação secundária e acionamento automático de dispositivos internos. Seguem fotos dos processos da placa de carga do Erick, depois posto dos demais circuitos.
 

 

Carregador de Baterias Anti-Descarga Total

Um grande problema para um projeto robótico é a associação de várias baterias visando otimizar o tempo de trabalho, o problema é que se as baterias não forem devidamente isoladas umas das outras ocorre o fenômeno chamado de discarga total, onde uma "encherga a outra" e a com mais carga fornece energia para a mais fraca, desperdiçando eficiência e baixando e muito o tempo de uso das mesmas, o circuito abaixo encontrei na internet, acabei misturando dois em um e criei o circuito completo, conforme o Layout do fim desta página:

 
 

Bateria selada
Este carregador é para baterias 12V Seladas de ácido+chumbo, utilizando um retificador de meia onda, ele só carrega a bateria em cada meio ciclo, apesar de simples, ele é bem eficiente.
carregador bateria

 

Lista de peças do Carregador de Bateria:

2 – 1R8 resistências 0.5watt
1 – 150R 0,25 watt resistor
1 – 180R
1 – 560R
1 – 1k5
3 – 2k2
1 – 3k3
1 – 4k7
1 – 8k2
1 – mini 1k trim pot

1 – 1n cerâmica
2 – 47U 25V eletrolíticos

1 – 5 milímetros LED vermelho

4 – diodos de sinal 1N4148
1 – 10v zener 0.25watt
1 – BC 547 transistor
2 – transistores BC557
1 – MCR100-6 SCR
1 – 1m fio vermelho
1m cabo preto
2 – jacaré
1 – solda fina 2m

1 – SLA PCB Carregador de Bateria

Também necessário:
1 – transformador AC 12V (500mA AC)
1 – cabo de energia

ANTI-DESCARGA CONTÍNUA

Este post trata de um modo não convencional para carregamento e utilização de baterias seladas (figura 1). É demonstrada a técnica para carga e utilização de duas ou mais baterias, evitando a interferência mútua. Além disso, estão agrupadas informações para conhecer melhor as baterias seladas e a forma de tirar melhor proveito delas.

A origem deste artigo foi a necessidade de carregar duas baterias de 6V e 4Ah, que foram as únicas encontradas no comércio para substituir uma maior, de 6V e 7Ah, de um brinquedo (carrinho elétrico) motorizado.

Além do mais, o artigo possibilita a reciclagem de componentes encontrados em fontes de computadores.

 

Características das baterias seladas de chumbo-ácido

  • Estas baterias são iguais às tradicionais de chumbo-ácido, só que possuem o eletrólito gelatinoso, ou líquido embebido num suporte de fibra de vidro, fazendo com que não vazem ao serem utilizadas em posições “incomuns”
  • Uma bateria de 6V tem 3 células, e uma de 12V tem 6 células
  • A tensão de uma célula descarregada é aproximadamente 1,9V
  • A tensão de uma célula completamente carregada fica ao redor de 2,2V
  • Evitando um nível de descarga maior que 50% da capacidade total da bateria, ela durará mais tempo
  • Para manter a capacidade de descarga, baterias de chumbo devem ser carregadas logo após o uso
  • Estas baterias duram mais se forem guardadas com carga
  • A carga total é atingida entre 16 e 20 horas, mesmo com corrente inicial mais alta.
  • A corrente de carga máxima fica entre 25 a 40% de sua capacidade total em A, para evitar danos
  • Para carga de manutenção (permanente) a tensão de carga (a 20ºC) deve estar entre 2,25 a 2,30V por célula
  • Para carga cíclica (a 20ºC) a tensão deve estar entre 2,40 a 2,50V por célula
  • A tensão de carga deve ser constante, mas deve diminuir conforme o aumento da temperatura (ver dados do fabricante da bateria)
  • Este tipo de bateria contém muito chumbo (Pb), um metal pesado e tóxico, portanto deve ser dado o destino adequado quando a bateria chegar ao fim de sua vida útil (RECICLAR SEMPRE)

Um carregador para várias baterias

Podemos carregar mais de uma bateria com um só carregador, mas devemos estar atentos a certas limitações. Primeiramente, todas elas devem ter as mesmas características de corrente e tensão – devem ser iguais mesmo.

Outra limitação é a descarga mútua, que acontece numa ligação paralela pura e simples. A descarga mútua faz com que, durante sua utilização, a bateria com tensão mais elevada sempre forneça carga à bateria com menor tensão.

Além disso, a carga pode acontecer somente em uma das baterias, quando as outras todas estão carregadas. Neste caso, só uma bateria irá receber toda a corrente de carga do carregador. Pos isto, deve-se assegurar uma corrente máxima de carregamento que não ultrapasse 40% da capacidade individual.

Consequentemente, para evitar sobrecarga, quanto mais baterias forem associadas a um só carregador, mais a carga delas tenderá a ser lenta.

Uma forma de fazer com que uma bateria “não enxergue a outra”, quando em carga, é ligando um diodo em série entre o carregador e cada bateria, como na figura 2. Os diodos devem suportar com folga a tensão e a corrente de carga.

Figura 2 – Modo de ligar duas ou mais baterias no mesmo carregador e evitar a descarga mútua.

Figura 2 – Modo de ligar duas ou mais baterias no mesmo carregador e evitar a descarga mútua.

Esta ligação fará com que a corrente de carga seja dividida igualmente pelo número de baterias. Assim que uma bateria chegar à carga máxima, a corrente de carga será dividida pelas baterias restantes do conjunto, sucessivamente.

Neste projeto, utilizo um carregador para carregar duas baterias. Caso elas estejam com a mesma tensão, a corrente de carga será dividida por dois.

O que nos leva a uma regrinha simples e prática: acertando a limitação de corrente do carregador para 40% da capacidade de cada bateria, teremos carga de 20% nas duas. Neste projeto, utilizei duas baterias de 6V – 4Ah, e limitei a corrente de carga em 1A (40%).

Reiterando: devemos ter em mente que a corrente máxima do carregador nunca poderá ultrapassar a corrente de carga para uma só bateria. Isto evitará a sobrecarga, no caso bem real de uma bateria completar sua carga antes da outra.

Curto-circuito interno da bateria

No caso de ocorrer curto circuito numa só célula de uma das baterias, a carga máxima admissível será a tensão sobre as células restantes daquela bateria. As outras não receberão carga completa, por causa da queda de tensão resultante.

Mas se o carregador, por fornecer corrente de carga muito elevada, não baixar a tensão de carga, a bateria danificada ficará “fervendo” e poderá vazar. E os diodos mostrados na figura 2 resolvem só o problema da descarga mútua.

A queda de tensão prejudica o desempenho, pois “nivela por baixo” o conjunto, limitando a tensão máxima de carga às características da bateria com a menor tensão.

O empecilho da queda de tensão de carregamento poderia ser resolvido com um resistor no ramo de carga em cada bateria, calculado para não baixar demais a tensão total, como mostra a figura 3. Se uma bateria curto-circuitar, o resistor dissipará a carga destinada a ela, preservando a tensão do carregador.

Figura 3 – Modo de carregar duas baterias, com resistor limitador de corrente.

Figura 3 – Modo de carregar duas baterias, com resistor limitador de corrente.

Neste projeto, evitou-se a utilização dos resistores, por causa da limitação de corrente imposta ao próprio carregador. Com a corrente de carga mantida em níveis baixos, é possível preservar por mais tempo as baterias.

Baterias em paralelo?

Se a necessidade de corrente dum circuito é superior à capacidade de determinada bateria, pode-se colocar várias delas em paralelo. Cada bateria fornecerá uma parte da corrente demandada.

Com o circuito esboçado na figura 2, já temos como carregar conjuntamente duas ou mais baterias, mas como utilizá-las? Já que elas “não se enxergam”, daquele modo cada bateria poderia alimentar somente circuitos independentes, com o pólo negativo em comum.

Se quisermos colocá-las em paralelo para alimentar o mesmo circuito, a dica é a mesma: diodos nelas! Neste caso, utilizei diodos Schottky retirados de fontes de PC – são os diodos que retificam os 5V.

O modelo da figura 4 (CTB-34) foi obtido durante a desmontagem de uma fonte Seventeam.

Figura 4 – Diodo Schottky retirado de fonte de PC.

Figura 4 – Diodo Schottky retirado de fonte de PC.

Os diodos Schottky das fontes de computadores tem caracterísitcas interessantes. Possuem alta capacidade de corrente – 15A, neste caso – e tensão reversa de 40V, em média. Diodos Schottky apresentam queda de tensão de 0,14V, causando perdas de apenas 2,33% em 6V.

Já os diodos com junta de silício tem uma queda de tensão direta de 0,6V, o que causa uma perda de 10% em 6V. Com a ligação sugerida na figura 5, cada bateria “não sabe” que a outra existe durante o uso.

Figura 5 – Utilização de duas baterias em paralelo para alimentar o mesmo circuito, sem descarregarem-se mutuamente.

Figura 5 – Utilização de duas baterias em paralelo para alimentar o mesmo circuito, sem descarregarem-se mutuamente.

A corrente de carga é dividida igualmente, bem como a corrente de descarga. Os diodos proporcionam uma proteção extra durante o ciclo de descarga (período em que as baterias fornecem energia).

Quando uma bateria descarrega-se mais que a outra, a bateria com a maior tensão passará a fornecer mais corrente e a outra ficará na espera. É mais ou menos como uma gangorra: ora um lado é mais alto, ora outro. 

 

Layout do Circuito Completo

Portanto, juntei as duas idéias acima, o carregador de baterias de ácido\chumbo e o circuito anti-descarga total, então criei o circuto abaixo, e posteriormente o layout de azul.

 

fonte dos dois circuitos originais:

http://www.eletronica.com/carregador-de-bateria-selada-de-chumbo-acido-selada/

http://dicasdozebio.wordpress.com/2012/11/16/projeto-carregador-de-uma-duas-ou-baterias-seladas/

 


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