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:

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Circuito de Carga

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:

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.

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.

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.

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.

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:

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

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