articol recuperat si postat pe arduinotehniq.com in 01.2016
Protectia acumulatorului la incarcare si descarcare excesiva
articol rearanjat si completat in 01.2012
In almanahul Tehnium 87, la paginile 108-111 am gasit articolul
"Protectia acumulatorului la incarcare si descarcare excesiva" scris de
fiz. Gh. Baluta & fiz. E. Carbunescu:
Incarcarea si descarcarea excesiva a acumulatoarelor electrice, in special
a celor cu plumb, provoaca deteriorarea lor rapida. Pentru evitarea acestor
fenomene este necesara supravegherea permananta a tensiunii la bornele
acumulatotului. Utilitatea unui automat care sa efectueze aceasta
operatiune si sa ia decizii de intrerupere a incarcarii si descarcarii nu
mai trebuie demonstrata.
Montajul prezentat in schema alaturata este destinat ptotectiei unei baterii
de acumulatoare cu plumb de 12V ce se incarca de la retea si se descarca
pe o sarcina rezistiva (de exemplu, intr-o instalatie pentru iluminat de
siguranta, in cazul intreruperii accidentaJe a retelei).
Functiile pe care le indeplineste montajul sunt urmatoarele:
- intrerupe incarcarea acumulatorului cand tensiunea la bornele sale a
atins valoarea 14,4V (deci 2,4V pe element)
- reia incarcarea acumulatorului cand tensiunea sa a scazut la 13V
datorita autodescarcara sau consumului;
- deconecteaza sarcina atunci cand tensiunea bateriei scade sub 10,5V
(1,75V/element) si o conecteaza din nou la valoarea de 11V
- simultan cu deconectareaa sarcinii mentionate mai sus, automatul
nu permite reluarea incarcarii acumulatorului pana ce tensiunea in
gol a acestuia nu creste la cel putin 11V. Aceasta functie este
necesara pentru evitarea conectarilor repetate (oscilatii cu
perioada mica), in situatia cand curentul consumat de sarcina este
mai mare decat cel furnizat de redresor, iar acumulatorul (tampon)
este descarcat;
- semnalizeaza prin intermediul a trei LED-uri, conform codulul din
tabelul alaturat, situatia in care se afla acumulatorul.
Montajul este astfel proiectat incat, in starea de descarcare totala
a acumulatorului, consumul solicitat de automat sa fie minim (circa
7mA), pentru a nu accentua sensibil starea de epuizare a bateriei.
Schema contine doua comparatoare de tensiune, fiecare realizat cu
cate un amplificator operational 741, la care s-a aplicat o reactie
pozitiva. Pe intrarile inversoare ale celor doua comparatoare este
aplicata o tensiune de referinta de 6,2V de pe dioda Zener D2, iar
pe fiecare intrare reinversoare cate o fractiune din tensiunea
acumulatorului. Cand tensiunea pe intrarea neinversoare depaseste
tensiunea de referinta, iesirea comparatorului basculeaza brusc in
starea "sus", adica la o tensiune de circa 90% din tensiunea de
alimentare. Bascularea inversa, in starea "jos" (circa 20% din
tensiunea de alimentare), se face la scaderea potentialului intrarii
neinversoare sub tensiunea de referinta. Exista un histerezis cu atat
mai mare cu cat rezistenta de reactie este mai mica.
Sa urmarim modul in care functioneaza montajul. Presupunem ca
acumulatorul este in curs de incarcare, deci tensiunea la bornele
sale creste foarte lent. Cand ea atinge 14,4V pe cursorul lui R5
se culege o tensiune suficienta pentru a produce bascularea iesirii
lui CI1, in starea "sus". Tensiunea intre iesire si borna "plus"
este mica (sub 2V) si ea se aplica divizorului R11-R12. O sesime
din aceasta tensiune (circa 0,3V), prezenta pe jonctiunea emitor-
baza a lui T1, nu este suficienta pentru a mentine in conductie
acest tranzistor cu siliciu. Ca urmare. releul Re1 declanseaza,
contactul sau K1 (normal deschis) intrerupe curentul in primarul
transformatorului Tr si incarcarea baterei B inceteaza. Aceasta
stare este semnalizata pnn aprinderea LED-ului 1 (verde).
Mentionam ca in tot acest timp, din motive care vor fi lamurite
ulterior, releul Re2 este anclansat si contactul sau K2 este
inchis, permitand alimentarea sarcinii, a lui Re1 si a celor doua
diode LED 1 si 2.
Cand tensiunea bateriei scade sub 13V, are loc bascularea in starea
"jos" a iesirii lui CI1. Intre "plus" si iesire sunt acum
aproximativ 10V, T1 conduce, Re1 anclanseaza si incarcarea se reia.
Aceasta stare este semnalizata prin aprinderea simultana a diodelor
LED1 si LED2 (verde si galben).
In exploatarea normala a acumulatorului, acestea sunt cele doua stari
in care se gaseste succesiv montajul.
Daca insa din diverse motive (descarcare avansata, lipsa indelungata
a tensiunii in retea, deteriorarea unui element al acumulatorului)
tensiunea la bornele bateriei scade pana la valoarea de alerta 10,5V,
atunci intra in actiune comparatorul CI2. Tensiunea pe cursorul lui
R2 scazand sub valoarea de basculare "jos" a comparatorului, iesirea
lui CI2 trece la un potential de circa 2V fata de masa. Aceasta
valoare este suficienta pentru a deschide Zener-ul DZ2 si curentul
injectat in baza lul T2 este neglijabil. Tranzistorul mentionat se
blocheaza, releul Re2 declanseaza, iar contactul sau K2 (normal
deschis) intrerupe alimentarea sarcinii, releului Re1 si a LED-urilor
1 si 2. O data cu Re1 este intrerupta si incarcarea. Semnalizarea
situatiei de alerta se face prin aprinderea lui LED3 (rosu), alimentat
cu un curent redus (3mA), din motive de economisire a energiei
acumulatorului descarcat.
In starea de alerta (LED3 aprins), utilizatorul trebuie sa determine
cauza care a provocat descarcarea pana la limita a bateriei si - daca
este posibil - sa o inlature. Oricum, ei trebuie sa micsoreze sarcina
sau sa intrerupa total consumul, pana la reincarcarea acumulatorului.
Dupa revenirea tensiunii bateriei (lasata fara sarcina) la 11V si
evident daca exista tensiune de retea, incarcarea se reia automat
prin bascularea lui CI2 in starea "sus".
Daca tensiunea nu revine la 11V - de regula, in cazul acumulatoarelor
deteriorate -, se va forta incarcarea apasand intrerupatarul I2 un
timp suficient de indelungat. El permite suntarea contactului K2 si
alimentarea manuala a redresorului. Totusi, in timpul acestei manevre,
trebuie urmarit ampermetrul A, deoarece se poate intampla ca valoarea
curentului de incarcare sa fie prea mare. Dupa ce bateria a ajuns la
11V se elibereaza I2, automatul preluand controlul incarcarii.
Transformatorul de retea Tr, siguranta Sig, puntea de diode D3-D6 si
instrumentul se dimensioneaza in functie de capacitatea acumulatorului
B, astlel ca sa debiteze un curent de maximum 1/10 din capacitatea
nominala a acumulatorului in situatia cand acesta are 11V la borne.
Se poate folosi un redresor pentru incarcat acumulatoare procurat din
comert, care debiteaza curentul necesar.
Reglajul montajului se reduce la ajustarea potentiometrelor astfel
incat sa se obtina pragurile de basculare dorite pentru cele doua
comparatoare. Sunt necesare o sursa reglabila de tensiune 10-15V
si un voltmetru bine etalonat pe acest interval. Din R5 se
regleaza pragul de basculare al lui CI1, iar din R9 histerezisul
la basculare. Cele doua reglaje fiind interdependente, se vor reface
succesiv de mai multe ori pana se obtin bascularea "jos-sus" la
14,4V si cea inversa la 13v. In mod analog se va proceda cu R2 si
R16, pentru realizarea tranzitiilor lui CI2 la 11V si 10,5V.
Mentionam ca automatul nu poate fi utilizat pe autovehicule, unde
demarorul constituie o sarcina foarte mare, ce duce adesea la
scaderea tensiunii de 10,5V si al carui curent nu poale fi suportat
de contactele releelor obisnuite.
In schimb, montajul poate fi folosit pentru protectia acumulatoarelor
-tampon ale microcentratelor eoliene sau hidrogeneratoarelor ce
deservesc gospodariile izolate.
Intrerupatorul fara retinere I1 are rol de pornire manuala a incarcarii,
pentru cazul cand acumulatorul are la borne o tensiune mai mare de 13V.
Am redesenat in EAGLE Layout Editor
schema, realizand si o varianta de cablaj:
Modul de conectare este foarte simplu. In prima imagine este schema simplificata
a unui incarcator de acumulatori auto (transformator, punte redresaore, eventual condensaor filtraj,
un ampermetru), iar apoi modul de conectare al montajului (se alimenteaza permanent de la
bornele acumulatorului, iar contactul ND - normal deschis al releului inseriat in circuitul primarului
transformatorului).
