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:



   Puteti descarca, in format pdf, cablajul: neintors (pentru metoda clasica) , respectiv in oglinda (pentru metoda foto/transferului de toner).


     Eliminand partea cu deconectarea la baterie f. descarcata, avem:



   Puteti descarca, in format pdf, cablajul: neintors (pentru metoda clasica) , respectiv in oglinda (pentru metoda foto/transferului de toner).


     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).



     Marian a realizat montajul si un filmulet numit ╬ncarcator automat pentru baterii auto:

Intoarcere la pagina principala