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Atualizado em 05/02/2017

Controle de Carga de Baterias

Sistema de Corrente Alternada

O circuito de alimentação dos carregadores de baterias possui disjuntor próprio.

São utilizados 12 carregadores independentes, que tem fonte chaveada e podem ser ligados a indiferentemente a 110, 127 ou 220 Vca, mono ou trifásica (bivolt automático).

Os carregadores são inteligentes, e fornecem correntes até 30 A (carga rápida) de equalização e de flutuação.

O Arduino MEGA da Placa de Controle de Carregadores registra os tempos de carga, de descarga e de descanso das baterias.

Mede também a Temperatura dos carregadores 12 e 13, e os valores de energia (tensão e corrente CA) de alimentação, para cálculos de custo e autonomia.

Para isso utiliza a Placa Medição CA  (Corrente Alternada)

Tela Controle de Carga de Baterias :

CARACTERES LayOut Display 20 caracteres, 4 linhas

12345 67890 12345 67890 - LEGENDA
 
Fase RS| Tensão | Corrente
Fase ST| Tensão | Corrente
Fase TR| Tensão | Corrente
Tempo | Temp Carregador | Seqüência

AMOSTRA DE LEITURA
 

RS 128.1 V | 05.0 A

ST 127.2 V | 04.9 A

TR 126.3 V | 05.1 A 

08.4 H 32.10 ºC ABCD

Essa tela é mostrada localmente num display pequeno, ligado diretamente ao Arduino, mas também deve ser transmitida e mostrada pelo Computador de Bordo.

O Controle de Carga de Baterias controla a alimentação dos carregadores, divididos em 3 conjuntos de 4 carregadores, a saber :

Grupo RS - baterias A, B, C e D

Grupo ST - baterias A, B, C e D

Grupo TR - baterias A, B, C e D

Os carregadores dos 3 bancos são alimentados via relês, com um retardo, e seqüencialmente, para minimizar o surto de corrente inicial.

Essa seqüência é alterada diariamente.

Por exemplo:

Dia D, o acionamento das baterias obedece à ordem A, B, C e D

Dia D+1, o acionamento das baterias obedece à ordem B, C, D e A

Dia D+2, o acionamento das baterias obedece à ordem C, D, A e B

Dia D+3, o acionamento das baterias obedece à ordem D, A, B e C

Dia D+4, o acionamento das baterias obedece à ordem A, B, C e D

e assim por diante.

Esses dados são enviados para o Computador de Bordo, que é gerenciado por um Arduino Mega.

Diagrama esquemático - Carregadores

OBS.: O esquema abaixo é básico, não mostra disjuntores, interruptores, contatos auxiliares, fusíveis, indicadores de funcionamento (LEDS), temporizadores e demais detalhes.

Uma unidade especial (Carregador 13) é utilizada para carregar a bateria que fornece energia para o circuito original do veículo (faróis, limpador de pára-brisa, ventilador, lâmpadas, rádio, etc...), VAuto e para a bateria que alimenta os circuitos de instrumentação e de controle lógico do inversor., VControl.

Durante o carregamento das baterias, o Carregador 13 é alimentado por tensão alternada (CA -> CC).

Mas quando o automóvel não está sendo carregado, e o carro está em funcionamento, ele passa a ser alimentado pelos 144 Vcc do pack de baterias de potência, funcionando como conversor CC -> CC , para garantir estarem as baterias Automotiva e de Controle (carregada via diodo Schottky) sempre carregadas.

Chave seletora de 3 posições - 20A - LW26-25 6S/4
Esquema de montagem

 
Posição 1 - Funcionamento normal
 
Posição 0 - Desligado
 
Posição 2 - Carregando baterias PACK

Contatos

1

0

2

1-2

x

 

 

3-4

 

 

x

5-6

 

 

x

7-8

x

 

 

9-10

 

 

x

11-12

 

 

x

13-14

x

 

 

15-16

 

 

x

Jumpers entre os bornes 1 e 5 , 3 e 7, 6 e 10 , 4 e 12

Essa comutadora será acionada pela torção do plug na tomada tripolar (Steck), instalada no bocal do tanque de combustível.

O cabo de força emborrachado possui 4 condutores (3 fases + terra), e será conectado à rede elétrica por um conector STECK trifásico, onde existir essa opção, que é a recomendada.

Para alimentação monofásica, haverá acessórios adicionais, para uso de tomadas padrão ABNT ou NEMA.

Para alimentação 110 V, usaremos um cabo adaptador com tomada Steck, e plug padrão ABNT de 20 A. (grosso, 4,8 mm. de diâmetro).

Para alimentação 220 / 240 V monofásico usaremos o mesmo cabo acima, mas com adaptador para plug de 10 A.

Seqüência de Operação

1 - A chave seletora é acionada pela tomada Steck

2 - O Arduino MEGA mede as tensões, e verifica a alimentação Mono ou Trifásica.

3 - O relê seleciona a alimentação, se monofásica (1) ou trifásica (3)

4 - A tensão de entrada é medida, 110-130V ou 220/240V

5 - Os carregadores são ajustados para a tensão de entrada. O Carregador 13 é acionado.

6 - Após um tempo, começam a ser ligados os outros carregadores, na seqüência do dia (ABCD, por exemplo).

7 - O Módulo Carregador mede as correntes (CA) de cada Carregador, e o Módulo Monitoramento mede as tensões e correntes (CC) de cada bateria.

8 - O Módulo Carregador controla os Carregadores individualmente, via PWM e Acopladores óticos, assegurando oferecer as tensões e correntes otimizadas para a carga das Baterias.

9 Também coleta e armazena esses dados para a confecção dos gráficos, e o controle de Consumo, tanto de CA como de CC.

ESQUEMA POTENCIA 144 VCC

BATERIAS

Pontos MEDIÇÃO
Tensão
Corrente

 
BAT1
BAT2
BAT3
BAT4
BAT5
BAT6
BAT7
BAT8
BAT9
BAT10
BAT11
BAT12
 


 

 

Ponto de medição

V PACK

 
AB Aa
BC Bb
CD Cc
DE Dd
EF Ee
FG Ff
GH Gg
HI Hh
IJ Ii
JK Jj
KL Kk
LM Ll
 


 

 

Ponto de

medição

AN

Esquema parcial - Pontos de ligação dos carregadores, e medição de tensão

Um cuidado especial deve ser tomado quanto à isolação galvânica das entradas (Monitor) e saídas (Controle de Carga), visto que
as baterias não tem negativo comum, elas são ligadas em série !

Carregadores
 
Os carregadores de bateria foram até aqui tratados como “caixas pretas”.

Mas eles serão constituídos de fontes chaveadas, como as abaixo, cujo controle de tensão e corrente de carga deve ser efetuado por um Arduino, que fará o controle independente de cada fonte chaveada.
 
 
Nessas fontes, a tensão de saída é controlada por um potenciômetro.
 
O Arduino deve ler as tensões e as correntes (tensão em shunts) de cada bateria, efetuadas pelo Monitor de Baterias, e regular a corrente de cada fonte / carregador, individualmente. Essas fontes são bivolt, mas não fazem isso automaticamente, utilizando chave manual.
 
Para utilizá-las em nosso projeto, elas fontes foram modificadas.

Gráfico de operação do Carregador Inteligente UUI
Fig. 1 Curva de carga "UUI"

FUNCIONAMENTO
: Automático

A corrente de carga inicial depende da potência do carregador ; não é ajustável.

A tensão sobe do valor inicial Vi ( tensão da bateria ) até 14,4 V

A corrente fica constante até a tensão atingir 14,4 V, em seguida decresce.

Quando a corrente passa abaixo de 1 A, a tensão da fonte é rebaixada para 13,8V e fica neste patamar ( tensão de flutuação );
a corrente é quase zero.

Caso a tensão da bateria caia abaixo dos 13 V o ciclo se repete automaticamente.

As tensões e correntes são constantemente monitoradas pela Placa de Controle de Carregadores

VANTAGENS :

- a bateria pode ser carregada até 100%
- não há risco de a bateria ferver
- não requer a presença de um operador
- o carregador pode ficar sempre ligado à bateria

DESVANTAGENS :
não há

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