Projeto - Carregador de Baterias 12V Inteligente.

Na web há dezenas de projetos de carregadores de baterias, mas posso afirmar com certeza: Os mais conhecidos são ineficientes.
A recarga de baterias de chumbp-ácido deve obedecer critérios que a maioria dos projetos sequer menciona e aqui vamos falar um pouco sobre a recarga de baterias e um carregador realmente eficiente para a recarga.

Primeiramente vamos organizar nossa terminologia:

Capacidade de uma bateria

A capacidade de uma bateria é o quanto ela é capaz de fornecer de energia dentro um determinado tempo e se expressa pela sigla A/h - Amper/Hora.

Portanto, quando temos uma bateria de 45A/h temos uma bateria que é capaz de alimentar um circuito ou aparelho que consome 45 Amperes durante 1 hora.
Ou seja, se usarmos uma bateria de 45A/h alimentando um som automotivo que consome 90 Amperes, ela será capaz de fornecer energia por 1/2 hora (30 minutos).
no entanto, se nesta mesma bateria ligarmos um aparelho que consome 4,5 Amperes, nossa bateria será útil por 10 horas.

Usa-se o A/h para fontes esgotáveis de energia. Sabemos que a energia de uma bateria tende a se esgotar conforme o uso e é preciso saber qual a capacidade, ou autonomia, que esta fonte de energia pode nos dar. Daí usa-se o A/h, que nos diz qual a capacidade da bateria no período de 1 hora.

Capacidade do carregador.

Muita gente diz: "Este é um carregador de 30 A/h?".
Há um erro nesse tipo de pergunta por dois motivos:

1. A/h é para fontes esgotáveis, e um carregador é - teoricamente - uma fonte de energia inesgotável. Enquanto ele estiver conectado na rede de distribuição de energia, ele será capaz de executar suas funções.
2. O tempo que um carregador demora para recarregar uma bateria não é constante. Há fatores externos que tornam isso uma variável e falaremos sobre isso mais abaixo.

Conclusão: A capacidade de um carregador é dada por sua corrente em Amperes e sua tensão (Volts).

Portanto, a pergunta do amigo acima deveria ser: "Este é um carregador 12Volts de 30 Ampéres?".

Testando a Capacidade de uma bateria.

Por vezes é preciso sabermos quanto uma bateria ainda tem de energia acumulada, e para isso usam-se os testes de capacidade.

O método mais praticado por profissionais é a medida da Gravidade Especifica da solução da bateria através de um densímetro.
O eletricista colhe um pouco da solução em um tubo transparente e, através de uma escala, descobre visualmente qual a capacidade daquela bateria.
Este método é muito eficiente mas exige um equipamento específico (o densimetro) e é incapaz de medir baterias seladas.

Como alternativa, existe um método de teste de capacidade de baterias que se chama OCV, do inglês Open Circuit Voltage, que informa que a tensão de uma bateria em circuito aberto é capaz de indicar sua capacidade.
para a maioria das baterias, uma recarga realmente eficiente é aquela que, em OCV nos dá uma leitura entre 12,6V e 12,9V.

E como testar a capacidade de uma bateria pelo método OCV?

Muito simples. Basta aguardar entre 1 e 3 minutos após a recarga e medir a tensão nos polos da bateria com um voltimetro.
Note que o alternador do carro também faz a recarga, portanto, se a bateria é usada em um carro (ou moto, etc) é preciso desligar o carro, interromper a alimentação de todos os dispositivos que consomem carga da bateria e fazer o teste após 3 minutos.

Após a leitura, basta comparar com a tabela abaixo (para baterias que tem 100% de carga em 12,7V)

Métodos de recarga.

Há carregadores de todos os tipos no mercado, e o mais utilizado é o pior de todos.
Qual de nós nunca viu aqueles carregadores enormes com rodinhas que tem nos auto-elétricos?

O princípio de funcionamento daqueles caregadores é muito simples:
Um transformador e um diodo retificador. Só isso...
Envia-se à bateria uma corrente em semi-ciclo e seja o que Deus quiser.
E para piorar a situação, o instrumento deste carregador que diz ao eletricista se a bateria já está carregada é um amperímetro. Um desastre e aqui você saberá o motivo.

Durante a recarga, o fator mais perigoso é a tensão e é sobre ela que o profissional deve estar focado.
Eu lhe convido a visitar o website de qualquer fabricante de bateria em busca de informações técnicas. Todos - sem exceção - irão informar que a bateria não deve ser recarregada além de determinada tensão (normalmente 15V). Mas, será que um amperímetro é capaz de nos dizer isso?
A resposta é NÃO.
Na vasta maioria dos casos, quando o amperimetro chegar a zero, a tensão na bateria já estará bem próxima a 17 Volts, e a bateria estará definitivamente comprometida.

Mas, por que se usa amperímetro nos carregadores há anos e anos?
A resposta também é simples: Ver o ponteiro no "0" é mais simples do que aprender que determinada bateria não pode passar de 14,4V e outra deve necessariamente chegar a 15,15V.

Talvez você esteja se questionando: "Eu já recarreguei minha bateria nestes carregadores e ela aceitou bem recarga e consegui usá-la por mais um tempo".
Sim! Isso acontece com quase todo mundo, mas o que ninguém sabe é que após este tipo de recarga, uma bateria que saiu de fábrica com capacidade de 100Ah agora tem na verdade 70Ah ou menos.

E qual o método ideal?

Seria muita pretensão dizer que o projeto abaixo é ideal, pois há uma variedade imensa de arquiteturas de baterias, e cada qual com suas exigências próprias de recarga, mas , via de regra, o método mais aceito é:

1. Fase de recarga - Elevar a tensão da bateria até 13,8V
2. Fase de Equalização - Permitir que as 6 células internas atinjam sua tensão limite, elevando a tensão da bateria entre 14,2V e 14,8V
3. Fase de Flutuação - Assim que atingir a flutuação, reduzir a tensão para 13,2V a 13,8V sob corrente baixa o suficiente para que a tensão da bateria não suba ou caia para além desta faixa de valores.

É exatamente isso que o circuito abaixo faz.

Principio de funcionamento.

O "bom rapaz" deste circuito é diodo zener 1N5244. Este é um zener de 14 Volts - 1/2W.

Zener 1N5244B 14V 500MW DO-35 no Aliexpress

Assim garantimos que a recarga vai passar dos 13,8 Volts, atingir 14,6 Volts e atracar o relé. Concluimos a recarga e a equalização

Quando a relé muda de estado, a corrente que vem do transformador é direcionada para o 7805, e com ele iremos garantir a flutuação.

Aqui nosso 7805 está em uma configuração bem conhecida nos datasheets: Usando um zener como Booster de tensão.
Talvez você se pergunte: "E por que não usar um regulador com valor mais alto como o 7809 ou até mesmo o 7812?"
A escolha do 7805 não é por acaso. A soma de sua tensão com o zener de 9,1V por 1W nos dá como resultado a tensão perfeita para flutuação, e essa combinação não é tão elástica, pois há zeners que não estão no mercado.

O diodo D2 tem 2 funções: Reduzir a tensão de saída do flutuador em 0,6V e impedir que a corrente de recarga inicial adentre a malha da flutuação.

O circuito Z2, R2 e Q2 garantem que o relé continue atracado mesmo após a tensão cair para menos de 14 Volts por conta da flutuação e mantém assim, só voltando ao estado incial se bateria "não segurar" a corrente. Neste caso todo o ciclo recomeça automaticamente

C2 mantém Q1 em saturação mesmo quando a tensão cai durante a transição do relé. Sem ele o circuito etra em oscilação nesta fase.

D3 protege o 7805 em caso de inversão de polaridade, e este é um cuidado a tomar: O circuito não tem proteção contra isso. Cuidado ao conectar na bateria, ok?

E a corrente de trabalho deste carregador?

Você decide. O circuito admite que seu carregador vá de 1A até 20A sem problemas. Você deve pensar apenas nestes componentes:

• O transformador deve ter a corrente que você deseja.
• A ponte retificadora deve ser adequada à corrente do trafo. O mesmo cuidado deve ser tomado com os contatos do relé e o fusível.
• Se a corrente escolhida for acima de 20A, será preciso mudar os valores de Q1, Q2, R1 e R2, pois relés maiores exigem mais corrente do que estes compoennets podem fornecer.

Tempo de recarga

Vou te passar apenas a fórmula e te fazer concluir que, o tempo de recarga é proporcional à bateria e à capacidade do carregador.
H = Ah/ A

Onde:
H = Horas
Ah = Capacidade da bateria em carga
A = Corrente do caregador.

Por fim, a montagem é bastante simples e com componentes faceis de serem obtidos, e tenho absoluta certeza que você terá um excelente equipamento.