Carregamento de uma Bateria

Como já referido, para testar o funcionamento do circuito para testes de baterias desenvolvido foi utilizada uma bateria de ácido de chumbo WCG-U1 AGM da Power

Battery Company In. O carregamento da bateria foi efetuado tendo em conta dois

métodos de carregamento: o carregamento com tensão constante e o carregamento com corrente constante. Após cada um dos processos os dados armazenados são exportados para a ferramenta Microsoft Excel onde são gerados os respetivos gráficos de carga e descarga.

6.6.1. Carregamento com Corrente Constante

Durante este processo de carregamento o sistema carrega a bateria com uma corrente constante. A corrente de carregamento é definida no início do carregamento e o controlador aumenta progressivamente o duty cycle dos respetivos IGBTs até que seja atingida essa corrente. Quando o sistema atinge a corrente de carregamento pretendida, esta é mantida até a tensão de carregamento atingir a tensão máxima definida para o carregamento. Quando esta tensão é atingida o processo é terminado.

Na Figura 6.14 pode-se ver um gráfico, construído com os dados fornecidos pelo circuito de testes desenvolvido, onde se vê a evolução da tensão de carregamento durante a carga da bateria.

Durante este processo de carregamento a bateria foi carregada com uma corrente constante e igual a 3 A, (1.5 A em cada bobina). A tensão máxima do processo efetuado foi definida como sendo 12.5 V.

Figura 6.14 – Evolução da tensão de carregamento ao longo do tempo de carregamento de uma bateria de ácido de chumbo WCG-U1 AGM da Power Battery Company Inc com corrente constante.

Como previsto, à medida que o tempo de carregamento se prolonga a tensão na bateria aumenta. Quando é atingida a tensão de paragem do carregamento o processo é terminado. A tensão de paragem do carregamento escolhida para este teste não corresponde à carga total da bateria, mas sim a uma carga parcial. Apesar do teste carregar parcialmente a bateria o resultado proveniente do mesmo valida o correto funcionamento do processo e do equipamento desenvolvido.

Nas figuras 6.15 e 6.16 pode-se ver o gráfico da corrente da bobina L2 e da bobina

L1, respetivamente,construído a partir dos valores fornecidos pelo circuito para testes de

baterias.

Figura 6.15 – Evolução da corrente na bobina L2 do conversor durante o carregamento de uma bateria de

ácido de chumbo WCG-U1 AGM da Power Battery Company Inc com corrente constante.

Figura 6.16 – Evolução da corrente na bobina L1 do conversor durante o carregamento de uma bateria de

ácido de chumbo WCG-U1 AGM da Power Battery Company Inc com corrente constante.

Tal como esperado as correntes nas duas bobinas possuem um comportamento

erros inerentes aos ADC, assim como alguma imprecisão resultante do tratamento de dados efetuado.

A corrente de carga resulta de soma das correntes nas bobinas e a sua evolução pode ser vista da Figura 6.17.

Figura 6.17 – Evolução da corrente de carga durante o carregamento de uma bateria de ácido de chumbo

WCG-U1 AGM da Power Battery Company Inc com corrente constante.

Como previsto a o equipamento desenvolvido atua de forma a colocar uma corrente constante e igual a 3 A a carregar a bateria. No início do processo a corrente de carga aumenta gradualmente com o aumento do duty cycle dos sinais PWM gerados. Quando a corrente de carga atinge o valor pretendido o equipamento mantém esta corrente tendencialmente constante até ao fim do processo. O processo é terminado quando a tensão aos terminais da bateria atinge 12.5 V.

A corrente de carga não possui valor igual a 3 A como esperado, sendo que isto se deve, mais uma vez, a erros na leitura dos sinais por parte dos ADCs que influenciam os valores da corrente e tensão guardados. Por outro lado as oscilações dos sinais medidos pelos ADCs têm impacto direto no sinal PWM gerado, uma vez que os valores medidos são usados no controlador PI.

6.6.2. Carregamento com Tensão Constante

Durante este processo o sistema coloca uma tensão constante aos terminais da bateria, não existindo controlo da corrente de carga.

Este processo inicia-se com uma corrente de carga elevada sendo que esta diminui à medida que a bateria se carrega. A corrente de carga está dependente da tensão de carregamento.

O gráfico da Figura 6.18 foi construído com base nos dados guardados pelo equipamento desenvolvido e diz respeito à tensão de carregamento durante o processo

de carga de uma bateria com tensão constante. A tensão de carga foi definida como sendo 13,5 V.

O processo de carregamento é terminado quando a corrente atinge um mínimo pré definido. Neste caso o processo termina quando a corrente de carregamento desce para os 2 A.

Figura 6.18 – Evolução da tensão de carregamento durante o carregamento de uma bateria de ácido de chumbo WCG-U1 AGM da Power Battery Company Inc com tensão constante.

Como esperado a tensão de carregamento no início do processo é igual a tensão na bateria e aumenta suavemente até ao valor pretendido. Depois de atingido este valor a tensão é mantida até ao final do processo. Devido a alguns erros no ADCs, erros no tratamento de dados, entre outros a tensão de carregamento apresentada não é totalmente constante ao longo do tempo, sendo que apresenta ligeiras variações. Apesar disto, o valor da tensão de carregamento é tendencialmente constante.

Na Figura 6.18 encontra-se a corrente de carga da bateria quando esta é carregada com uma tensão constante e igual a 13,5 V.

Figura 6.19 – Evolução da corrente de carregamento durante o carregamento de uma bateria de ácido de chumbo WCG-U1 AGM da Power Battery Company Inc com tensão constante.

Como previsto a corrente de carregamento aumenta suavemente, derivado do controlador PI implementado, até se atingir a tensão de carregamento pretendida. Depois de atingido este valor a corrente de carregamento decresce ao longo do processo de carga. Quando a corrente de carregamento atinge os 2 A o carregamento é interrompido.

O teste apresentado efetua uma carga parcial da bateria, sendo que para que a bateria alcançasse o seu ponto de carga máxima o carregamento deveria ser prolongado. No entanto foi optado por terminar o processo neste ponto pois este já valida o correto funcionamento do equipamento e permite tirar conclusões sobre os processos de carga de baterias com tensão constante.