Vivimos rodeados de baterías. Por donde mires hay baterías. Gracias a la aplicación de nuevas tecnologías de construcción y de materiales que facilitan su manipulación y mantenimiento, la mayoría de las baterías “importantes” tienen la propiedad de ser recargables. Utilizadas en vehículos, inversores de tensión para el camping, sistemas UPS y en las mesas de trabajo de los experimentadores de la electrónica, las baterías de plomo-ácido (Lead-acid) son compactas, versátiles, de bajo precio y muy eficaces. Un exceso de tiempo de carga puede terminar destruyendo el acumulador. Entonces, ¿Cómo sabemos cuándo está cargada por completo? Con el Analizador de Voltaje que te presentamos, esto deja de ser un problema.
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Tal como mencionamos en el sumario, las nuevas tecnologías de fabricación permiten ofrecer al mercado baterías libres de mantenimiento y muy atractivas por su practicidad y eficiencia. Los actuales sistemas de alarmas domiciliarias y los coches eléctricos de operación remota son algunos ejemplos que podemos citar al mencionar este tipo de acumuladores de energía y, como dijimos antes, nos brindan la posibilidad de recargarlos para una reutilización y aprovechamiento efectivo y continuo. Por supuesto que este proceso no es eterno y que en el proceso químico interior de la batería se producen deterioros (sulfatación de las placas de plomo) que van reduciendo su vida útil. Este envejecimiento comienza en el preciso momento en que se construye la batería, razón por la cual es muy importante que observes esta fecha que viene impresa en el cuerpo del acumulador. Si durante mucho tiempo ha estado almacenado sin una carga apropiada, puede presentarse el caso de un envejecimiento prematuro y una menor vida útil.
Modernas baterías recargables Lead-acid, libres de mantenimiento
Las recomendaciones de la mayoría de los fabricantes acerca del tipo de carga que estas baterías deben recibir están estimadas en un lapso de tiempo de 12 a 16 horas para completar un 100% de la carga. Esto es, para una batería descargada, claro está. Además, nos aconsejan observar la tensión en los bornes de la batería de manera que este voltaje no supere determinados valores máximos de seguridad. La realidad nos plantea un escenario complejo desde el punto de vista de la necesidad de estar demasiado atentos a las condiciones de cuidado de la batería para que no sufra una muerte temprana por falta de atención de nuestra parte. Me ocurre a diario preguntarme ¿cómo estará de carga la batería? ¿La dejo cargando toda la noche? ¿Y si la paso de carga? ¿Cuándo y cuánto fue la última vez que la utilicé? En realidad son demasiadas preguntas para una batería. Construyamos un sistema que haga el trabajo por nosotros y nos brinde la tranquilidad de tener siempre operativo nuestro acumulador a lo largo de toda su vida útil.
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Modelo de circuito impreso sugerido
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La placa de circuito impreso lista para armar
El montaje que te presentamos hoy se basa en un analizador de la tensión presente en los bornes de la batería, circuito que será testigo del correcto punto de carga de este componente que estamos tratando de preservar y de aprovechar en sus posibilidades máximas. El circuito se encargará de observar de manera constante el proceso de carga de la batería y nos alertará mediante indicadores luminosos, en el momento adecuado, cuando la carga haya finalizado. Por supuesto que contamos con el hecho de que ya posees un cargador de pared o una fuente de alimentación de 12Volts para proporcionar la energía necesaria al sistema. Si aún no lo tienes, porque recién acabas de comprar tu batería, en NeoTeo encontrarás varias opciones para construir uno acorde a tus necesidades, conocimientos y posibilidades económicas.
Circuito del Analizador de Voltaje para baterías
El circuito del analizador está construido alrededor de un cuádruple amplificador operacional LM324 (imposible que no tengas uno en algún cajón por allí). En esta aplicación los cuatro AO internos no se utilizarán como amplificadores sino como comparadores de tensión. Las entradas inversoras de todos los AO se polarizan a una tensión referencial guiada por el zener D1 y las entradas no inversoras se conectan a una cadena resistiva formada por R2 a R6. Mientras la tensión de entrada al circuito sea inferior a los 13Volts, en el zener D1 no existirán los 5,1Volts de su nomenclatura sino un valor menor determinado por R6. Por lo tanto, la insuficiencia de tensión se verá reflejada desde OA1 hasta OA4, orden en que encenderán los LEDs indicadores de tensión. A medida que la tensión de entrada vaya aumentando, las tensiones en las entradas no inversoras comenzarán a acompañar esta evolución provocando que cada sección de IC bascule hacia un cambio de estado y un encendido de cada LED acoplado a su salida correspondiente. En el siguiente video puedes observar los valores resultantes para los valores de las resistencias empleadas en nuestro desarrollo.
Alterando el valor de R2 (en disminución) podrás lograr una activación de los indicadores luminosos con menores valores de tensión aplicada al sistema. El mismo criterio vale para los valores de las demás resistencias que alimentan a cada entrada no inversora. Aumentar su valor te posibilitará “distanciar” las referencias de indicación. Por ejemplo, reducir R5 desde 1K a 680 Ohms provocará que el LED verde se active a los 11,2 u 11,4Volts en lugar de a los 11,9 a 12Volts como hemos visto en el video. Sería apropiado que puedas armar el circuito en un protoboard antes de elegir los valores definitivos de las resistencias. Esta experiencia te posibilitará un ajuste fino de los valores de acuerdo al circuito integrado que utilices, obteniendo resultados más acordes a tus necesidades. En nuestro caso, cuando seleccionamos los valores, los mostrados en el circuito fueron los de mejor desempeño durante los ensayos y favorables para nuestra batería. Observa que algunas baterías traen indicaciones de tensión mayor a 12Volts a pesar de ser ésa su tensión nominal. Por ejemplo, puedes encontrar baterías de 12Volts que traigan inscripta la indicación de carga hasta los 13,8 o 14 Volts. Debes estar atento a esta posibilidad para lograr un máximo beneficio y aprovechamiento de la batería que deseas supervisar con el analizador. Luego, al momento de trabajar con el cargador y la batería, los resultados serán exitosos como en nuestro caso.
Como es lógico de suponer, las variaciones en este segundo video son muy lentas comparándolas con el video anterior porque debes considerar que cargar una batería lleva muchas horas y, en consecuencia, lograr un incremento de al menos medio Volt puede llevar más de una hora. De todos modos, hemos logrado obtener una imagen donde puedes apreciar el tercer LED (amarillo) encendido, con la tensión en bornes de la batería superando los 12,5Volts. Recuerda que el uso correcto del analizador te permitirá ajustar los tiempos de carga de la batería a los necesarios. Además, la lectura de los indicadores luminosos es muy sencilla de interpretar y no sólo te recomendamos atender su actividad durante la carga sino que también luego de finalizado el proceso, dejando la batería sin utilizar durante una o dos horas, observando que los valores se mantengan invariables, controlados siempre con el analizador. Si luego de una hora de reposo la tensión se cae a valores extremos, será sinónimo de que la batería está deteriorada y debe ser reemplazada.
El analizador en plena demostración de funcionamiento
El modo de utilizar el analizador es muy sencillo y consta de pocos conceptos a tener en cuenta:
- Si no existe ningún LED encendido, la batería posee menos de 10Volts en sus bornes y requiere una recarga inmediata o está deteriorada en forma definitiva.
- El encendido del primer LED ROJO indica una tensión comprendida entre 10 y 12 Volts, valor que determina la necesidad de una recarga.
- El LED VERDE nos informa que ha sido superada la tensión de 12Volts y que la batería tiene una carga útil aún o que puede colocarse a cargar hasta su máximo nivel.
- El LED AMARILLO es el indicador de que la batería comienza a completar su carga alcanzando valores de tensión mayores a 12,5Volts.
- El último LED ROJO advierte que la tensión en bornes del acumulador ya alcanzó los 13Volts y comienza a tornarse peligrosa la continuación de la carga de la batería. Es allí cuando hay que desconectar el cargador.
Debes ser paciente, una batería demora horas en cargarse al 100%
Teniendo en claro estos conceptos, será mucho más sencillo mantener bien cargada nuestra batería o las baterías que necesitemos controlar. Puedes construir un pequeño gabinete incorporando el analizador y utilizarlo como instrumento de campo en pequeñas embarcaciones, equipos móviles y hasta para monitorear la batería de tu automóvil. Lo que también debes tener presente es que el circuito del analizador consume entre 60 y 90 miliamperes (mA.) y si lo dejas conectado a la batería de manera continua, terminarás descargándola por completo. Por eso es bueno que evalúes la posibilidad de colocar el pulsador (normal abierto) SW1 para hacer controles momentáneos, dejando el sistema integrado junto con el cargador a la batería cuando esta última se mantiene siempre fija en un lugar. Para nuestro uso (siempre móvil, de un lado a otro, de experimento en experimento) estimamos que sería más sencillo omitir SW1 ya que el analizador es retirado de los bornes de la batería una vez completada la carga.
PCB en PDF: Descargar
Un LM324 (o equivalente) es el corazón de un montaje más económico que un refresco
La batería de plomo-ácido es actualmente imprescindible e insustituible, especialmente en automoción, pero también en muchas otras aplicaciones que exigen continuidad en el suministro de energía eléctrica. En la última década se han desarrollado tipos avanzados de baterías plomo-ácido con muy notables mejoras en sus prestaciones en lo que se refiere a duración, capacidad, facilidad de recarga, mantenimiento, economía, etc. Hasta ahora no puede decirse que haya aparecido una nueva tecnología capaz de sustituir ventajosamente a la batería de plomo-ácido en sus aplicaciones clásicas y que aúnen las condiciones de fiabilidad, economía y prestaciones bien demostradas por aquella. Por lo tanto, es un beneficio redituable cuidar y prolongar la vida útil de este preciado impulsor energético de nuestros desarrollos. ¿Crees que puede resultarte útil este Analizador? Cuéntanos.
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¿Y tú, qué opinas?
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#1Oscar sábado, 13 de febrero de 2010, 17:06
Hola, tengo una pregunta relacionada con este tema.
Normalmente cuando tengo que cargar una pila de estas características, lo que suelo hacer es conectarla a una fuente de alimentación limitando la corriente de carga, (los fabricantes estiman en un 10% de la corriente de carga nominal de la batería), de tal manera que la fuente de alimentación mantiene una corriente de carga constante, para lo cual va aumentando paulatinamente la tension de salida.
He podido observar, que cuando al desconectar las baterías de la fuente de alimentación, sufren una perdida de tensión desde el mismo momento en que finaliza la carga. Con una pila compo la del ejemplo normalmente doy finali... Leer más -
#2kevenisac sábado, 13 de febrero de 2010, 17:15
Estimado Mario,
Una extensión de este circuito sería utilizar el LM3914, y tener una escala de 10 divisiones. Yo hice un voltímetro de 8 - 18 Volt. con este integrado. Quiero preguntarte como hacer un voltimetro de 0 a 1 Volt. para usarlo en el sensor lambda de que usan los autos?, en los esquemas del LM3914 hay uno de 0 a 1.2 Volt.? pero yo quiero de 0 a 1 Volt. Con los PIC hay una forma de manejar los led conectados de forma antiparalelo, ( por ejemplo con 5 líneas del PIC se pueden encender y apagar 20 leds, Nx(N-1) 5x(5-1)=20 ). Mario podrías ilustrarnos sobre este tema?.
Amigo recibe un fuerte abrazo en la distancia. -
#3zitonguito sábado, 13 de febrero de 2010, 17:28
Hola creo que hay un error de dedo aqui:
Las entradas no inversoras (aqui, en vez de ser "no inversoras" debe ser "inversoras", ya que son las que tienen el signo "-") de todos los AO se polarizan a una tensión referencial guiada por el zener D1 y las entradas no inversoras se conectan a una cadena resistiva formada por R2 a R6.
Por lo demas muy original la idea saludos -
#4PABLO_xp sábado, 13 de febrero de 2010, 18:39
espectacular, viene justo para mi proyecto, tarribot que se alimenta solo, eso si, Yesbond, chule chule, ataque, ataque!!!
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Mario sábado, 13 de febrero de 2010, 22:32
¡Hola Falke!
Gracias por estar siempre con nosotros amigo :))
Es bastante complejo manejar y visualizar tensiones entre 0 y 1Volt. Por supuesto que no es imposible, pero requiere de ciertas técnicas un tanto elaboradas, por ejemplo, utilizar un AO en modo amplificador para obtener una G=10 y con una excelente linealidad (fidelidad) para transformar 0-1Volt en 0-10Volts.
De repente eso sería lo que yo intentaría hacer. No medir de 0 a 1 sino de 0 a 10 para tener un mejor "rango" de trabajo.
Toma estos valores como ejemplo, también podría ser de 0 a 5Volts.
Ariel hizo en su momento artículos sobre el LM3914:
http://www.neoteo.com/lm3914-y-... Leer más -
#8
Mario sábado, 13 de febrero de 2010, 22:52
#1¡Hola Oscar!
Este artículo no pretende ser un tutorial sobre el funcionamiento interno de las baterías sino aceca de la construcción de un pequeño accesorio que nos facilite el monitoreo de la carga de las mismas.
Sobre tus interrogantes aquí hay algo de info.
http://www.epsea.org/esp/pdf2/Capit05.pdf
http://www.blogelectronica.com/cargador-bateria-plomo-ag10/
Otra cosa: ¿Podrías ampliar tu pregunta del final sobre los tuoriales que solicitas?
¡Saludos! -
#9
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#10franksd sábado, 13 de febrero de 2010, 23:36
Tengo algunas preguntas:
1_Como saber cuando la batería ya es inservible?
2_Como construir un sistema automático q indique si la pila/batería esta en buen estado o no (que sea extensible para baterías de distintos valores de tensión)
3_como construir un sistema de corte para que la pila no se cargue a valores excesivos
Una vez mas gracias Mario y saludos! -
#11
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#12
Mario domingo, 14 de febrero de 2010, 00:30
#10Hola dds !
1_Cuando no retiene la carga y su voltaje disminuye rápidamente luego de desconectarla del cargador o cuando su performance (tiempo que debiera durar operativa) se reduce a menos de la mitad.
2a_Es lo que intentamos hacer en este artículo.
2b_Habría que utilizar otro tipo de circuito más elaborado, con algún microcontrolador por ejemplo.
3_Idem 2b. El circuito se "programaría" por el usuario para que corte a una determinada tensión.
Saludos! :) -
#13LucasVega domingo, 14 de febrero de 2010, 02:02
Hola Mario:
Un gran articulo para una gran aplicacion. Este analizador esta muy pero muy interesante, y se hace con elementos que tenemos guardados a la espera de estas ideas tan geniales. Me gusto mucho tambien que se puede analizar si la bateria esta fallando, porque nunca sabemos lo que pasa con las pilas o baterias, son cajas negras que un dia fallan y no sabemos ni porque ha pasado, asi que es un valor agregado. De verdad que muy bueno.
Ya me imagino este analizador en otras cosas como por ejemplo un robot, que sepa cuando su carga esta por terminar y deba recargarse, o porque no un indicador de estos para los que tengan un automovil y puedan saber cuando deben ca... Leer más -
#14
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#15Mechamon domingo, 14 de febrero de 2010, 05:21
Excelente Sr. Mario, muy buen tutorial (incluso viene muy bien explicado, es anti-"poner palabrota aquí")con componentes sumamente sencillos y fáciles de conseguir creo cada semana nos acercamos mas al cargador de pilas.
Saludos y un abrazo desde México.
nota:no se creo que el Sr. Ariel ya había hecho algo parecido pero con un Pic utilizando el ADC. -
#16Oscar domingo, 14 de febrero de 2010, 10:35
#8Hola Mario
Gracias por responder, los enlaces que me has mandado son sumamente interesantes.
Sobre los tutoriales que solicitaba.... Sería interesante poder fabricar nuestros própios alimentadores, como los que usan por ejemplo las radios o un cargador de telefonoc o cualquier otro dispositivo pequeño, pero usando la misma tecnología que las fuentes de alimentación conmutadas, que no usan transformador de entrada lo cual reduce bastante el diseño y el coste de fabricación.
Saludos
Oscar -
#17
Mario domingo, 14 de febrero de 2010, 16:11
OK Oscar
Comprendo. Los convertidores DC-DC clásicos que se conectan a la red domiciliaria.
Esos diseños siempre tienen el problema de los transformadores. Aunque está instalado en la gente que no usan transformadores, sí lo utilizan en su secundario (lo habrás visto en cualquier fuente de ordenador) y estos son muy difíciles de calcular y construir.
Si en cambio apuntas a convertidores (también DC-DC) hemos ensayado hace un tiempo un circuito que nos ha dado muy buenos resultados y lo repetimos en muchos diseños dentro de nuestros artículos. Es con el IC MC34063A.
http://www.neoteo.com/convertidor-dc-dc-mc34063a-el-desafio-de-las-15574.neo
... Leer más -
#18franksd domingo, 14 de febrero de 2010, 19:09
Hola Mario y gracias por tu respuesta!
Si no tienes conocimiento sobre algún circuito ya terminado con esta finalidad puedo desarrollar uno.
A diario trabajo con muchas de estas baterías y aveces es muy difícil llevar un seguimiento de cada una en particular. Lo que se traduce en mucho dinero gastado en recambios que pueden llegar a ser innecesarios.
mi pregunta es : ¿puedo testear el funcionamiento correcto de la batería al conectar una carga por la que circule su corriente nominal ?¿si la tensión cae considerablemente significaría que la batería no funciona bien?
El circuito seria algo sencillo, una pequeña botonera para seleccionar el voltaje de la batería (6V 12V o ... Leer más -
#19
Mario domingo, 14 de febrero de 2010, 22:11
OK dds !
Un planteamiento correcto.
Podrías utilizar las "velas" de las estufas eléctricas como carga y que el microcontrolador haga el trabajo tal como has planteado.
Conectar el cargador, medir la tensión hasta alcanzar la máxima de carga, luego conectar la carga durante un tiempo X (ajustable por menú en un LCD según el tipo de batería), controlar la corriente circulante, y luego de ese tiempo evaluar y decidir. Si la corriente y la tensión disminuyeron por debajo de valores preestablecidos se saca la conclusión del estado de la batería en forma automática.
Otro método que también se utiliza es a partir de la tensión que adopta la batería y la corriente de... Leer más -
#20
Mario domingo, 14 de febrero de 2010, 22:22
Hola Yesbond!
Soluciones sencillas a grandes problemas.
En los automóviles se utilizan otros métodos de detección del estado de la batería a partir de la tensión y corriente que absorbe la misma "durante" la carga. Por supuesto, eso está orientado específicamente a conocer el estado "vital" de la batería. Aquí básicamente intentamos conocer el estado de carga de las mismas.
Respecto a tu duda, hay una sola cosa que debes saber. Las baterías de Litio-Ion (como usan las portátiles, son enemigas íntimas con el calor. Mientras el lugar donde está ubicada (inserta en la estructura de la móvil) esté a temperatura ambiente, no tendrás problemas. Los circuitos del o... Leer más -
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