Analizador de voltaje para baterías

por Mario 13 febrero, 2010, 3:17 pm 15 Votes 59 Comments

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. 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. 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.

: Modelo de circuito impreso sugerido

: 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. 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.

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. 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.