Monitor de Baterias

 

Projeto RAGIO

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Atualizado em 05/02/2017

Subsistema de Monitoramento de baterias

Subsistema autônomo, dedicado, composto por duas placas :

Placa Medição CC (Corrente Contínua)
Essa placa é tipo interface, e fica protegida por uma caixa plástica transparente, e será instalada junto às baterias e carregadores.
Ela utiliza bornes para entrada de fios singelos, que são ligados às baterias e carregadores.

Possui saídas de tensão de baterias e de shunts, e de VPack, com resistores limitadores de corrente.
E possui LEDS, para indicar as tensões, e resistores limitadores de corrente, para segurança

Possui 12 relês para a medida das tensões das baterias, e mais 2 para a medida da corrente via shunts dos carregadores.
Essas tensões transmitidas por cabo ribbon para o Controle de Carga

Placa de Monitoração de Baterias
Esta placa é tipo sanduíche, e mede as tensões e correntes da placa CC, utilizando as entradas analógicas 1 e 2 de um Arduino MEGA.
Ele calcula a energia disponível nas baterias, e também controla individualmente a alimentação cada um dos carregadores, otimizando a carga das baterias.
As tensões e correntes das baterias, são medidas por um Arduino MEGA, além de mostrados no display LCD 4x20 local, são transmitidos para o Computador de Bordo
O ajuste e controle do Controle de Carga é feito pelo Teclado do Computador de Bordo.


Essas placas trabalham com tensões elevadas em relação ao chassis, por isso são alimentadas por uma fonte isolada, e se comunicam com o Computador de Bordo através de uma conexão serial com acoplamento ótico.

Pontos de Medição

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 !

Funcionamento Monitor de baterias:
Subsistema autônomo, dedicado, composto por um voltímetro digital microprocessado (Arduino), que faz a varredura automática de 12 tensões de entradas analógicas, digitalizadas na escala de 0 a 19,99 Vcc.

Diagrama parcial - princípio de funcionamento

Um  conjunto de 12 relés efetua a comutação da entrada do Arduino aos pontos de medição de tensão, sendo utilizados 13 condutores (fios)

As 12 leituras de tensão (bornes A - M) serão apresentadas em um display alfanumérico com 4 linhas de 20 caracteres cada.

Rascunho de parte da placa de circuito impresso
 

Falta a parte do Arduino, acionamento dos reles, alimentação e interface serial. Verificar tamanho e pinagem dos relés, e substituir o trimpot simples por um multivoltas.

O conector de 20 vias transporta os cabos para acionamento dos reles (12) , o positivo, o negativo, o sinal de tensão e o sinal de corrente

Entrada de tensão :
Proteger entrada Arduino com zener.
Medida de corrente: LED substituído por um resistor, e trimpot eliminado, pois as tensões são pequenas.

Outro conjunto  de 12 relés, fisicamente na mesma placa, fará a medição da corrente (tensão dos shunts - bornes a - l) dos carregadores de baterias, que será lida por outra entrada analógica.

Suas bobinas serão ligadas em paralelo com as do primeiro conjunto de relês.

Parece estranho ligar reles em paralelo, mas fazemos isso pois reles com três contatos inversores são grandes e caros...

Outro motivo é facilitar sua ligação, os primeiros 12 reles entregam tensão à entrada A0 do Arduino.

Os outros 12, à entrada A1.

As leituras de corrente serão mostradas no display, alternando com as de tensão, apenas quando os carregadores de bateria estiverem ligados.

Esse monitor é alimentado por um inversor 12 Vcc -> 110 Vca. E uma fonte padrão Arduino, o que assegura o isolamento galvânico do voltímetro, proporcionando um funcionamento confiável.

Esses dados são enviados automaticamente para o Computador de Bordo via interface serial, também isolada galvanicamente.

Ele armazenará esses dados para visualização e análise.

CARACTERES LayOut Display 20 caracteres, 4 linhas
12345 67890 12345 67890
 
bat1 | bat5 | bat9 |
bat2 | bat6 | bat10 |
bat3 | bat7 | bat11 |
bat4 | bat8 | bat12 |
AMOSTRA DE LEITURA
 
12.01 | 12.05 | 12.09
12.02 | 12.06 | 12.10
12.03 | 12.07 | 12.11
12.04 | 12.08 | 12.12

É NECESSÁRIO FONTE COM BOA CORRENTE, POIS ESTE DISPLAY CONSOME MAIS QUE UM DISPLAY 16x2 OU 20x4 MENOR!

Seqüência de operação (medição de tensão das baterias) . A medida de corrente é análoga.

1 Entra alimentação (110Vca). que alimenta uma fonte de 12 V.

2 Temporizador (555) inibe acionamento aleatório dos relés.

3 A cada 6 minutos, o relé de cada bateria á acionado, num ciclo de leituras, armazenamento, comparações, e display.

4 Salva (commit) os dados no cartão SD

5 Envia os dados para o Computador de bordo, que os compara com os valores de referência.

6 Mostra a leitura no local certo do LCD, que é mostrado até a próxima atualização.

7 Se a leitura estiver com ALARME, pisca (blink)

Monitor de baterias: NOTAS para desenvolvimento do hardware e do software:
  1. As indicações de cada bateria piscarão (Blink) para indicar tensão abaixo da referencia.

  1. Por segurança, cada relé só é acionado quando não houver tensão de entrada no Arduino.

TAXAS DE LEITURA :

Ciclo BAT 1 a BAT12 : a cada 6 minutos

Durante a carga, medidas de tensão e corrente de 1 em 1 segundo.

 

 

Monitor de Baterias

Escopo de trabalho :

Cotar o desenvolvimento do Subsistema de Monitoramento de baterias, por etapas.

Informar previsão de prazos de entrega, por etapa.

Primeira etapa

Desenvolvimento do programa para acionar os reles, seqüencialmente, fazendo a leitura do sinal analógico, enviando os dados via serial RS-485 para outro Arduino.
 

Segunda etapa

Desenhar um shield com os relés, o temporizador 555, leds, resistores, diodos, bornes e demais componentes.

Esse shield deve ter conectores machos de um lado, e fêmea de outro, como na imagem abaixo, pois ele ficará no meio do UNO e do Shield com o Display.
 

Terceira etapa

Fornecer a placa shield montada e testada.
 

Os sinais de entrada virão por um cabo ribbon, que utilizará conectores similares aos abaixo

Forneceremos um Arduino UNO, um display com shield, o trimpot multivoltas e os relés (12V)

http://produto.mercadolivre.com.br/MLB-575476702-rele-g6h-2-100-dc12-omron-pacote-com-10-pecas-_JM

Demais componentes por conta do desenvolvedor.

O módulo serial RS-485 deve ter isolação galvânica (ótica)

 

Dúvidas ?

Contate Horacio Belfort

belforts@bycable.com.br

13 98100-7777 , Facetime ou Skype

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