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Desolfatatore caricabatteria "gigapulse" per rigenerazione batteria tipo piombo-acido o piombo-gel con controllo del processo

Indice Argomento Corrente
1) Introduzione
2) Desolfatatore gigapulse: funzionamento
3) Descrizione dello schema del desolfatatore gigapulse
4) Foto del desolfatatore completo e funzionante
5) Modifiche e migliorie in corso d'opera del circuito desolfatatore
6) Circuito desolfatatore: Dati rilevati strumentalmente
7) Efficienza del circuito desolfatatore: Verifiche sul campo
8) Cose da non fare mai con questo circuito
9) Ultime modifiche Desolfatatore Gigapulse

Differenze rispetto agli altri schemi presenti su internet

Questo schema è sperimentale, non è stato scopiazzato, se non come principio di funzionamento da altri schemi ed è stato progettato e sviluppato da zero.
A differenza di quasi tutti gli altri schemi reperibili non è autoalimentato dalla batteria stessa, quindi non la scarica, anzi il circuito è concepito per ricaricarla in modo relativamente lento.
Nella terza pagina di questo progetto abbiamo anche proposto una variante dello schema per autoalimentarlo con la batteria stessa, ovviamente in questo caso la batteria dovrà essere ricaricata con un caricabatterie a parte.
Nota importante: questo progetto ha subito molte modifiche e collaudi e le pagine che lo descrivono sono state realizzate con la logica del blog, quindi se volete realizzarlo leggetele tutte perché le modifiche e migliorie vengono spiegate di volta in volta durante il percorso che porta al progetto finale.

Introduzione

Nelle batteria piombo-acido o piombo-gel il solfato di piombo si forma sugli elementi durante la fase di scarica.
Durante la carica il processo si inverte e il solfato di piombo si ritrasforma in piombo metallico e acido solforico al polo negativo e in diossido di piombo e acido solforico al polo positivo.
Quindi in una batteria perfettamente carica non vi è solfato di piombo depositato sulle piastre.
Quando una batteria viene poco utilizzata (stoccaggio per lunghi periodi) o subisce delle scariche troppo profonde (viene scaricata totalmente o comunque di una percentuale rilevante) forma dei cristalli di solfato di piombo troppo grossi per essere riconvertiti e questo ne riduce drasticamente l'efficienza.
Questo fenomeno, principale causa di morte prematura della batteria è noto come solfatazione ed è quasi sempre irreversibile.

Questo progetto di desolfatatore è nato dall'esigenza di rigenerare (nel limite del possibile) le batterie al piombo-acido e piombo-gel.
L'intento è quello di invertire il processo di solfatazione a cui vanno incontro nel tempo dette batterie.
Nello specifico, non chiedetemi come funziona l'inversione del processo, ho solo replicato il funzionamento dei desolfatatori commerciali cercando di migliorare e massimizzare il rendimento.
Poi mi sono reso conto che in quelli commerciali che ho potuto vedere mancava il controllo del risultato finale.
Per realizzare lo schema ho attinto dalla mia vasta conoscenza dei convertitori boost che ho utilizzato in qualche caso per generare l'alimentazione anodica di valvole alimentate a batteria.
Presto penso che presenterò una versione ulteriormente migliorata di questo circuito in cui integrerò la funzione di verifica e di controllo delle funzioni e delle temporizzazioni impiegando un arduino debitamente programmato.

Desolfatatore gigapulse: funzionamento

Questo desolfatatore produce dei picchi di tensione (fino a 100Volt) con dei fronti di salita estremamente ripidi che dovrebbero servire per sciogliere i depositi di solfato di piombo che si formano sulle piastre all'interno della batteria e che la rendono inservibile.
Non serve se gli elementi della batteria sono corrosi, in corto circuito o deformati meccanicamente.
Non serve se si tratta di una batteria piombo-gel con il gel essiccato.
Con questo circuito e un oscilloscopio è possibile calcolare la resistenza interna della batteria che è il parametro principale che descrive lo stato di salute della batteria.
Durante il processo si dovrebbe vedere una diminuzione della resistenza interna, qualora la desolfatazione sia andata a buon fine.

Desolfatatore gigapulse per la rigenerazione delle batterie piombo-acido o piombo-gel

Sono partito da una rapida occhiata al mio magazzino di componenti, ho selezionato quelli che facevano al caso mio e ho iniziato.
Mi serviva qualcosa che generasse delle onde quadre ben squadrate, con dei fronti di commutazione ripidi e la mia scelta è caduta sull'integrato C-MOS 40106 che contiene 6 porte NOT con trigger di Schmitt.
Poi mi servivano dei driver di potenza, qualcosa che richiedesse una modesta potenza di pilotaggio, che avesse una buona tenuta in tensione e in potenza, con la capacità di veicolare delle discrete correnti.
Non avendo a disposizione dei MOSFET la mia scelta è caduta su dei transistor darlington di tipo BDX53C.
A questo punto mi mancava solo una induttanza su nucleo toroidale e guardando fra i componenti di recupero degli alimentatori per PC ho selezionato fra le varie induttanze una da 0,7 milliHenry che poteva fare al caso mio.
Ho poi preso una basetta millefori e ho iniziato a costruire il circuito.
Si tratta di una realizzazione abbastanza semplice, quindi ho resistito alla tentazione di usare come controllo un arduino.
Il circuito per la sua completa realizzazione ha richiesto circa una giornata di lavoro.

BDX53C transistor darlington NPN 40106 Hex Schmitt Trigger

Transistor darlington BDX53C visto da davanti.

Integrato logico 40106 visto da sopra.
Contiene 6 porte NOT triggerate.

Descrizione dello schema del desolfatatore gigapulse

Questo desolfatatore è composto da due sezioni, la prima il desolfatatore vero e proprio che fa capo a T1, la seconda che fa capo a T2 è un circuito di test per verificare i progressi nella desolfatazione della batteria "in cura".
La prima sezione è costituita da 40106-1, R1,R2,C1,C2,D1 e costituiscono un oscillatore ad onda quadra asimmetrica, questo per la presenza di D1 che fa in modo che la resistenza R1 faccia parte del circuito oscillante solo per una semionda corrispondente alla condizione di D1.
La sezione 40106-2 dell'integrato funge da buffer per l'oscillatore e pilota tramite il diodo led D2 che funge da zener (per rendere più ripido il fronte dell'onda quadra prodotta) il gruppo C6-R4 la base del transistor darlington BDX53C.
La resistenza R4 funge da limitazione di corrente mentre il condensatore C6 è un condensatore di speed-up, ovvero fa passare un impulso iniziale di corrente che forza il transistor a commutare più velocemente (detto in parole povere e con una certa approssimazione).
La resistenza R5 serve per mettere a massa il transistor e funge da potenziale di riferimento certo quando sulla base la tensione è zero.
Il commutatore S1 serve per spegnere il transistor forzandolo all'interdizione mettendo la sua base a massa.
L'induttanza L1 accumula energia magnetica quando il transistor è in conduzione e la rilascia sottoforma di extratensione quando il transistor passa dalla conduzione all'interdizione.
Il diodo D3 applica l'extratensione ottenuta ai capi dell'induttanza sulla batteria da rigenerare.
Il gruppo R8-D5 l'ho messo solo per segnalare quando la batteria è collegata.
La parte sotto composta da 40106-3, C5, R3 è un altro oscillatore ad onda quadra similare a quello già analizzato che si differenzia perché produce un'onda quadra simmetrica.
Questa viene bufferizzata da 40106-4 applicata alla base di T2 tramite il gruppo D4, C7 (condensatore di speed-up),R6 (resistenza limitatrice di corrente) e R7 (resistenza di messa a massa della base di T1).
L'interruttore S2 serve per abilitare/disabilitare questo circuito.
Questo circuito che ha il compito di misurare la differenza di tensione ai capi della batteria inserendo e disinserendo la lampadina come carico della batteria, rilevando la differenza di potenziale e la resistenza interna della batteria.
Questo semplice circuito, con l'ausilio di un oscilloscopio ci permette di verificare i progressi nella rigenerazione della batteria.
La lampadina si può sostituire con una resistenza di potenza anti induttiva che funziona anche meglio.

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