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Desolfatatore caricabatteria "gigapulse" controllato da Arduino

Indice Argomento Corrente 1) Introduzione 2) Desolfatatore gigapulse controllato con arduino: funzionamento 3) Descrizione dello schema del rivelatore di picco per arduino

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. 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. Questa è 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 con l'elettronica necessaria per permettere ad arduino di interfacciarsi al circuito.

Desolfatatore gigapulse controllato con arduino: 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.

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.

Transistor darlington BDX53C visto da davanti.	Integrato logico 40106 visto da sopra. Contiene 6 porte NOT triggerate.

Descrizione dello schema del rivelatore di picco per arduino

Questo circuito serve per adattare il segnale, di livello molto basso, che leggiamo come caduta della resistenza interna della batteria. Può anche essere utilizzato per leggete detta tensione con un voltmetro. In genere la tensione picco a picco sull'ingresso è dell'ordine di una decina di mV. Troppo bassa per essere letta direttamente da arduino. Il condensatore C1 disaccoppia la componente continua del segnale da quella alternata che è il segnale che vogliamo misurare. Il segnale per batterie molto malridotte può essere anche di qualche volt, quindi, per preservare l'integrità del circuito e limitano la massima tensione che arriva all'ingresso non invertente dell'amplificatore operazionale IC1 con la coppia di diodi D1 e D2. Andando in conduzione alla tensione di soglia diretta limitano il segnale al valore di detta soglia che è di 0,6 Volt (circa). A questo punto l'operazionale amplifica per 20 il segnale e tramite C2 lo passa al secondo operazionale IC2 che altro non è che un amplificatore operazionale utilizzato come superdiodo che carica alla tensione di picco il condensatore C3. La resistenza R6 è un trimmer di taratura. All'uscita va collegato un ingresso di arduino (convertitore AD). I diodi Dz1 e Dz2 (tosatori) limitano il segnale all'ingresso del superdiodo a 3,6 Volt per non danneggiare arduino.

Caratteristiche:

• La banda passante di questo circuito va da qualche Hz a circa 150-200 Khz. Si calcola dividendo per l'amplificazione la banda a guadagno unitario dell'amplificatore operazionale.

• Il primo stadio amplificatore amplificando di circa 20 volte il segnale impone anche la massima ampiezza che può avere lo stesso, limitato a monte a 0,6 Volt e a valle a 3,6Volt (dai diodi zener). Quindi 3,6/20=0,18 Volt o 180 mV.

• Tenendo conto delle caratteristiche di arduino (ADC a 10 bit e tensione massima misurabile 5V) e imponendo un valore massimo per l'errore del 10% si può calcolare il minimo segnale misurabile rimanendo all'interno di questo range di errore. Si calcola nel seguente modo: 5/1024=0,00488 rappresenta l'errore e moltiplicato per 10 rappresenta il valore su cui l'errore incide per il 10% (0,0488 Volt) e diviso per il valore di amplificazione di IC1 ci da il valore di tensione che ci interessa. In questo caso 0,00244 oppure 24 mV che dir si voglia. Ovviamente essendo questo un limite legato all'amplificazione di IC1 per superarlo ci sono due possibilità: o aumentare l'amplificazione o ridurre la resistenza di carico di misura della batteria aumentando di conseguenza la tensione in ingresso di questo circuito. L'opzione del diminuire la resistenza di carico ci mette al riparo dalle interferenze e dai disturbi sull'alimentazione che aumentando troppo il guadagno di IC1 ci costringerebbero a complicare troppo il circuito.