{"id":412,"date":"2020-10-05T15:13:00","date_gmt":"2020-10-05T15:13:00","guid":{"rendered":"http:\/\/visiorob.com.br\/?p=412"},"modified":"2022-09-04T14:12:14","modified_gmt":"2022-09-04T14:12:14","slug":"monitoramento-de-baterias-utilizando-divisores-de-tensao","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/visiorob.com.br\/index.php\/2020\/10\/05\/monitoramento-de-baterias-utilizando-divisores-de-tensao\/","title":{"rendered":"Monitoramento de Baterias Utilizando Divisores de Tens\u00e3o"},"content":{"rendered":"\n<p>Para o projeto Ciclopes temos a necessidade de que o rob\u00f4 possa identificar o n\u00edvel da bateria (combust\u00edvel do rob\u00f4). Dessa forma ser\u00e1 demonstrado algumas metodologias para a medi\u00e7\u00e3o do n\u00edvel da bateria.<\/p>\n\n\n\n<p>A primeira metodologia proposta utiliza divisores de tens\u00e3o. Com efeito de ilustrar, uma bateria com carga completa apresenta um valor de tens\u00e3o diferente de quando est\u00e1 completamente descarregada.<mark class=\"annotation-text annotation-text-yoast\" id=\"annotation-text-e03cd123-0395-4ddf-8418-d56943379192\"><\/mark><\/p>\n\n\n\n<p>Assim, se for poss\u00edvel fazer uma amostra do valor da bateria ser\u00e1 poss\u00edvel estimar a porcentagem da carga restante na bateria. Com a finalidade de obter estas amostra da tens\u00e3o total da bateria este m\u00e9todo utiliza divisor de tens\u00e3o. Koninklijke Philips Electronics N.V. prop\u00f5em o sistema apresentado na Figura 1.<\/p>\n\n\n\n<p>De acordo com a Figura 1 este sistema proposto \u00e9 capaz de monitorar, de forma individual, a tens\u00e3o de cada bateria do conjunto <span class=\"wp-katex-eq\" data-display=\"false\"> (U_1, U_2, U_3, U_4, U_5) <\/span>. Como se verifica na Figura 1 a amostra da tens\u00e3o \u00e9 realizada utilizando divisores de tens\u00e3o e um microcontrolador com conversor A\/D para quantificar a carga. Al\u00e9m disso nesta proposta \u00e9 poss\u00edvel o monitoramento tanto nos ciclos de <strong>carga<\/strong> quanto nos ciclos de <strong>descarga<\/strong> de cada bateria.<\/p>\n\n\n<div class=\"wp-block-image\">\n<figure class=\"aligncenter is-resized\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/visiorob.com.br\/wp-content\/uploads\/2019\/05\/image-3.png\" alt=\"De acordo com a Figura 1 este sistema proposto \u00e9 capaz de monitorar, de forma individual, a tens\u00e3o de cada bateria do conjunto\" class=\"wp-image-413\" width=\"499\" height=\"291\"\/><figcaption>Figura 1 &#8211; Proposta de Koninklijke Philips Electronics N.V. que utiliza devidores de tens\u00e3o para an\u00e1lise de carga e descarga de conjunto de baterias<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">Ciclo de Carga<\/h3>\n\n\n\n<p>Conforme a Figura 1 o processo de carga pode ser descrito pelos seguintes passos:<\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\"><li>A entrada <span class=\"wp-katex-eq\" data-display=\"false\"> I_2 <\/span> do microcontrolador detecta que o sistema est\u00e1 conectado \u00e0 fonte de energia para recarga;<\/li><li>Sa\u00edda <span class=\"wp-katex-eq\" data-display=\"false\"> O_5 <\/span> altera seu n\u00edvel l\u00f3gico de 0 para 1, polarizando o transistor <span class=\"wp-katex-eq\" data-display=\"false\"> Q_5 <\/span> e o Mosfet <span class=\"wp-katex-eq\" data-display=\"false\"> M_5 <\/span>;<\/li><li>Inicia-se o ciclo de Carga;<\/li><li>Atrav\u00e9s dos divisores de tens\u00e3o e das entradas anal\u00f3gicas <span class=\"wp-katex-eq\" data-display=\"false\"> (A_1, A_2, A_3, A_4, A_5) <\/span> realiza-se o monitoramento da carga da bateria <span class=\"wp-katex-eq\" data-display=\"false\"> (V_{bat}) <\/span>;<\/li><li>Quando <span class=\"wp-katex-eq\" data-display=\"false\"> V_{bat} <\/span> atingir o valor de tens\u00e3o m\u00e1xima <span class=\"wp-katex-eq\" data-display=\"false\"> (V_{m\u00e1x}) <\/span> a sa\u00edda <span class=\"wp-katex-eq\" data-display=\"false\"> O_5 <\/span> do microcontrolador altera seu n\u00edvel l\u00f3gico de 1 para 0. Assim, esta mudan\u00e7a despolariza os transistores <span class=\"wp-katex-eq\" data-display=\"false\"> Q_5 <\/span> e Mosfet <span class=\"wp-katex-eq\" data-display=\"false\"> M_5 <\/span>, finalizando o ciclo de carga.<\/li><\/ul>\n\n\n\n<p>A Figura 2 ilustra o fluxograma do processo de carga.<\/p>\n\n\n<div class=\"wp-block-image\">\n<figure class=\"aligncenter is-resized\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/visiorob.com.br\/wp-content\/uploads\/2019\/05\/image-4.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-417\" width=\"251\" height=\"410\"\/><figcaption>Figura 2 &#8211; Fluxograma do processo de carga proposto por Koninklijke Philips Electronics N.V.<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n<p>De acordo com a proposta de Koninklijke Philips Electronics N.V. os diodos <span class=\"wp-katex-eq\" data-display=\"false\"> (D_1,D_2,D_3,D_4,D_5) <\/span> tem a fun\u00e7\u00e3o de impedirem que as baterias sejam descarregada durante o ciclo de carga, pois eles impedem que a corrente tenha sentido inverso.<\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">Divisores de Tens\u00e3o<\/h3>\n\n\n\n<p>A c\u00e9lula <span class=\"wp-katex-eq\" data-display=\"false\"> U_5 <\/span> pode ser monitorada diretamente atrav\u00e9s da entrada anal\u00f3gica <span class=\"wp-katex-eq\" data-display=\"false\"> A_5 <\/span>, pois a c\u00e9lula est\u00e1 referenciada diretamente com o <em>ground<\/em> (terra do circuito). Para as demais c\u00e9lulas s\u00e3o necess\u00e1rios divisores de tens\u00e3o.<\/p>\n\n\n\n<p>Para o conjunto de baterias, apresentado na Figura 1, s\u00e3o necess\u00e1rios quatro divisores de tens\u00e3o, agrupados em pares, de acordo com sequ\u00eancia:<\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\"><li>1\u00ba par: <span class=\"wp-katex-eq\" data-display=\"false\"> \\frac{R_1}{R_5} <\/span>;<\/li><li>2\u00ba par: <span class=\"wp-katex-eq\" data-display=\"false\"> \\frac{R_2}{R_6} <\/span>;<\/li><li>3\u00ba par: <span class=\"wp-katex-eq\" data-display=\"false\"> \\frac{R_3}{R_7} <\/span>;<\/li><li>4\u00ba par: <span class=\"wp-katex-eq\" data-display=\"false\"> \\frac{R_4}{R_8} <\/span>;<\/li><\/ul>\n\n\n\n<p>Logo, cada divisor de tens\u00e3o \u00e9 conectado entre uma entrada anal\u00f3gica e aos n\u00f3s de refer\u00eancia para cada c\u00e9lula <span class=\"wp-katex-eq\" data-display=\"false\"> (N_1, N_2, N_3, N_4) <\/span>. Para medir a tens\u00e3o da c\u00e9lula <span class=\"wp-katex-eq\" data-display=\"false\"> U_1 <\/span> \u00e9 necess\u00e1rio obter os sinais das entradas <span class=\"wp-katex-eq\" data-display=\"false\"> A_1 <\/span> e <span class=\"wp-katex-eq\" data-display=\"false\"> A_2 <\/span> e compar\u00e1-los com a tens\u00e3o de refer\u00eancia <span class=\"wp-katex-eq\" data-display=\"false\"> U_{Ref} <\/span>. Este procedimento pode ser determinado com os seguintes c\u00e1lculos:<\/p>\n\n\n\n<span class=\"wp-katex-eq\" data-display=\"false\"> U_{A1}=\\frac{R_5}{R_1 +R_5}*\\dot{U_1}=X_1 *\\dot{U_1} <\/span>\n\n\n\n<span class=\"wp-katex-eq\" data-display=\"false\"> U_{A2}=\\frac{R_6}{R_2 +R_6}*\\dot{U_2}=X_2 *\\dot{U_2} <\/span>\n\n\n\n<p>Assim, \u00e9 poss\u00edvel determinar a tens\u00e3o de <span class=\"wp-katex-eq\" data-display=\"false\"> U_1 <\/span> a partir de:<\/p>\n\n\n\n<p class=\"has-text-align-left\"><span class=\"wp-katex-eq\" data-display=\"false\"> U_1= \\dot{U_1} - \\dot{U_2} =\\frac{U_A1}{X_1} + \\frac {U_A2}{X_2} <\/span><\/p>\n\n\n\n<p>Para verificar as outras c\u00e9lulas da bateria o processo \u00e9 de forma similar, por\u00e9m utilizando diferentes fatores atenuantes <span class=\"wp-katex-eq\" data-display=\"false\"> (X_1, X_2) <\/span> e demais entradas anal\u00f3gicas <span class=\"wp-katex-eq\" data-display=\"false\"> (A_3, A_4, A_5) <\/span>.<\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">Ciclo de Descarga<\/h3>\n\n\n\n<p>O ciclo de descarga inicia quando o sistema  que a bateria apresenta carga completa, ou seja <span class=\"wp-katex-eq\" data-display=\"false\"> V_{bat}&gt;=V_{m\u00e1x} <\/span>. A sa\u00edda <span class=\"wp-katex-eq\" data-display=\"false\"> O_6 <\/span> altera n\u00edvel l\u00f3gico de 0 para 1, chaveando o Mosfet <span class=\"wp-katex-eq\" data-display=\"false\"> M_6 <\/span>, permitindo que seja liberado da esta\u00e7\u00e3o de carregamento.<\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">Monitorando a Tens\u00e3o no Ciclo de Descarga<\/h3>\n\n\n\n<p>A Figura 3 apresenta, com destaque, o circuito de amostra de tens\u00e3o durante o processo de descarga. S\u00f3 para ilustrar ser\u00e1 considerado apenas apenas a c\u00e9lula <span class=\"wp-katex-eq\" data-display=\"false\"> (U_1) <\/span>. O processo para as demais c\u00e9lulas \u00e9 semelhante.<\/p>\n\n\n<div class=\"wp-block-image\">\n<figure class=\"aligncenter\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"384\" height=\"490\" src=\"https:\/\/visiorob.com.br\/wp-content\/uploads\/2019\/05\/image-5.png\" alt=\"Figura 3 - Circuito para demonstrar como funciona o processo de amostra da tens\u00e3o de cada c\u00e9lula de bateria\" class=\"wp-image-441\"\/><figcaption>Figura 3 &#8211; Circuito para demonstrar como funciona o processo de amostra da tens\u00e3o de cada c\u00e9lula de bateria<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n<p>Portanto, com o transistor <span class=\"wp-katex-eq\" data-display=\"false\"> Q_{11} <\/span> em condu\u00e7\u00e3o, a tens\u00e3o sobre <span class=\"wp-katex-eq\" data-display=\"false\"> R_1 <\/span> \u00e9 determinada realizando os seguintes c\u00e1lculos:<\/p>\n\n\n\n<p class=\"has-text-align-center\"><span class=\"wp-katex-eq\" data-display=\"false\"> U_{R1} = U_1 + U_{be(Q11)} - U_{ak(D1)} <\/span><\/p>\n\n\n\n<p>Por\u00e9m, para eliminar poss\u00edveis margens de erro, e permitir que, <span class=\"wp-katex-eq\" data-display=\"false\"> U_{R1} = U_1 <\/span> \u00e9 necess\u00e1rio que:<\/p>\n\n\n\n<p class=\"has-text-align-center\"> <span class=\"wp-katex-eq\" data-display=\"false\"> U_{R1} = U_1 + U_{be(Q11)} - U_{ak(D1)} <\/span><\/p>\n\n\n\n<p> <\/p>\n\n\n\n<p>Com o transistor <span class=\"wp-katex-eq\" data-display=\"false\"> Q_{11} <\/span> em condu\u00e7\u00e3o, a tens\u00e3o de <span class=\"wp-katex-eq\" data-display=\"false\"> U_1 <\/span> passa a ser proporcionalmente a tens\u00e3o no resistor <span class=\"wp-katex-eq\" data-display=\"false\"> R_5 <\/span>. portanto, ela  pode ser medida pela entrada <span class=\"wp-katex-eq\" data-display=\"false\"> A_1 <\/span> do microcontrolador.<\/p>\n\n\n\n<p>Para que a condi\u00e7\u00e3o <span class=\"wp-katex-eq\" data-display=\"false\"> U_{be(Q11)} = U_{ak(D1)} <\/span> seja respeitada s\u00e3o necess\u00e1rias altera\u00e7\u00f5es no esquem\u00e1tico da Figura 3 . A Figura 4 permite a corre\u00e7\u00e3o dos erros anteriores. O diodo <span class=\"wp-katex-eq\" data-display=\"false\"> D_{11} <\/span> foi substitu\u00eddo pelo transistor bipolar <span class=\"wp-katex-eq\" data-display=\"false\"> T_{11} <\/span>. Assim, temos:<\/p>\n\n\n\n<p class=\"has-text-align-center\"> <span class=\"wp-katex-eq\" data-display=\"false\"> U_{be(T11)}= U_{be(Q11)} <\/span> <\/p>\n\n\n\n<p class=\"has-text-align-center\"> <span class=\"wp-katex-eq\" data-display=\"false\"> U_1 = U_{R1} <\/span> <\/p>\n\n\n<div class=\"wp-block-image\">\n<figure class=\"aligncenter\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"332\" height=\"457\" src=\"https:\/\/visiorob.com.br\/wp-content\/uploads\/2019\/05\/image-6.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-445\"\/><figcaption>Figura 4<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n<p>A Figura 4 ainda pode ser simplificada. Os resistores <span class=\"wp-katex-eq\" data-display=\"false\">R_6,R_7,R_8 <\/span> podem ser substitu\u00eddos por um \u00fanico resistor em comum, <span class=\"wp-katex-eq\" data-display=\"false\"> R_5 <\/span>, permitindo a redu\u00e7\u00e3o de erros.<\/p>\n\n\n\n<p>Enfim, a Figura 5 representa o diagrama final do circuito utilizado.<\/p>\n\n\n<div class=\"wp-block-image\">\n<figure class=\"aligncenter\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"400\" height=\"656\" src=\"https:\/\/visiorob.com.br\/wp-content\/uploads\/2019\/05\/image-7.png\" alt=\"A Figura 5 representa o diagrama final do circuito utilizado.\" class=\"wp-image-446\"\/><figcaption>Figura 5<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n<p>Acesse as publica\u00e7\u00f5es do grupo VISIOROB no Instagram \/<a href=\"https:\/\/www.instagram.com\/visiorob\/\">https:\/\/www.instagram.com\/visiorob\/<\/a>. N\u00e3o se esque\u00e7a as outras mat\u00e9rias dispon\u00edveis no blog \/<a href=\"https:\/\/visiorob.com.br\/index.php\/grupo-visiorob\/\">https:\/\/visiorob.com.br\/index.php\/grupo-visiorob\/<\/a>. . Para ficar por dentro de tudo que acontece! Enfim, nos vemos na pr\u00f3xima.<\/p>\n\n\n\n<p> <\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<div class=\"mh-excerpt\"><p>Para o projeto Ciclopes temos a necessidade de que o rob\u00f4 possa identificar o n\u00edvel da bateria (combust\u00edvel do rob\u00f4). 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