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SISTEMA REMOTO DE MONITORAMENTO E CONTROLE PARA CARGAAUTOMATICA DE BATERIAS NIMH APLICADO A EXPERIENCIA DE

INSTRUMENTACAO EM MICROGRAVIDADE

Marinara Marcato∗, Dilson Liukiti Ito∗, Luıs Guilherme Gimenez de Souza∗, MarceloCarvalho Tosin∗, Francisco Granziera Jr.∗

∗ Departamento de Engenharia EletricaUniversidade Estadual de Londrina

Londrina, Parana, Brasil

Emails: [email protected], [email protected], [email protected],

[email protected], [email protected]

Abstract— The platform for acquisition and analysis of acceleration data II (PAANDA II) is an instrumentbuilt to measure the acceleration profile experienced by a microgravity platform during its flight. PAANDA IIuses four accelerometers that must remain turned on after performing calibration procedure due to turn-on’soffset. Hence, its Energy Unit was projected to maintain the accelerometers turned on during the mission, whichincludes calibration, qualification and transportation procedures and the flight. The Energy Unit constructedholds, beyond three batteries packs that provides three different voltage levels, temperature and voltage dataacquisition and protection circuits. Data is received by PAANDA II’s embedded central computer and sentto ground systems computer through rocket’s umbilical. The LabVIEW R©’s user interface created graphicallydisplays data received from umbilical and allows user to control the source’s output current and voltage thatcharge the three batteries packs through umbilical too.This paper describes the construction of the Energy Unitand the control and monitoring remote system. An experimental assembly including the three voltage sources,batteries packs, embedded central computer and the LabVIEW R©’s program was submited to tests which resultsare presented in this paper and prove accurate operation of the system.

Keywords— NiMH Batteries, State of Charge, SoC.

Resumo— A Plataforma de Aquisicao para Analise de Dados de Aceleracao II (PAANDA II) e um instrumentoque mensura o perfil de aceleracao imposto pelo voo suborbital a plataforma de microgravidade lancada a partirde um foguete de sondagem. O instrumento possui quatro acelerometros que devem permanecer ligados aposcalibracao devido ao offset de turn on. Dessarte, sua Unidade de Energia (UE) foi projetada para manter osacelerometros ligados durante toda a missao, o que inclui os procedimentos de calibracao, qualificacao, transportee o proprio voo. A UE construıda possui, alem dos tres conjuntos de baterias responsaveis por fornecer tres nıveisde tensao distintos a experiencia, circuitos de protecao e aquisicao de dados de tensao e de temperatura. Taisdados sao enviados ao Computador Central Embarcado (CCE) da PAANDA II, que faz a interface com o umbilicaldo foguete. A interface com o usuario e proporcionada pelo programa em ambiente LabVIEW R© que permitevisualizar graficamente os dados recebidos pelo umbilical e controlar a corrente e a tensao das fontes que carregamos tres conjuntos de baterias tambem pelo umbilical.O controle da corrente e da tensao da fontes e realizado pelainterface GPIB das fontes que permite configurar a saıda da fonte e tambem fornece o valor da corrente e datensao instataneas fornecidas.Este artigo descreve a construcao da UE e do sistema remoto de monitoramento ede controle implementado. Uma montagem experimental contendo as fontes de tensao, os conjuntos de baterias,o CCE e o programa em ambiente LabVIEW R© foi submetida a testes cujos resultados sao mostrados nesse artigoe comprovam o correto funcionamento de todos seus elementos.

Palavras-chave— Baterias NiMH, Controle de Carga.

1 Introducao

A Plataforma de Aquisicao para Analise de Dadosde Aceleracao II (PAANDA II) e a segunda ver-sao de uma serie de instrumentos (de Souza, 2011)construıdos para medir aceleracoes de platafor-mas de microgravidade, em especial, as acelera-coes residuais na fase de microgravidade (Tosinet al., 2010).

Os dados de aceleracao caracterizam o ambi-ente de microgravidade experimentado pela pla-taforma, validando o ambiente imposto as expe-riencias cientıficas. O perfil de aceleracao geradotambem revela a performance do foguete e dos di-versos mecanismos de controle empregados paramanter o ambiente de microgravidade.

Para determinar o perfil de aceleracao da pla-taforma, a PAANDA II faz uso de quatro ace-

lerometros pendulares Q-flex (Foote and Grinde-land, 1992) modelo QA-2000-10 produzidos pelaHoneywell R©. Segundo o fabricante, a resolucaodo sensor e menor que 1 µg. Uma vez que o sen-sor opera muito proximo a sua resolucao enquantoestiver submetido a fase de microgravidade, todasas fontes de erros devem ser minimizadas ou eli-minadas.

Para eliminar o efeito do offset de turn-on,o sensor deve ser calibrado. O processo de ca-libracao determina o valor do offset de turn-onque e utilizado para correcao conforme o mo-delo IEEE para acelerometros pendulares (IEEE-STD, 1972). Apos calibrado, o instrumento naopode ser desligado, pois tal evento causaria alte-racao no valor do offset de turn-on e, portanto, de-mandaria a realizacao de um novo procedimentode calibracao.

Anais do XX Congresso Brasileiro de Automática Belo Horizonte, MG, 20 a 24 de Setembro de 2014

3720

O processo de calibracao e realizado sobreuma mesa de desempeno(de Souza, 2012), sendoessa nao necessariamente no local de lancamentoda experiencia, dessa forma deve-se levar em contao tempo de transporte.

O instrumento deve permanecer ligado desdeo momento da calibracao ate o fim da missao, in-cluindo todo o transporte do experimento, pro-cessos de qualificacao e o proprio voo. Em muitasocasioes, nao havera possibilidade de recarga, des-sarte um modo stand by foi concebido. Enquantooperando nesse modo, o instrumento prove ener-gia apenas para os acelerometros mantendo todosos demais circuitos desligados. Atraves de aciona-mento por software, a experiencia deixa o estadostand by e passa a operar normalmente.

Contudo, a construcao de Unidade de Ener-gia (UE) que ofereca autonomia de alguns dias aoinstrumento, considerando a operacao desse emmodo stand by, e necessaria para garantir que a ex-periencia permaneca ligada durante todos os pro-cedimento apos a calibracao.

A UE utiliza baterias de NiMH da Saft R©

que possuem elevada capacidade de carga e me-lhor relacao de custo-benefıcio conforme citado em(Puglisi, 1995). Essas celulas podem ser danifica-das, causando a diminuicao de sua vida util seforem submetidas a sobrecarga. Por isso, e neces-sario que haja um sistema que determine o final dacarga da bateria e entao desligue automaticamenteo sistema de carga. O metodo de deteccao decarga utilizado emprega a analise das derivadas detensao e temperatura das baterias(Falcon, 1994).

O sistema implementado e composto pelaUnidade de Solo, constituıdo por um computadorcom ambiente LabVIEW e pelas tres fontes de ten-sao, por um prototipo da UE e por um prototipodo Computador Central Embarcado (CCE). O sis-tema de bancada permite monitorar e carregar asbaterias da UE, e portanto testar as funcionali-dades e limites do sistema operando em condicaonominal ou stand by.

O sistema implementado e descrito com mai-ores detalhes na Secao 2 que apresenta a relacaoentre os elementos dessa montagem em bancada,enfatizando as principais caracterısticas desses. AUE, responsavel pelo suprimento de energia aoinstrumento, sera descrita com mais detalhes naSecao 3 e e um dos focos desse artigo que pre-tende descrever especialmente o sistema automa-tico de carga das baterias implementado. A in-terface com o usuario implementada em ambienteLabVIEW R© e detalhada na Secao 4. E, por fim,um sistema de simulacao do tempo de autonomiado instrumento e apresentado na Secao 5. Na Se-cao 6, sao apresentados graficos que compovam ocorreto funcionamento do sistema.

2 Descricao do Sistema

Essa secao descreve o funcionamento do sistemaautonomo para carga de baterias implementado,porem nao detalha a operacao ou construcao desuas partes contituintes, pois tais informacoes se-rao esclarecidas nos topicos subsequentes.

O Diagrama de Blocos do sistema implemen-tado e apresentado na Figura 1. Existem cincoblocos principais: a UE que e composta pelos con-juntos de baterias a pela Placa Interna da Bateria(PIB), o CCE, a interface com usuario e as fontesde tensao para carga das bateria.

Os terminais dos conjuntos de baterias sao co-nectados diretamente a PIB onde existem circui-tos de protecao contra curto-circuito e inversao depolaridade. Um outro circuito faz leitura do valorda diferenca de potencial apresentado nos termi-nais de cada conjunto de baterias, para isso se uti-liza de um circuito para condicionamento do nıveldo tensao para posterior amostragem digital porum AD. Os dados convertido sao enviados para oCCE por um protocolo I2C.

Os sensores de temperatura sao representadoseletricamente na PIB, porem, mecanicamente, osmesmos estao dispostos em pequenas placas de cir-cuito impresso (PCIs) encostadas no conjunto debaterias do qual informa a temperatura. Comopode ser visto na Figura 3, existe uma pequenaPCI acoplada ao conjunto de baterias superior.Semelhantes a essa, existem outras duas acopla-das individualmente aos conjuntos inferiores. Es-sas placas possuem o mesmo layout e incluem umsensor de temperatura com conexoes I2C com aPIB e com as demais placas de sensor de tempe-ratura, formando uma rede I2C.

O CCE desempenha diversas tarefas cruci-ais para o funcionamento do experimento. Noentanto, para o funcionamento desse sistema es-peficamente, sua unica funcao e enviar os dadosrecebido pela I2C para o umbilical do foguete,utilizando-se padrao RS-422.

O protocolo de comunicacao utilizado nessaimplementacao e o RS-232, pois trata-se de umversao para testes de bancada. Por outro lado, naaplicacao final, o umbilical do foguete atinge maisde 100m de comprimento, tornando necessaria aimplementacao de um protocolo mais robusto porapresentar maior imunidade a ruıdos e suportardistancias maiores.

A interface com o usuario e feita pelo ambi-ente LabVIEW R© e permite que o usuario controlea saıda das fontes de tensao e visualize parame-tros de temperatura e de tensao dos conjuntos debaterias. As fontes de tensao sao controladas viainterface GPIB, a saıda espeficada pelos valoresatribuidos no proprio ambiente sao aplicados e asfontes enviam os dados de suas saıdas em temporeal.


3721

Placa Interna da BateriaBaterias

Dados de

TemperaturaDados de Tensão

AD

Circuitos de Proteção

+V/2

+V

-V

G_+V/2

G_+V

G_-V

Computador Central Embarcado

+V/2

+V

-V

G_+V/2

G_+V

G_-V

IIC

UMBILICAL

Fontes de Tensão

UMBILICAL

GPIB

Interface com Usuário

Controle das Fontes de Tensão;

Gráficos em Tempo Realde Tensão e Temperatura;

Análise das Derivadas de Tensão e Temperatura;

MICROCONTROLADOR

TMP

TMP

TMP

Figura 1: Diagrama de Blocos do Sistema.

3 Unidade de Energia

A UE e responsavel por fornecer energia ao ex-perimento e dados de tensao e temperatura dasbaterias e, por isso, e formada pelos conjuntos debaterias e pela PIB.

Como a PAANDA II requer tres nıveis tensoesdiferentes, foram construıdos tres conjuntos comos seguintes nıveis de tensao nominal: +10,8 V ,+20,4 V , -20,4 V tambem denominados de +V/2,+V e -V, respectivamente.

Para fornecer a carga e os nıveis de tensao ade-quados ao experimento, foram utilizadas bateriasda Saft arranjadas em conexao serie.

O conjunto +V/2 e composto pela ligacao se-rie de 9 baterias VHF16000XP com tensao nomi-nal 1,2 V e carga nominal 16 Ah. Por outro lado,os conjuntos +V e -V sao compostos pela ligacaoserie de 17 baterias VHD95000XP com tensao no-minal 1,2 V e carga nominal 9,5 Ah. O arranjopode ser observado na vista explodidada dos con-juntos na Figura 2.

Como mostrado nas Figuras 2 e 4, existem 3conectores na caixa de baterias, sendo estes: umDB-9 macho para carga e dois DB-9s femea paramanutencao.

O DB-9 macho e utilizado para realizar acarga dos conjuntos de baterias atraves das fontesde tensao que sao controladas pelo software emambiente LabVIEW R©.

Os dois DB-9s femeas sao semelhantes e uti-lizados para fornecer energia a PAANDA II. Essaredundancia e aplicada para a realizacao do hotswap, esquema que permitir a troca da bateria sem

interromper o fornecimento de energia ao instru-mento.

O hot swap funciona da seguinte maneira: en-quanto um dos conectores macho da PAANDAesta conectado a“Caixa de Bateria 1”, o outro ma-cho do instrumento pode ser conectado a “Caixade Bateria 2”, por conseguinte a troca e efetuadacom sucesso e a “Caixa de Bateria 1” pode ser des-conectada do instrumento.

A PIB faz a aquisicao dos dados de tensaoe os envia ao CCE atraves de interface I2C. Ossensores de temperatura que ficam encostados nosconjuntos de baterias sao ligados a PIB, e portantoao CCE, pelo mesmo barramento I2C.

3.1 Diagrama Mecanico

A Caixa de Baterias tem funcao de acondicionar,proteger e isolar as baterias, assim como o sistemade monitoramento de tensao e de temperatura esuas conexoes.

A Caixa de Bateria foi construıda em alumı-nio. As dimensoes e o formato seguem o projetomecanico original da PAANDA II, sendo a largurada menor lateral 71 m e da maior lateral 145 mm,o comprimento 25 cm e a altura 17 cm. A caixapassou por processo de pintura eletrostatica a podo tipo epoxi/poliester (hıbrido), tal processo ga-rante protecao a corrosao e solventes, resistenciamecanica e isolamento eletrico.

Os terminais das baterias foram conectadosatraves de brasagem, formando uma ligacao emserie e originando os conjuntos com as tensoes pro-jetadas. O isolamento eletrico dos terminais e co-


3722

Figura 2: Caixa e arranjo das baterias.

nexoes das baterias foi feita com isolante lıquido epara um isolamento eletrico adicional, foram adi-cionadas placas de borracha com 1,75 mm de es-pessura entre os conjuntos, conforme mostrado navista explodida mostrada na Figura 2.

A Caixa de Bateria foi projetada considerandoespaco para o posicionamento dos conjuntos, dasplacas de borracha, das conexoes, dos sensores detemperatura e da PIB, conforme a Figura 3.

Figura 3: Vista superior da Caixa de Bateria semtampa.

Considerando que o sistema sera imposto aelevados nıveis de vibracao e que pequenos des-locamentos poderiam causar a ruptura mecanicadas conexoes, torna-se necessario o uso de um ma-terial que absorva vibracoes mecanicas. Por con-seguinte, a Caixa de Baterias foi preenchida uti-lizando silicone (elastomero de silicone bicompo-nente) Sylgard R© 170.

Atraves da Figura 2, o posicionamento do con-junto +V/2 fica eviente, uma vez que esse possuibaterias com maior capacidade de carga que asbaterias dos demais conjuntos, portanto, suas ba-terias sao fisicamente maiores. Por outro lado,os conjuntos +V e -V podem ser posicionados naparte inferior ou mediana da caixa.

Para maior precisao na medicao da tempera-tura dos conjuntos de baterias, foram fixados so-bre a superfıcie da bateria pequenas placas comsensor de temperatura, como pode ser observadona Figura 3.

Figura 4: Vista frontal da Caixa de Bateria semtampa.

3.2 Placa Interna da Bateria

A UE da PAANDA II contem, alem dos tres con-juntos (V/2, +V e -V), um sistema de monito-ramento dos nıveis de tensao e temperatura dasbaterias. A Placa Interna da Bateria (PIB), mos-trada na Figura 5, e a responsavel por realizar essafuncao.

Figura 5: Placa Interna da Bateria.

Os terminais dos conjuntos sao ligados a PIBque possui diodos de protecao cujo arranjo possi-bilita utilizacao, carga e substituicao da UE semcomprometer o funcionamento da PAANDA.

O monitoramento das tensoes e realizado atra-ves de um conversor A/D ADS1115 da TexasInstruments R© e as temperaturas sao mensuradaspor sensores TMP100 que possui acuracia de ±2◦

para a faixa de temperatura dessa aplicacao e naoexige nenhum tipo de calibracao. As duas restri-coes no uso desse A/D sao: limitacao das tensoesde entradas a valores positivos e fundo de escalade ± 4,096 V .

Utilizando-se o conversor com entradas emmodo single-ended e conhecendo-se os valores detensao dos conjuntos, as tensoes dos tres conjun-tos sao condicionadas atraves da utilizacao de di-visores de tensao com resistores com tolerancia de0,1%.


3723

Os sensores de temperatura sao utilizadospara a deteccao do final do perıodo de carga dasbaterias, pois celulas de NiMH apresentam a umavariacao da temperatura em relacao ao tempo(derivada termica) caracterıstica de 0,5 ◦C/minao fim desse perıodo, conforme apresentado em(Saft, n.d.a) e (Saft, n.d.b).

Outra caracterıstica do circuito utilizado eque seu funcionamento e possıvel apenas com aconexao da UE a PAANDA, pois o terra utilizadopara a alimentacao do circuito e disponibilizadopor esse ultimo. Assim, nao existe consumo decarga das proprias celulas quando desconectada.

4 Ambiente LabVIEW

Por se tratarem de baterias de NiMH, e de grandeimportancia determinar o fim do processo de cargaantes que ocorra a sobrecarga, contando que esseincidente poderia danificar as celulas. Portanto,a utilizacao de um instrumento de determinacaoda carga das baterias e imprescindıvel. Por con-seguinte, foi desenvolvido um programa em ambi-ente LabVIEW R© para realizar, autonomamente,o processo de carga das baterias da UE.

O VI (Virtual Instrument) do ambienteLabVIEW R© atua diretamente no controle de tresfontes de tensao E3634 da Agilent R© por meio deconexao GPIB. A National Instruments R© forneceo driver desses instrumentos para que seja possı-vel estabelecer comunicacao com o mesmo atravesdo VI. O driver serve de base para receber dadosde corrente e tensao instantaneas das saıdas dasfontes e enviar comandos como parametros parasistemas de protecao e configuracoes de corrente etensao.

O VI recebe dados de temperatura e de ten-sao dos tres conjuntos de baterias por meio de umaconexao RS-232 com o CCE. Tais dados sao ne-cessarios para determinar o termino de carga dasbaterias. Posto que os metodos implementadosnesse software levam em consideracao calculo daderivada da tensao e da temperatura.

O VI possui controle independente para acarga de cada conjunto, ou seja, o software realizao controle das fontes e faz a analise de carga dosconjuntos separadamente. O que possibilita ter-minar a carga de um conjunto e continuar com osdemais. O software encerra-se quando os tres con-juntos estao devidamente carregados ou quando obotao ‘stop’ e acionado.

Em seu painel frontal, o VI contem os con-troles das fontes e graficos que exibem, em temporeal, dados das fontes (tensao e corrente de saıda)e dados de temperatura e tensao nos conjuntos,como pode ser obsevado nas Figuras 6 e 7. Alemdisso, o painel frontal tambem mostra qual foi ometodo que provocou a parada da carga de cadaconjunto.

Todos os dados medidos sao inseridos em um

Figura 6: Controle da saıda das fontes de tensaono ambiente LabVIEW R©

Figura 7: Graficos de tensao e temperaturados conjuntos e da saıda da fonte no ambienteLabVIEW R©.


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arquivo de registro, esse mecanismo e util para arealizacao de uma analise mais detalhada do pro-cesso em um momento posterior. Uma informacaode suma importancia que o teste de descarga re-vela e a carga fornecida pela bateria.

Um recurso implementado e que vale ser ci-tado e a compensacao automatica da tensao. Porse tratar de um carga por corrente constante, eimportante que haja uma diferenca de potencialadequada entre o conjunto de baterias e a tensaodefinida na fonte.

Tal mecanismo foi implementado para situa-coes nas quais a resistencia do cabo de carga naoe desprezıvel devido ao seu comprimento, fato queocorre enquanto a experiencia estiver na plaformade lancamento do foguete e o sistema de controledo processo de carga e as fontes de tensao querealizam tal processo estao a mais de 100 m doexperimento.

O sistema criado detecta tal situacao e realizacompensacoes na tensao habilitada na fonte ateque a corrente esteja dentro do valor adequado aoprocesso de carga configurado. A Figura 8 mos-tra a secao de compensacao de tensao do painelfrontal.

Figura 8: Compensacao de tensao e termino decarga no ambiente LabVIEW R©.

5 Placa de Resistores

Um sistema para simulacao de consumo do expe-rimento PAANDA II foi desenvolvido com o pro-posito de realizar ensaios de descarga da bateriapermitindo a determinacao do tempo de autono-mia do instrumento.

Tal sistema e composto pela Placa de Resisto-res projetada para realizar a descarga dos conjun-tos de baterias e o CCE, cuja principal funcao ecomandar o acionamento das cargas. Para o con-trole do acionamento de cargas, o CCE faz uso dosreles presentes na Placa de Resistores.

Os resistores de potencia possuem valorescalculados para drenar uma corrente equivalenteaquela utilizada pelo experimento enquanto emoperacao completa ou stand by, viabilizando a de-terminacao o tempo de autonomia da PAANDA

II.

A ventoinha acoplada a Placa de Resistoresevita o sobreaquecimento da placa devido a dissi-pacao de potencia sobre os resistores de carga. Oregime de funcionamento desse sistema e contro-lado pelo CCE atraves de rele.

A Placa de Resistores tambem comporta umsensor de temperatura alocado abaixo dos resisto-res de potencia que simulam o consumo da PA-ANDA II. Os dados desse sensor sao enviados aoCCE por meio mesmo barramento I2C utilizadopela PIB, e entao todos os dados sao enviados viaRS-232.

Figura 9: Placa de Resistores projetada para des-carregar os conjuntos de baterias.

6 Resultados

Utilizando tres fontes de tensao, os conjuntosde baterias, o CCE e o programa em ambienteLabVIEW R© foi possıvel realizar uma montagemexperimental de bancada, como mostrado na Fi-gura 10.

Figura 10: Setup montado com as tres fontes detensao controladas pelo programa em ambienteLabVIEW R© que mostra os dados de tensao e tem-peratura enviados pelo CCE via RSR-232.

As Figuras 11, 12 e 13 apresentam graficoscom os dados obtidos durante sete ciclos de des-carga e 6 ciclos de carga para cada um dos tres


3725

conjuntos de baterias. Os graficos exibem as capa-cidades, em relacao a nominal, fornecida a bateriaem um ciclo de carga e a consumida em um ciclode descarga. Interno as barras, estao presentesos valores de correntes medias adotadas em cadaum dos processos, tambem referenciados a Capa-cidade Nominal (C)medida em amperes-hora. Porexemplo, C/3 seria um regime de carga com cor-rente fornecida pela fonte igual a I = C/3 A e otempo para a operacao de carga das baterias seriade aproximadamente 3 horas.

E importante destacar que a Placa de Resis-tores nao foi utilizada nos processos de descargaapresentados nos graficos abaixo. Nesses ensaios,foram empregadas resistencias com valores quedrenassem corrente necessaria para determinadoregime de descarga.

C/6 C/5C/6 C/5C/6 C/4C/5 C/4C/5 C/4C/5 C/30

20

40

60

80

100

120

Modo de Carga/Descarga

% C

arga

DescargaCarga

Figura 11: Percentual da capacidade do conjuntode baterias V/2 em seis ciclos de carga/descarga.

C/6 C/5C/6 C/5C/6 C/4C/4 C/4C/5 C/4C/5 C/30

20

40

60

80

100

120


% C

arga

DescargaCarga

Figura 12: Percentual da capacidade do conjuntode baterias +V em seis ciclos de carga/descarga.

Alternaram-se processos de descarga dos con-junto para a realizacao de novos ciclos de carga,e consequentemente, de testes do carregador emLabVIEW R©. A metodologia de descarga empre-gada foi por resistencia constante sendo a tensaomınima de 1,1 V/celula, o trigger de parada.

A carga recebida pelos conjuntos, de uma ma-

C/6 C/5C/6 C/5C/6 C/4C/4 C/4C/5 C/4C/5 C/30

20

40

60

80

100

120


% C

arga

DescargaCarga

Figura 13: Percentual da capacidade do conjuntode baterias -V em seis ciclos de carga/descarga.

neira em geral, permaneceu na ordem de 90% dacapacidade nominal. Ja no processo de descarga,as baterias forneceram em torno de 80%. Este ul-timo valor pode ser melhorado com o emprego deoutras tecnicas de descarga aquem do utilizado.

Com excecao do sexto ciclo de carga, os pro-cessos de carga foram finalizados devido ao criterioda derivada de tensao. Uma explicacao para queisso nao acontecesse no ultimo ciclo, seria a cor-rente empregada (C/3), que possibilita uma car-rega mais rapida porem com um maior aqueci-mento das celulas.

No caso exibido na Figura 14, ao configurar atensao da fonte, nao havia sido considerado o valorda queda de tensao sobre um diodo que foi inse-rido no cabo de alimentacao para protecao. Aoperceber que a correntea saıda da fonte de tensaoestava caindo, o operador acionou o sistema decompensacao. O sistema fez o calculo da queda erealizou os ajustes necessarios para reestabelecero valor da corrente de carga para o valor estabe-lecido inicialmente.

0 200 400 600 800 1000 12003.6

3.7

3.8

3.9

4

4.1

4.2

Amostra

Cor

rent

e(A

)

Figura 14: Quando o usuario ativa do sistema decompensacao, a corrente e reestabelecida para ovalor configurado inicialmente.

O grafico da Figura 15 exibe, proximo a amos-tra 1200, o grampeamento da tensao tanto na


3726

0 200 400 600 800 1000 120012

12.5

13

13.5

14

14.5

15

15.5

16

Amostra

Ten

são(

V)

FonteBateria

Figura 15: Compensacao de tensao realizada pelosistema.

fonte quanto na bateria. Esse comportamentopode ser verificado pelo valor constante exibidopor um dado instante. O equıvoco foi na entradado valor de configuracao da fonte (inserir um va-lor menor que o devido) e nao ativar a compen-sacao automatica. Pode-se observar tambem adiferenca entre os dois graficos, que compreendebasicamente um offset, devido a queda de tensaono diodo de protecao e na cablagem que liga asbaterias a fonte.

7 Conclusoes

O sistema de carga automatica para baterias apre-sentado nesse artigo pode ser implementado parabaterias NiCd e NiMH, uma vez que as condicoesde temperatura e tensao para carga completa se-jam conhecidas.

A vantagem do sistema e seu baixo custo,dado que para a completa implementacao sao ne-cessario apenas um A/D para conversao da tensaoda bateria, um sensor de temperatura ou termis-tor e um dispositivo microcontrolado que sirva deinterface com o computador. Considerando que asfontes com interface estejam disponıveis.

A implementacao do hot swap consiste em for-necer um conector adicional de saıda das bateriacom as mesmas ligacoes que o primeiro. Consi-derando a simplicidade de implementacao do hotswap, esquema que permite a troca de bateriassem interromper o fornecimento de energia ao sis-tema, a relacao custo versus benefıcio e alta, umavez que o unico custo gerado por esses esquema eo do conector adicional.

Vale destacar que o requisito mais onerosopara a construcao do sistema automatico e a ne-cessidade de fontes de tensao que oferecam inter-face de controle pelo computador, sendo essa con-dicao necessaria para o sistema de compensacaode tensao automatico.

Por outro lado, utilizando-se de algumas mo-dificacoes, esse mesmo sistema pode ser implemen-tado com fontes de tensao sem interface. A grande

diferenca e que a regulacao da fonte de tensao de-vera ser efetuada manualmente pelo usuario. Ooperador devera ficar atento ao sinal de terminode carga para desligar as fontes manualmente.

Agradecimentos

Os autores gostariam de agradecer a Agencia Es-pacial Brasileira (AEB) que ofereceram todo su-porte financeiro para a realizacao desse projeto e aUniversidade Estadual de Londrina pelo estımuloe apoio para a conclusao desse trabalho.

Referencias

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de Souza, L. G. G. (2012). Calibracao da plata-forma de aquisicao para analise de dados deaceleracao II - PAANDA II, Master’s thesis,Universidade Estadual de Londrina.

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Foote, S. A. and Grindeland, D. B. (1992). ModelQA3000 Q-FLEX accelerometer high perfor-mance test results, IEEE Aero 7(1): 59–67.

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Puglisi, V. G. (1995). Power on the move:NiCd and NiMH small sealed rechargea-ble batteries, WESCON/’95. Conference re-cord. ’Microelectronics Communications Te-chnology Producing Quality Products Mobileand Portable Power Emerging Technologies’.

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Tosin, M. C., Granziera Jr, F. and de Souza, L.G. G. (2010). Design and operating limits ofthe Platform for Acquisition of AccelerationData (PAANDA), IAC.


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