Rastreador autônomo movido a energia solar

Felipe Martins Ferroni · 19 de fevereiro de 2019

Boa tarde pessoal,

Estou desenvolvendo um protótipo que garanta uma maior autonomia a um dispositivo que contém uma antena GPRS (comunicação) e uma antena GPS (localização).

Para isso gostaria de usar:
Um painel de 5 w https://produto.mercadolivre.com.br...IVBgqRCh3n_AHgEAQYASABEgLyofD_BwE&quantity=1;

Controlador de carga do tipo PWM 6~12 V, 3 A https://www.banggood.com/12V-3A-PWM...lator-Solar-Charge-Controller-p-1303137.html;

3 células de Li-Ion 18650 9800 mAh em série https://produto.mercadolivre.com.br...650-37v-42v-9800mah-p-lanterna-_JM?quantity=1 em uma case apropriada

1 rastreador de consumo típico de 60 mA.

Acontece que ao serem ligados, durante o dia, o dispositivo funciona perfeitamente, comunicando com meu sistema normalmente. Mas no periodo noturno a bateria não aguenta segurar o rastreador. Sendo que pelo meus cálculos, a bateria deveria garantir uma autonomia de pelo menos 6 dias. (9800mAh/60mAh)/24h

E no outro dia, até que a bateria volte a uma tensão mínima de funcionamento. Meu rastreador não comunica. Fazendo com que perca dados essenciais para o desenvolvimento do meu projeto.

A partir disso, li que este controlador não é indicado para recarregamento das minhas baterias, e adquiri um mais "garboso": https://produto.mercadolivre.com.br...r-10a-mppt-1224v-t10-off-grid--_JM?quantity=1

Os testes normais funcionaram e o dispositivo comunicou por mais 24 horas seguidas...

Depois disso carreguei as baterias ao máximo que o controlador permitia (14,4V) e desconectei o painel para ver quanto tempo durava....Esse controlador garantiu uma autonomia de 21 horas, melhor, mais ainda insuficiente tendo em vista os resultados obtidos por cálculos.

Alterei o modo de comunicação do meu dispositivo, garantindo um consumo menor que 2 mAh e os resultados foram os mesmos. 21 horas de duração

Fiz uma nova pesquisa e aprendi que baterias de Li-Ion precisam de cuidados especiais para serem carregadas, por isso queria adquirir um CI de Proteção 3s Bms Pra 3x Baterias 18650 Li-ion 5a (https://produto.mercadolivre.com.br...ra-3x-baterias-18650-li-ion-5a-_JM?quantity=1)

Minha dúvida é saber se isso tem chances de dar certo, os primeiros testes não tiveram êxito e acredito por não possuir essa proteção Bms...é a primeira vez que lido com esse tipo de tecnologia e gostaria muito da ajuda de vcs para que possa entregar este projeto atendendo a necessidade básica que é conseguir se comunicar por grandes períodos através do banco de baterias e ao ser exposto a luz solar recarregar as baterias o máximo que der (limitado claro pela radiação vigente).

Vi também que poderia mudar o algoritmo de recarregamento para um MPPT e carrega-las em paralelo e usar um step up para alcançar meus 12 V. Acreditam que dessa forma consiga um melhor rendimento da taxa de descarga das baterias? Esses são mais caros e como devem imaginar, não atraem muito minha atenção e por acreditar que o PWM consegue numa boa fazer o carregamento dessas baterias (testado e aprovado) da maneira como estão

Segue fotos do primeiro teste, sem a proteção das baterias (ainda não comprei) para melhor entendimento.

Desde já agradeço a atenção

PS.: Ja estou pensando em maneiras de isolar a parte inferior do módulo para que as baterias não sobreaqueçam utilizando uma lã de rocha. Estou tentando pensar em tudo.

.if · 19 de fevereiro de 2019

Amigo há boa chance de sua bateria não ter aquela capacidade de verdade.

Vendo suas imagens, que valem mais que mil palavras, teorizo que seu sistema comporta baterias de 12v

Penso ser elas bem apropriadas pro seu painel 12v. Pra reduzir a V pro seu circuito, um regulador step down lhe cai bem. Dica meça a corrente total que sai e entra na bateria. Ela é que vai ditar a duração e tempo de carga.

MOR_AL · 19 de fevereiro de 2019

Olha!

Comprei baterias 18650 no Ebay, mas ANTES pesquisei muito, principalmente nos vídeos do YouTube.

Assistindo os vídeos, descobri (eles mostram) que há muita bateria 18650 FALSA.

Esse valor comentado de 9800mAh tem chances de ser (99.9%) falsa.

Pesquise nos vídeos sobre bateria18650. Lá tem circuitos que testam a real capacidade, que mostram quais são as falsas e circuitos de carga de baterias.

MOR_AL

Sérgio Lembo · 19 de fevereiro de 2019

Sobre pilhas, Parnasonic e Samsung são fabricantes sérios. Essas que vem prometendo 9800mAh mal chegam a 500mAh.

Sobre o consumo, usar a função deep sleep te dará uma boa redução do consumo.

Felipe Martins Ferroni · 19 de fevereiro de 2019

Show de bola galera, obrigado pelas respostas

@Isadora Ferraz, em minhas pesquisas constatei que a melhor bateria que posso utilizar seriam as do tipo Li - Ion por várias caracteristicas que as mesmam apresentam, principalmente a ausência do efeito memória.

@MOR, muito obrigado pelas dicas, encontrei uma empresa que trabalha com baterias (STA Eletrônica) que acredito vai me ajudar a dimensionar o meu banco de baterias, e possivelmente até um controlador de carga para recarregamento das cargas.

@Sérgio Lembo, a empresa que encontrei trabalha com baterias da marca Sanyo...vamos ver. A medida que meu projeto for desenvolvendo posto as atualizações aqui na página.

Se alguém que entenda mais sobre os algoritmos de carregamento puder contribuir, será de grande ajuda.

Obrigado.

Tito Fisher · 19 de fevereiro de 2019

35 minutos atrás, Felipe Martins Ferroni disse:

Se alguém que entenda mais sobre os algoritmos de carregamento puder contribuir, será de grande ajuda.

Ola.

os links que voce passou estão inacessiveis ( painel, controlador, bateria, etc ) mesmo assim foi possível ler parcialmente a descrição dos produtos no seu post inicial

Bem, um painel de 12V por 5W não fornece a corrente necessária para o seu sistema, na tensão máxima dele que é 17,xx Volts ele dá perto de 290mA , e se retificar para 12V vai para uns 200mA

Isso é insuficiente para um carregador de bateria ( ainda que fosse uma 12V como sugeriu a @Isadora Ferraz ) no tempo aproveitável de sol . Também é insuficiente para carregamento através de um BMS .

voce quer usar as baterias de litio, elas nunca podem ser carregadas em série sem um BMS .

Seu cálculo de tensão não bate, elas tem a tensão de trabalho em 3.7 Volts, então 3 peças te darão 11.1 Volts . Se seus aparelhos requerem exatos 12V voce precisa de 4 unidades no BMS .

Vai ter na saida do BMS uma tensão estável de 14.x e então passa por um regulador que te forneça os 12V pela corrente que pretenda consumir.

Um BMS para 4 unidades requer tensão de entrada em 17V , no caso o seu painel solar de 12V só fornece isso como pico, o que significa que vai alimentar o carregamento cerca de 30 minutos por dia de sol .

Essas baterias escrito 9800mA são fake como disseram o @Sérgio Lembo e o @MOR, recomendo que compre com capacidade mais realista, entre 1 a 3 A e faça um teste de capacidade conectando qualquer dispositivo de consumo já calibrado e monitore o tempo ( o proprio BMS faz isso desligando por sub-tensão )

Quaisquer outras dúvidas estamos aqui para 'tentar' ajudar !

'_'

Sérgio Lembo · 20 de fevereiro de 2019

@Tito Fisher , as baterias de litio realmente possuem tensão nominal de 3,7V mas, ao contrário da bateria de chumbo ácido, sua tensão varia muito em função da carga acumulada. Vai de 4,2V (carga máxima) até 2,5V (abaixo disso estraga).

Tito Fisher · 21 de fevereiro de 2019

Em 19/02/2019 às 22:38, Sérgio Lembo disse:

@Tito Fisher , as baterias de litio realmente possuem tensão nominal de 3,7V mas, ao contrário da bateria de chumbo ácido, sua tensão varia muito em função da carga acumulada. Vai de 4,2V (carga máxima) até 2,5V (abaixo disso estraga).

Corretíssimo, Sr @Sérgio Lembo !

Foi esse o ponto que considerei para declarar como ineficiente a montagem com apenas 3 baterias.

A curva de descarga entre 4.2V e 4V tende a ser bem mais rápida e o sistema teria bem menos tempo de uso fornecendo os 12V ( 3 * 4 ) que o cliente necessita.

Bem sabemos que diferente de lampadas e motores que toleram trabalhar com sub-tensão é bem provável que os dispositivos eletrônicos nesse projeto não se sintam satisfeitos com 11,5V ( ainda que acima da tensão nominal de 3 pçs , 3 * 3.7 = 11.1 V )

Nisso tem-se a impressão de que mesmo havendo 3 baterias com carga nominal os aparelhos não consigam entrar um funcionamento , e o pouco tempo que eles o fizeram foi apenas enquanto a bateria estava com a tensão no range over ( entre 4.2V e 3.7V ) que o carregador possa ter conseguido injetar nelas .

Foi supondo esse cenário que aventei o uso de 4 baterias e um stepdown ou outro regulador , é o que me faria sentir confortável para assinar o projeto.

'_'

Felipe Martins Ferroni · 21 de fevereiro de 2019

Primeiramente obrigado pessoal pelas novas respostas e abdicação de seus tempos para clarear minhas idéias.

@Tito Fisher, ***Sobre o painel***: Você tem razão. Vmp = 17,56V e Imp = 286 mA; E tem razão mais uma vez ao dizer que que o tempo para carregá-la seria insuficiente. Pelos meus cálculos aproximadamente 60 horas. Este painel é somente para testes, assim que meu banco de baterias estiver bem dimensionado, (com a capacidade que almejo) juntamente com o controlador ideal eu penso em mudar o painel.

Em 18/02/2019 às 23:59, Felipe Martins Ferroni disse:

Fiz uma nova pesquisa e aprendi que baterias de Li-Ion precisam de cuidados especiais para serem carregadas, por isso queria adquirir um CI de Proteção 3s Bms Pra 3x Baterias 18650 Li-ion 5a

Então você me confirma que não posso utilizar as baterias em série sem uma proteção. O motivo disso seria para evitar uma sobre descarga nas baterias? O controlador ja não pe responsável por esse processo? Porém ja percebi que principalmente a bateria do meio em minha case acaba descarregando perto dos 0 V quando aplico testes extremos entre o rastreador e a bateria para averiguar o tempo de funcionamento. (Ja perdi 2 das 9 baterias que comprei que não consigo mais reverter o fluxo de ions).

Em 19/02/2019 às 19:05, Tito Fisher disse:

Seu cálculo de tensão não bate, elas tem a tensão de trabalho em 3.7 Volts, então 3 peças te darão 11.1 Volts . Se seus aparelhos requerem exatos 12V voce precisa de 4 unidades no BMS

Sobre a tensão, considerei a tensão máxima de 4,2 V; (3*4,2 = 12,6V) Neste exato momento para se ter uma ideia, minha bateria esta em 11,9 V Minha carga trabalha com tensão de 8 ~ 40 VDC. Além de meu controlador esta configurado para parar a descarga da bateria em 11V. Portanto acredito não precisar me preocupar com isso. Aberto o circuito da bateria, meu dispositivo ainda tem uma bateria interna de 450 mAh para continuar comunicando.

Sobre as baterias sei que cai em uma cilada, rsrs falta de experiência, mas ja estou providenciando uma de um fornecedor sério que trabalha com baterias de qualidade. Eles vão fazer para mim um pack sobre as condições que preciso. Hoje a tarde terei uma resposta sobre minha nescessidade.

10 horas atrás, Tito Fisher disse:

A curva de descarga entre 4.2V e 4V tende a ser bem mais rápida e o sistema teria bem menos tempo de uso fornecendo os 12V ( 3 * 4 ) que o cliente necessita.

Entendi agora porque considerou então os 3,7V. A bateria não segura muito esses 4,2 né? Vamos ver o pack que vão me oferecer, acredito que não terei mais problemas com isso.

10 horas atrás, Tito Fisher disse:

Bem sabemos que diferente de lampadas e motores que toleram trabalhar com sub-tensão é bem provável que os dispositivos eletrônicos nesse projeto não se sintam satisfeitos com 11,5V

Como ja disse, a carga trabalha de 8 a 40 VDC.

Segue em anexo a imagem atualizada do projeto, com o novo controlador de carga. Previamente e devidamente configurado da seguinte forma:

Tensão flutuante: 12,7 V

Inicio de descarga da bateria: 11,5V

Desconectar bateria: 11 V

Nestas configurações e minha carga trabalhando no mínimo. Ele comunica todo o periodo noturno e durante o dia (hj esta meio nublado) fornece os 12 V tranquilinho e nos periodos de sleep mode, esta carregando a bateria tranquilamente.

@Tito Fisher, me confirma então só esse uso do BMS para a ligação em série e o por que deveria usá-lo. Não consigo achar algo concreto para apresentar para justificar o real uso desse dispositivo. Obrigado.

Sérgio Lembo · 21 de fevereiro de 2019

@Felipe Martins Ferroni , se temos 3 componentes iguais em série e nas suas extremidades 12V é de supor que haja 4V em cada um dois elementos. Isso é válido se os elementos forem resistores. Note que no caso dos resistores haverá uma pequena variação decorrente da tolerância desses elementos. No caso das baterias a tolerância entre eles não é pequena.

O problema:

Vamos raciocinar em 2 baterias em série de 2200mAh nominais, simplifica a explanação. Se na sua tolerância construtiva uma delas possuir 10% a mais de capacidade que a outra, a de menor capacidade ficará com tensão 10% maior que a outra pois, se ambas estão recebendo a mesma corrente de carga a de menor capacidade atingirá a tensão máxima (carga plena) mais rápido que a outra.

A solução:

O circuito de proteção monitora e compara as tensões individuais e de forma individual faz com que um transistor colocado em paralelo a cada uma das baterias desvie parte da corrente da bateria que está carregando mais rápido que as demais. Dessa forma quando a bateria de maior capacidade real (e por consequente a mais lenta para carregar) alcançar a plenitude da carga a de menor capacidade (e por consequente a mais rápida para carregar) alcançará ao mesmo tempo a tensão máxima de carga. Isso é importante porque a manutenção por tempo elevado da tensão máxima de carga provoca stress na bateria.

MOR_AL · 21 de fevereiro de 2019

Fiz uma pesquisa no YouTube e selecionei estes vídeos. Acho que tratam tudo sobre baterias 18650, carregadores e medidores.

Tomem cuidado também sobre medidores falsos.

https://www.youtube.com/watch?v=uDK8wW3c3xo

https://www.youtube.com/watch?v=9EkWQTr_ng4

https://www.youtube.com/watch?v=iv6pAZklRSs

https://www.youtube.com/watch?v=NYtoCwHmtHg

https://www.youtube.com/watch?v=SgKgE5_rC-c

https://www.youtube.com/watch?v=IzFCtVYbBXE

https://www.youtube.com/watch?v=0RPrhFP_phY

https://www.youtube.com/watch?v=SB6IJtPVD80

MOR_AL

Felipe Martins Ferroni · 22 de fevereiro de 2019

Perfeita explicação @Sérgio Lembo, vou realçar a importância dessa proteção para confecção do meu pack de baterias.

@MOR, obrigado pelos videos, vou dar uma conferida depois. Queria apenas ressaltar que o carregamento das baterias será realizado a partir de um módulo solar + controlador de carga do tipo PWM. Conforme descrito e evidenciado pelas imagens.

A parte das baterias acredito estar resolvido. Agora para me deixar 100% seguro, gostaria de uma ajuda sobre a escolha de carregar as baterias com um controlador PWM. Ouvi dizer que estes não são os mais aconselháveis apesar de ja ter visto vídeos no canal de um portugues e de um norte americano dizendo que não há muita diferença na utilização destes ou de um MPPT quando a necessidade da carga não é muito expressiva. Como é o meu caso.

Obrigado a todos que contribuiram. Show de bola esse fórum!