Visão geral da instalação dos carregadores

Estou postando esta foto para que vocês tenham uma idéia melhor da instalação dos carregadores. Todos os componentes estão descritos na foto.
A única diferença é que incluí mais 2 capacitores com uma chave. Assim posso aumentar a corrente de carga das baterias. Com os 90 uF originais a corrente fica em torno de 3,5 amperes. Ligando a chave a corrente agora vai para 6,7 amperes.
Assim espero ter um tempo de carga mais curto.

Passo 12: Carregador de 120V

Protótipo do carregador.

Vamos colocar aqui uma rápida descrição do “por que” de ter um carregador isolado da rede. É que todo o circuito das baterias e motor fica isolado da carcaça do carro bem como fica isolado de qualquer referência com a terra. O circuito está completamente flutuante. Isto é bastante interessante porque se você tocar um contato elétrico deste circuito, não levará choque. Somente se você tocar dois pontos diferentes deste mesmo circuito é que estará sujeito a um choque.

Por outro lado, se você ligar este circuito diretamente ao circuito elétrico da rede de alimentação, estarás neste momento, sujeito a choque, da mesma forma que em uma tomada comum. O circuito das baterias passa a fazer parte do circuito da rede 220V.

Por isto, que preferia o circuito isolado. Outro problema é que as pessoas estão acostumadas a pensar em baterias de carros como inofensivas em termos de choque. Lógico, com 12V não dão choque em ninguém. Porém, as pessoas não sabem que temos 10 baterias em série, ou seja, 120V. Então você vê pessoas querendo colocar as mãos nos barramentos e terminais de baterias e conexões do motor.

No entanto, analisando o tipo de instalação do carro, percebi que poderia montar o carregador sem ter que isolá-lo da rede. Não é mais perigoso do que qualquer tomada em casa. Isto porque as baterias ficam instaladas na caixa. Estão fechadas e não existe a possibilidade de toque manual. Somente a conexão do módulo de potência e do motor, montados dentro do cofre do motor, pode ficar energizada. Isto se os disjuntores, na saída dos cabos da caixa de baterias, não forem desligados – o que normalmente faço. É mais fácil enfiar um grampo de cabelo na tomada para levar um choque.

Então parti para o carregador não isolado.

Atenção, não use este carregador para carregar baterias de 12V. Normalmente estão muito expostas e podem facilmente ser tocadas. Neste caso existe um risco grande de tomar um choque acidental. Em função do descrito acima pode se tornar perigoso.

Disjuntor diferencial

Para evitar que algum choque, por menos provável que seja, possa prejudicar uma pessoa, instalamos, na alimentação AC, um disjuntor diferencial. Este disjuntor desarma se ocorrer uma corrente para terra (no caso de um choque). 30 mA são suficiente para desarmar o circuito.

Este procedimento deixa o carregador e o sistema mais seguro.

Vamos percorrer todo o circuito:

Depois do disjuntor também colocamos um fusível. Do fusível a corrente passa pela chave de liga /desliga. Esta chave tem dois polos e tanto neutro como fase são chaveados. A chave permite a alimentação do circuito de carga e também do controlador de voltagem Omron.

Capacitores

Depois da chave, a corrente será levada a passar por um conjunto de 3 capacitores de 30uF/400V. Estes ligados em paralelo formam um capacitor equivalente de 90uF/400V. Observe que a corrente passa através do conjunto de 90 uF. São colocados para limitar a corrente. Não como filtro. Em breve postarei o esquema para deixar mais claro. Depois dos capacitores vem um dos terminais ~ da ponte de retificação. 

Relés

Do terminal positivo da ponte a fiação vai até o contato de um relé. Este é comandado pela antiga chave de ignição do carro. O relé só está fechado se a chave do carro estiver desligada. Se o circuito de 12V for acionado, virando a antiga chave de ignição, o relé abre. Isto evita ligarmos o controlador do motor em conjunto com o sistema de carga. Do relé a fiação vai até no terminal positivo do banco de baterias. 

Do lado negativo acontece o mesmo. Do negativo das baterias a fiação segue até um segundo relé, acionado da mesma forma que o relé do lado positivo. Passando pelo relé a fiação segue até o negativo da ponte retificadora. 

 Do outro terminal ~ da ponte, segue até um relé de estado sólido. Este é comandado pelo controlador de voltagem da Omron. Se a voltagem estiver abaixo de 144 VDC, o relé está acionado e conduzindo. Caso contrário o mesmo não estará acionado e não conduz. Do relé, a alimentação alternada fecha o ciclo, passando pelo segundo polo da chave de liga/desliga, o disjuntor diferencial, chegando assim ao neutro da rede de alimentação.

Basicamente temos uma ponte retificadora ligada nas baterias. Os capacitores em série com a ponte, agem como limitadores de corrente. O relé de estado sólido serve para conduzir, ou não, a corrente. O controlador de voltagem mantém a tensão máxima nas baterias. Bastante simples e barato.

Divisor resistivo

Para medir a tensão das baterias fiz um divisor resistivo. Isto porque dificilmente você vai encontrar um controlador de processo com entrada de alta tensão. A entrada do meu controlador é de 0-5VDC.

Passo 11: Carregador de baterias 12V

Chegou a hora de pensar em como carregar as baterias do carro. Teremos dois carregadores: Um para as baterias do motor e outro para a bateria dos farois e restante do sistema de 12 V.
Vou primeiramente descrever como foi que fiz o carregador da bateria de 12 V.

Achei uma boa sugestão na internet. O carregador foi feito a partir de uma fonte de computador. Estas fontes são do tipo "chaveada" e isoladas da rede alimentação. Além do mais custam pouco e são fáceis de achar. Sem falar que são muito leves.

Como a fonte fornece a voltagem de 12V temos que fazer alterações no circuito de regulação. Então, a mesma poderá fornecer tensões mais altas. A Voltagem terá que ficar em torno de 14V.

Uma descrição muito boa do que tem que ser feito pode ser visto, no seguinte endereço: http://www.e-voo.com/tutoriais/fonte/

Eu segui os passos descrito no tutorial muito do link acima. Depois acrescentei um circuito para controlar a corrente de carga inicial. É que em alguns casos a corrente inicial de carga pode superar a corrente máxima da fonte. Então a mesma desarma. Para evitar isto, um circuito verifica a corrente de carga. Se esta passar de 8 amperes, o sinal de referência do controlador de tensão varia, fazendo a mesma reduzir a tensão, mantendo a correente nos 8 amperes. Veja o esquema aqui.

Funcionou muito bem com qualquer tipo de bateria de chumbo de 12 Volts. Montei a fonte numa caixa plástica e fixei no carro. Usei este carregador para dar a carga inicial nas 10 baterias do motor. Para tal, as baterias estavam ligadas em paralelo.
Veja todas as fotos do carregador.

Grande abraço a todos.

Passo 10: Bateria do circuito de 12V

Como vai funcionar o circuito de 12 volts do carro? Normalmente o circuito é alimentado pela bateria convencional do carro. Esta por sua vez é carregada pelo alternador, ligado ao motor a gasolina. Assim, a bateria está sempre carregada e suprindo os 12 volts ao circuito.

No circuito de 12 volts, normalmente, são feitas mudanças muito pequenas. A principal é a retirada do sistema de partida do motor, ou seja, o acionamento e alimentação do motor de arranque. Fora algumas outras inclusões (relés para ligar o módulo etc..) o circuito pode permanecer praticamente inalterado. Porém, temos que projetar como fazer o carregamento da bateria auxiliar.

Cito as opções normalmente utilizadas:

1 – Manter o alternador e ligá-lo ao motor elétrico através de polias e correia.

2 – Adquirir ou fabricar um conversor DC-DC para carregar a bateria a partir do banco de baterias do motor

3 – Manter somente a bateria e carregar a mesma quando carregar as demais baterias do carro.

Eu escolhi a terceira opção. Isto em função das características de uso do meu carro e também pelo custo.

Explico melhor:

1 - Primeiramente pretendo utilizar o carro, na maioria das vezes, durante o dia.

2 – A autonomia do meu projeto é relativamente baixa (40 a 50 km). Se autonomia do carro é baixa, também não vou precisar da bateria, do circuito de 12 volts, por muito tempo.

3 – Moro em uma cidade pequena (Blumenau) e vou utilizar o carro somente no região urbana.

4 – A carga que tenho para usar são: faróis e limpador de parabrisa. Não tenho rádio ou outro consumidor ligado no carro.

5 – Pretendo mudar os faróis (maior consumidor) para LEDs.

6 – O custo de um conervsor DC-DC me pareceu alto. Teria que fabricar um e não sou aquele gênio da eletrônica – consumiria muito tempo.

Se meu carro algum dia passar a ter baterias com maior capacidade, vou ter que repensar o caso. Se for andar 150 km terei que utilizar energia do banco de baterias do motor também para os faróis.

Claro que vou precisar dois carregadores on-board (no carro), um para as baterias do motor e o outro para a minha bateria solitária, a dos faróis. Veremos as opções nos próximos passos.

Por hoje é só.

Passo 9: Fixando módulo de potência

O módulo de controle de potência, no meu caso, já veio montado sobre uma placa dissipadora de calor. Todos os componentes necessários já estavam fixados e ligados eletricamente. Contactor principal, módulo de controle PWM e contactoras de inversão de rotação. Assim precisamos fixar apenas um componente.
Fizemos um suporte de cantoneiras e colocamos o mesmo ao lado do motor. Deixamos o lado sem componentes da placa virada para o lado da roda. Isto deixou os componentes mais protegidos de eventuais pedras, água ou outros objetos, jogados pelos pneus.
É interessante observar que alguns colegas da WEG sugeriram fechar o controlador em caixa a prova de água. Também observaram para instalar ventiladores para refrigerar o controlador. Enviei fotos da montagem que fizemos para a fábrica do motor e do controlador. Acharam que não seria necessário.
Bem, por hora a montagem ficou assim mesmo. Mas estou de olho na temperatura do controlador e também na água que cai sobre o mesmo. Acho que vou, sim, fazer uma proteção em volta do mesmo.
Para entender melhor o descrito, veja as fotos aqui!

Passo 8: Instalando o motor

Agora que o motor já pode ser fixado à caixa chegou a hora de montar tudo de volta no carro. O processo agora não requer grande novidade. Montamos a caixa com o seu devido cardã de volta ao lugar original. Depois, com auxílio de uma talha ou pequeno guindaste, baixamos o motor e fixamos na caixa. O motor é colocado com volante e os flanges/distanciador já montados nele. Então colocamos os parafusos e fixamos o conjunto na caixa. Este processo também pode ser realizado utilizando um elevador de carros. Em vez de movimentar o motor, movimenta-se então o carro sobre o motor. O que for mais fácil.

Este processo pode trazer algumas surpresas em termos dimensionais. No meu caso o motor com o distanciador ficou um pouco maior do que gostaríamos. Em função disto tivemos que abrir a frente do carro para poder encaixá-lo no lugar. Depois teremos que fazer um trabalho na fibra para que o motor não fique batendo na grade frontal do carro.
Ajusta-se agora os suportes para que a caixa permaneça no mesmo lugar.
Depois é hora de fixar um novo suporte do cabo de embreagem. O original ficava no motor de gasolina. Foi feito com um pedaço de cantoneira, fixado ao flange da caixa/motor.
Também tem que ser fixado o braço que evita a torção do motor. Para tal foi usado o braço original incluindo uma nova peça feita também de cantoneira. Assim este braço, de um lado fixado na estrutura do carro, foi preso, do outro lado, ao flange do motor.
Veja que, para os dois suportes, utilizamos os próprios parafusos dos flanges. Assim, a montagem ficou mais fácil e também bastante robusta.
Para entender melhor o descritivo acompanhe as fotos clicando aqui.

Passo 7: Conectar motor com volante à caixa de câmbio

Uma vez que o volante está preso ao eixo do motor temos que conectar este conjunto à cabeça de porco da caixa de câmbio.

Para tal, temos que fazer um flange, no qual vai fixado o motor. Do outro lado, outro flange tem que ser feito para fixar na cabeça de porco.

Um tubo distanciador interliga os dois flanges. Neste espaço fica o adaptador, explicado anteriormente, no Passo 6.

Este distanciador tem que ter o comprimento tal que, quando o volante estiver preso ao adaptador, fique na mesma posição em que se encontrava quando montado com o motor a gasolina. Para isso é importante, na desmontagem do motor a gasolina, observar a posição exata em que o volante fica. Verifique o quanto o volante entra para o interior da cabeça de porco.

Uma vez definidas as medidas do distanciador e feitos os desenhos dos flanges, o conjunto pode ser soldado. Pode ser feito de aço ou de alumínio.

Para facilitar o entendimento, veja aqui, as fotos deste processo.