Goals

O inversor de baterias utilizado possui uma regulação de carga de três estágios, conforme o procedimento IU0U3.

4.6.1.1 Estágio a corrente constante

O primeiro estágio, conhecido como estágio de “carga a corrente constante”, ou ainda bulk stage, ocorre quando um carregador de baterias com este tipo de operação é conectado a um banco de baterias que se encontra em baixo estado de carga. O carregador fornece então, de uma forma constante, a máxima corrente suportável pelo banco de baterias (I), de acordo com as especificações do fabricante (o ajuste dessa corrente é feita no parâmetro 222#01 - BatChrgCurMax). O banco de baterias passa a ter sua tensão terminal gradativamente aumentada e o carregador determina o nível de tensão (à temperatura constante) em que este estágio deve parar (tipicamente 2,4V/elemento). Quando este estágio é alcançado (ocasião em que o banco de baterias normalmente está entre 70% e 80% de sua carga plena), o carregador dá início ao segundo estágio.

4.6.1.2 Estágio de absorção

No segundo estágio, conhecido como estágio de “carga à sobretensão constante”, ou absorption stage, o banco de baterias continua sendo carregado, porém a uma sobretensão constante (U0), momento a partir do qual a corrente de carregamento passa a cair gradativamente,

algo imposto pela própria bateria. Este nível de tensão é alto demais para ser imposto à bateria de

3 _IU

0U é uma designação do Instituto Alemão de Normatização para o procedimento de carregamento de baterias do tipo chumbo-ácido, também conhecido como carga a 3 estágios: corrente constante (I), sobretensão constante (U0) e tensão constante (U), motivo da designação IU0U.

forma indefinida. O fim desse estágio ocorre quando a corrente cai abaixo de determinado limiar, quando o banco de baterias está com cerca de 95% de sua carga nominal. Alguns fabricantes de carregador promovem um pequeno decréscimo da tensão constante. No caso do inversor de bateria utilizado neste trabalho, o segundo estágio (absorption stage) pode ser feito em 3 regimes designados como boost charge (carga rápida), full charge (carga plena) e equalization charge(carga de compensação). Cada um desses regimes tem um objetivo específico e uma periodicidade de ocorrência. Isso está diretamente ligado à preservação da integridade do banco de baterias e de sua longevidade. De forma que o operador ajusta os 3 regimes de estágio de absorção, e o SI se encarrega de utilizar um deles na execução da segunda etapa de acordo com a periodicidade de cada regime.

Regime de carga boost (carga rápida).Este é o regime mais frequente de carga no estágio “absorção”. É responsável por facilitar a gaseificação promovendo a distribuição uniforme do eletrólito. Quando é utilizado, o estágio finda com um carregamento em torno de 85% a 90%. Dois ajustes precisam ser feitos para esse regime:

1. A tensão por elemento - cada bateria deste trabalho possui 6 elementos - a partir do qual o segundo estágio se iniciará no regime boost (parâmetro 222#07 - ChrgVtgBoost);

2. O tempo de duração do 2oestágio quando em regime boost (parâmetro 222#02 - AptTm- Boost).

Regime de carga full (carga plena). De uma forma geral, a maioria dos carregadores de bateria procedem este tipo de carga com uma periodicidade mensal. O regime previne a deterioração prematura dos elementos ante a possibilidade de ocorrência de cargas deficientes em momentos passados. Com este regime, atinge-se 95% do carregamento ao fim do estágio. Três ajustes precisam ser feitos no SI para tal:

1. A tensão (por elemento) a partir do qual o segundo estágio se iniciará no regime full (parâmetro 222#08 - ChrgVtgFul);

2. A periodicidade de aplicação do 2o_{estágio utilizando o regime full (parâmetro 222#05 -}

CycTmFull);

3. O tempo de duração do 2o_{estágio quando em regime full (parâmetro 222#03 - AptTmFul).}

Regime de carga equalization (carga de compensação).O banco de baterias é constituído de vários elementos que possuem características físicas com sensíveis diferenças, podendo por isso virem a apresentar diferentes estados de carga. Essa diferença pode vir a gerar falhas em determinados elementos, com possibilidade de degradação de todo o banco a longo prazo. O

carregamento em regime de compensação (equalization) tem a função de uniformizar a carga dos elementos, prolongando a vida útil das baterias em até 50%. Com a aplicação de uma tensão mais elevada (sobrecarga controlada) obtêm-se borbulhamento por gaseificação de forma que o eletrólito é agitado evitando sua estratificação. Muitos fabricantes orientam que esse tipo de aplicação deve ser realizada pelo menos uma vez por ano (apenas a baterias chumbo- ácidas)(PINHO JOÃO TAVARES E GALDINO, 2014). Três ajustes precisam ser feitos para definir as especificações desse regime:

1. A tensão (por elemento) a partir do qual o segundo estágio se iniciará no regime equaliza- tion(parâmetro 222#09 - ChrgVtgEq);

2. A periodicidade de aplicação do 2o_{estágio utilizando o regime equalization (parâmetro}

222#06 - CycTmEqu);

3. O tempo de duração do 2o_{estágio quando em regime equalization (parâmetro 222#04 -}

AptTmEq).

4.6.1.3 Estágio de preservação

No terceiro estágio, conhecido como estágio de “carga de preservação à tensão constante” ou float stage, a tensão (U) é reduzida a valores seguros de serem mantidos por longos períodos, sem que isso reduza significativamente a vida útil das baterias. O objetivo desse estágio é manter as baterias completamente carregadas sem sobrecarregá-las. Durante ele, a corrente diminui gradativamente a um valor muito pequeno (da ordem de valores de corrente de autodescarga das baterias). Apenas um ajuste precisa ser feito para definir as especificações desse regime: a tensão por elemento a partir do qual o segundo estágio se iniciará no regime float (parâmetro 222#10 - ChrgVtgFlo). A Figura 55 ilustra o processo de carga utilizado em baterias do tipo chumbo-ácido (VRLA e FLA).

No funcionamento em presença da rede elétrica pública (seja no modo ongrid ou no modo offgrid com a chave da Figura 49 na opção “rede”), existe, adicionalmente, um 4oestágio chamado “estágio de repouso” (silent stage) em que o SI chaveia para standby. Este estágio é ilustrado na Figura 56.

Na ocasião,o fluxo de potência é interrompido sendo um estágio exclusivamente utilizado para economizar energia. Uma vez concluído o carregamento, ou seja, concluído o terceiro estágio - float stage), o SI é colocado em repouso e o banco de baterias é mantido durante um determinado período em preservação de carga (stanby). O silent stage é abandonado em

Figura 55 – Etapas do processo de carregamento em baterias VRLA e FLA

Fonte: Adaptado de (SMA, 2004d).

Figura 56 – Etapas do processo de carregamento em baterias VRLA e FLA

Fonte: Adaptado de (SMA, 2004d).

intervalos regulares para recarregar a bateria. Durante sua ocorrência, qualquer requisição de energia é suprida exclusivamente pela rede elétrica de distribuição.

Todos os estágios de cargas são dependentes da temperatura do ambiente onde as baterias estão localizadas. A temperatura de referência é 20o_{C, de forma que quando a}

temperatura ambiente das baterias divergir deste valor (para mais ou para menos), o SI procede a correção da tensão aplicada por elemento, conforme o ajuste feito pelo o operador a partir do parâmetro 222#11(BatTmpCps - dado em em mV\oC). A partir do valor ajustado, o SI diminuirá a tensão aplicada por elemento para cada grau de temperatura ambiente acima de

20oC, e aumentará a tensão aplicada por elemento para cada grau de temperatura ambiente abaixo de 20o_{C. Assim, de forma resumida, o operador deve ajustar os parâmetros das 3 fases de}

carregamento do banco de baterias.