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Visualizza la versione completa : che tipo di "carico" è una batteria??



tommy_sp
23-04-2013, 17:00
Ciao a tutti

fino a tempo fa ero un assiduo frequentatore della sezione eolico, con diverse realizzazioni all'attivo.. da qualche tempo non sto piu smanettando molto con le mie costruzioni, ma una domanda mi ronza in testa e non riesco a darvi una risposta:

una normale batteria (che sia una pila ricaricabile o una batteria al piombo da auto) che tipo di carico elettrico è?
cioè è un carico di tipo resistivo o cos altro?

perchè mi chiedevo che comportamento ha una volta collegato ad esempio ad un generatore eolico?

per spiegre meglio cosa non mi è chiaro faccio un esempio pratico:

supponiamo io abbia un generatore eolico che arrivato ad esempio a 200 rpm mi eroghi 12 V con i quali ricaricare una batteria.
una volta collegata quest'ultima al mio generatore, qualora questo raggiunga i 200 rpm raggiungo la tensione necessaria a ricaricare la batteria e inizia a fluire corrente dl generatore alla batteria, e fin qui tutto ok

ma se ad esempio il vento aumenta, e diciamo che a vuoto raggiungerei 300 rpm corrispondenti a 18 V, cosa succede nella realtà con la batteria attaccata?

a me verrebbe da rispondere che la tensione è imposta dalla batteria (12V) e che quindi la velocità di rotazione della turbina rimanga stabile nell'intorno dei 200 rpm e che cio che aumenta all'aumentare del vento sia la corrente erogata, la stessa corrente che per il noto effetto lenz crea una coppia frenante che stabilizza la velocità della turbina appunto intorno ai 200 rpm

secondo questo principio, anche aumentando di molto la velocità del vento la turbina si manterrebbe stabile sui 200 rpm e ciò che varierebbe sarebbe la corrente erogata...

qualcosa però mi dice che sarebbe tutto troppo bello e semplice, perchè se così fosse basterebbe un circuito shunt che scolleghi la batteria una volta raggiunta la carica completa intorno ai 13.8 V, così tutta l'energia in surplus verrebbe sprecata a batteria completamente carica

questo ragionamento è corretto o (come temo) il comportamento delle batterie è differente?

cosa succede nella pratica se arriva una folata di vento forte su una turbina a 200 rpm che mi sta erogando 12 v e ricaricando una batteria?

grazie!!!

mariomaggi
23-04-2013, 21:04
Tommaso,
una batteria e' un dipolo che puoi considerare come un carico resistivo con una induttanza in serie, ed un condensatore in parallelo.
La tensione di batterie e' solo nominale, in realta' la tensione di batteria e' quasi sempre diversa dalla nominale.
Se alimenti una batteria ad una tensione maggiore di quella ammissibile, la rovini. La batteria non e' un regolatore di tensione, non puo' stabilizzare la velocita' dell'aerogeneratore se il vento soffia troppo forte. Ciao, Mario

tommy_sp
24-04-2013, 02:31
ciao mariomaggi

proprio come temevo, dunque

insomma all'atto pratico se sto ricaricando una batteria, velocità turbina 200 rpm e v out = 12 V, se aumenta il vento oltre ad aumentare la corrente prelevata aumentarà anche la tensione.. è giusto?

ma in che proporzione?

voglio dire, supponiamo che la turbina mi dia 1 kw di potenza meccanica all'albero, raccolto da un alternatore che mi eroghi, in quelle condizioni e per quella v del vento, appunto 12 V e 83 A (supponiamo per assurdo rendimento = 100% )

se la velocità del vento aumenta, e la mia turbina raccoglie 1.5 kw di potenza meccanica all'albero, l'alternatore (sempre ideale) che parametri elettrici mi darà in uscita?

14 V e 107 A ? oppure 16 V e 93 A ?

insomma c'è il modo di prevedere, data una certa potenza meccanica, il comportamento del gruppo elettrico (alternatore + batteria)?

perchè nel caso di carico puramente resistivo è molto semplice, basta usare la legge di ohm.. ma con la batteria?

mi verrebbe da dire che dipende molto dalla caratteristica della turbina, cioè che velocità e che coppia fornisce per quella data v del vento.... ma a sua volta la velocità di rotazione sarà influenzata dalla coppia frenante data dalla corrente che circola all'interno dell'alternatore, corrente che a sua volta è funzione del comportamento della batteria.. dico giusto?

in questo caso è un mezzo casino mi sa.. bisognerà fare un "matching" tra caratteristica "motrice" della turbina e caratteristica "resistente" del gruppo alternatore - batteria.

PS il circuito equivalente di un carico batteria mi dici essere come quello che ho allegato?

ciao a presto

riccardo urciuoli
29-04-2013, 09:11
Il circuito equivalente non mi sembra proprio giusto, secondo me (ma la sparo un po' a casaccio) è un grosso C con in serie una Rs molto piccola e un'induttanza (anch'essa molto piccola) e in parallelo una Rp molto grande.

Rs e L sono quelle che limitano le correnti 'di spunto' in carica e scarica; Rp è quella che modella l'autoscarica.

Non capisco se parli solo in via teorica o vuoi realizzare qualcosa, ma conviene anche ragionare in termini di energia. Se la batteria è scarica può (fino a ragionevoli valori di potenza immessa) agire da carico ideale e quindi assorbire la potenza fornita dalla pala.
Il problema sono le potenze (cioè correnti) molto elevate, che non sono rette da batterie reali, e il fatto che quando la batteria è carica comincia velocemente, anche a correnti più basse, a rovinarsi. Il modello circuitale non vale più!
Insomma, quando la chimica non può più assorbire energia la batteria diventa un carico puramente resistivo, scalda e si rompe.

Ci vuole un regolatore di tensione (o qualcosa di più sofisticato) in uscita dalla turbina; raggiunta una certa tensione di batteria non viene più assorbita potenza dalla pala e lei comincia a girare più velocemente (in 'folle')

tommy_sp
06-05-2013, 06:33
Si esatto, devo un po studiare i regolatori PWM, dei quali so poco e niente.
per ora ho usato un regolatore di tipo shunt, vista l'estrema semplicità.
quello che non capivo era se il circuito shunt iniziasse a lavorare (cioè a deviare la potenza prodotta sul carico zavorra) una volta avvenuta la carica completa della batteria (cioè dopo aver raggiunto i 13.8 V) oppure anche a batteria parzialmente carica (es 12.8 V).

Invece ho trovato conferma di quello che temevo: se la batteria è a 12.8 V, il regolatore shunt consente di imporre ai morsetti una tensione massima di 13.8V, facendo si che , proprio a causa della ddp tra batteria e tensione fornita, inizi acircolare corrente.
ma se la turbina accelera, e diciamo a vuoto produrrebbe 18 V, parte della potenza viene deviata sul carico zavorra, sul quale viene in buona sostanza applicato il carico complementare ai 13.8 V che vengono applicati alla batteria, con un bel dispendio di energia.

E' possibile realizzare un regolatore PWM con arduino?

riccardo urciuoli
06-05-2013, 12:25
poco chiaro quanto hai scritto...

Provo a riepilogare e spiegare 2-3 cose.
La pale eroga energia, tu devi gestire quella in eccesso; vedo due modi:
Modo A-devi l'energia in eccesso sul carico in parallelo alla batteria (quello che chiami shunt?). Una cosa analoga si fa con le batterie dei veicoli elettrici sotto carica per equalizzare le celle, se ne parla per esempio qui:
http://www.energeticambiente.it/fiat-seicento-elettra/14752286-gestione-batterie-ccm-bms-cell-log-fai-da-te-12.html
ovviamente tu hai da dissipare molta più energia quindi il tuo shunt è più complesso.
Vantaggi: la pala è 'frenata' e non gira all'impazzata
Svantaggi: calore da smaltire, componenti e circuiti elettrici 'sotto stress'

Modo B - inserici un limitatore di corrente e/o tensione in serie alla batteria; in tal caso raggiunta la tensione stabilita di carica completa non viene assorbita potenza alla pala
Vantaggi: niente calore da smaltire
Svantaggi: la pala girerebbe velocemente, come se fosse in folle

Non so nulla di impianti eolici, magari è un problema ma io preferirei il metodo B: l'energia buttata via a me non piace...

Con Arduino si può fare tutto, il difficile è però in questa applicazioni l'elettronica di potenza, più che il controllo