APERFEIÇOAMENTO DE UMA PLATAFORMA DE TESTE DE
BATERIAS
Sandy Miranda, Guilherme Fabrin Franco e Luis Fernando Sauthier
Bolsistas de Iniciação Científica do Grupo de Automação Industrial e Controle – GAIC
Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ
[email protected], [email protected] e [email protected]
Paulo Sérgio Sausen e Mauricio de Campos
Pesquisadores do Grupo de Automação Industrial e Controle – GAIC
Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ
[email protected] e [email protected]
Resumo. O objetivo desse artigo é
apresentar o aperfeiçoamento de uma
plataforma de testes de descarga de
baterias, dedicada à predição do tempo de
vida de baterias de dispositivos móveis. A
plataforma
possibilita
a
descarga
simultânea de até quatro baterias, de forma
controlada. Além de contar com um sistema
que armazena todos os dados referentes às
descargas em um banco de dados,
disponibilizando informações do estágio das
descargas de forma remota. Ainda, a fim de
reduzir o desvio padrão causado em
descargas em baixa corrente, alguns ajustes
no mecanismo de controle foram realizados.
Possibilitando uma melhora na precisão dos
dados obtidos, e consequentemente maior
confiabilidade na máquina.
Palavras-chave: Baterias, Plataforma de
Teste, Sistema WEB.
1.
INTRODUÇÃO
Os atuais dispositivos móveis são
capazes de realizar inúmeras tarefas. A
crescente procura por comodidade e
mobilidade, resulta na evolução destes
dispositivos, no que diz respeito à
miniaturização e aumento da capacidade de
processamento. Para que o dispositivo
funcione de forma adequada, é preciso que
este tenha uma fonte de energia, que
prolongue sua utilização pelo maior tempo
possível. Atualmente, os dispositivos que
são lançados no mercado, possuem uma
fonte de energia, no caso uma bateria, que
não podem ser facilmente removidas dos
aparelhos para ser recarregada. Em
decorrência disto, novos estudos que
possibilitam a maximização do tempo de
vida das baterias passam a ser necessários
para o correto desenvolvimento dos novos
dispositivos. Muito destes estudos utilizam
modelos matemáticos, predizendo de vida
das baterias, e consequentemente dos
dispositivos por elas alimentados. Assim, é
necessário um conjunto considerado de
experimentos práticos, para validar estes
modelos matemáticos, e comprovar sua
eficiência na previsão do tempo de vida de
uma bateria (SCHNEIDER, 2011).
Neste contexto, em um projeto anterior
de Iniciação Cientifica (NONEMACHER,
MINELLI e
SAUSEN,
2010) foi
desenvolvida uma plataforma de testes que
realiza, de forma controlada, a descarga de
baterias simultaneamente. O objetivo desta
plataforma é automatizar todo o processo de
descarga de baterias, adicionando agilidade e
confiabilidade aos experimentos. Além de
garantir uma vasta gama de informações,
através da aquisição dos dados referentes à
descarga.
Para o aperfeiçoamento da plataforma,
foi desenvolvida uma nova versão, com o
intuito de adequar o mecanismo de controle ,
solucionando problemas de precisão que
surgiram no sistema anterior, e para
aumentar a quantidade de baterias
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suportadas no hardware. Além disso, foi
desenvolvida a interface WEB para a
plataforma, possibilitando o monitoramento
via intranet/internet das simulações.
DESENVOLVIMENTO
Nesta secção será apresentado o
aperfeiçoamento da plataforma de testes,
além do desenvolvimento de um sistema
WEB, que possibilita a visualização da
interface remotamente.
2.1 Plataforma de Testes de Baterias
A plataforma compreende dois sistemas.
O primeiro sistema é a placa, onde estão
dispostos os componentes, da parte de
potência e de aquisição, e o segundo sistema
é composto por um computador, que realiza
a averiguação dos dados lidos pelos sensores
da placa, e então os interpreta.
Primeira versão da Plataforma de Testes
A primeira versão da plataforma possuía
apenas dois canais, ou seja, era possível
realizar apenas a descarga de duas baterias,
simultaneamente, suportando a corrente de
no máximo 1A. Na Figura 1 é apresentada a
plataforma desenvolvida (NONEMACHER,
MINELLI, SAUSEN; 2010). No quadro 1,
da Figura 1 compreende-se a parte de
potência, composto pelos MOSFETS, e pelo
sensor de corrente, além dos resistores de
potência que servem como uma carga à
bateria. No quadro 2, há o sistema de
controle composto pelo dsPIC30F4013, além
do sistema de comunicação RS232 que
comunicam-se com o computador. E nos
quadros 3 e 4, são apresentadas as baterias
em processo de descarga.
Figura 1 – 1ª Versão da Plataforma
Após séries de experimentos realizados,
foi detectado problemas de precisão. Ou
seja, para um perfil selecionado de 150mA, a
descarga era realizada em 164mA. Em
decorrência deste problema, e com a
necessidade de aumentar o número de
canais, para descarregar um maior número
de baterias simultaneamente, a plataforma
foi totalmente remodelada.
Segunda versão da Plataforma de Testes.
A segunda e atual versão da plataforma,
conta com uma metodologia mais avançada,
em comparação à anterior. O componente
principal do sistema é constituído por um kit
DSP (Digital Signal Processor), da
Spectrum Digital, com o microcontrolador
DSP, da Texas Instruments, modelo
TMS320F28335. Esse DSP possui como
principais características: Clock de máquina
de 150MHz, memória FLASH, conversor
analógico-digital com resolução de 12 bits,
etc.
Na Figura 2 é apresentada a versão atual
da plataforma de testes, juntamente com sua
interface gráfica, mostrada no computador.
O número de canais foi duplicado, ou seja, o
sistema possui quatro canais, assim, é
possível realizar a descarga de quatro
baterias
simultaneamente,
de
forma
controlada,
suportando
correntes
de
descargas de até 4A.
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Interface gráfica.
Figura 2 – Atual versão da Plataforma
Para resolver o problema de precisão,
optou-se pelo ajuste dos ganhos do
controlador PID (proportional-integralderivative), de cada perfil individualmente.
O controle PID é uma técnica de controle de
processos que une as ações derivativas,
integral e proporcional, fazendo assim com
que o sinal do erro seja minimizado
(OGATA, K. 2010).
Através do controlador PID, foi obtida a
diminuição do overshoot (surge quando a
variável de processo ultrapassa o valor
final), que é causado em descargas de baixa
corrente. Após o ajuste, o overshoot em
baixas correntes foi praticamente inexistente
(Fig. 3).
Além dos ajustes de precisão, foi
reconstruída totalmente a interface gráfica do
sistema de descarga, assim, as informações
referentes às descargas das baterias, são
apresentadas de forma instantânea na tela,
conforme pode-se verificar na Figura 4. As
informações das baterias, como corrente,
tensão, temperatura, número de amostras e
duração das baterias são armazenadas em
uma base de dados para serem consultadas
posteriormente. O software também é
responsável, pelo cadastro da descarga no
banco de dados, e pela manutenção dos
perfis de descarga, que podem ser do tipo
constante ou variável. Para adquirir os
parâmetros de entrada do sistema, a interface
foi aprimorada, visando facilitar a seleção do
perfil de descarga.
Figura 4 – Interface da Plataforma
2.2 Sistema WEB
Figura 3 - Descarga de uma bateria sem overshoot
Para o ajuste do controlador utilizou-se
a ferramenta SIMULINK, um simulador
vinculado
à
ferramenta
matemática
MATLAB. A planta do controlador é
implementada no simulador, e os ajustes dos
ganhos podem ser realizados com o auxilio
da interface gráfica, ou seja, a forma de onda
obtida ao final da simulação serve de base
para um reajuste no controlador.
Após a reconstrução da plataforma,
sentiu-se a necessidade de ampliar o sistema
de forma, a possibilitar a visualização desta
interface em tempo real, a partir de uma
pagina WEB. Desta forma, foi desenvolvido,
um sistema WEB, para armazenar os dados
gerados da plataforma, sendo possível
acompanhar, remotamente, o funcionamento
da mesma, e realizar operações remotas na
plataforma.
O Sistema Web do monitoramento
funciona a partir da utilização de qualquer
navegador com acesso a Internet.
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Para sua criação, além do
computador que gerencia a plataforma, foi
necessário utilizar-se de um servidor de
página de internet. Visto que já existiam
recursos disponíveis e serviços de
hospedagem instalados e configurados,
assim como um banco de dados, no servidor
do Grupo de Automação e Controle (GAIC)
a alternativa mostrou-se eficiente e com
baixo custo uma vez que não existe a
necessidade de disponibilizar um novo
hardware que ficaria dedicado apenas ao
sistema da plataforma de teste.
O sistema WEB apresentado na Fig.
5 está operacional e pode ser acessado a
partir da página do grupo de Pesquisa GAIC
em: http://gaic.unijui.edu.br/testbed.php.
desenvolvida a partir de vários projetos de
Iniciação
Cientifica.
A
plataforma
apresentava um erro elevado, quando
operava em baixas descargas, para contornar
este problema, foi realizado um ajuste no
projeto do controlador, e uma série de
simulações para comprovar que o ajuste
resolveu o problema.
Outra contribuição ao presente
projeto de pesquisa, foi a adição de um
sistema Web a plataforma de teste, que
possibilita sua operação/acompanhamento de
forma remota. Para desenvolver esta etapa
do projeto, foi necessário desenvolver todo
um novo servidor, e uma base de dados para
contemplar o acesso remoto aos dados de
simulação. Nesta versão do sistema Web
ainda não é possível atuar no sistema, ou
seja, reconfigurar os parâmetros ou mesmo
iniciar uma nova simulação. Estas ações
devem ser incorporadas ao sistema em uma
nova versão, que será objeto de trabalhos
futuros.
Agradecimentos
Figura 5 – Sistema WEB
Para o desenvolvimento da página
apresentada na Fig. 5 foi utilizada a
linguagem HTML (Hiper Text Mark-up
Language) que é a linguagem que os
navegadores conseguem interpretar, na parte
do servidor as rotinas de pesquisa em banco
de dados, referente ao PostgreSQL, foram
escritas em PHP visando a segurança desses
dados.
O programa de descargas da bateria
deteve-se em acessar o banco de dados, criar
um perfil com um identificador e fazer as
inserções das informações da descarga e a
página WEB em buscar esses dados.
3. CONSIDERAÇÕES FINAIS
O principal objetivo deste artigo foi
melhorar a plataforma de teste de baterias,
Os autores agradecem ao apoio financeiro
concedido pela Fundação de Amparo à
Pesquisa do Estado do Rio Grande do Sul
(FAPERGS) a partir do Edital Jovem
Pesquisador Gaúcho e pela Bolsa de
Iniciação Científica.
REFERÊNCIAS
NONEMACHER, H. B.; MINELLI, L.;
SAUSEN, P. S. Desenvolvimento de um
Testebed para avaliação de modelos
matemáticos utilizados na predição do tempo
de vida das baterias. Congresso Regional de
Iniciação Cientifica e Tecnológica em
Engenharia – CRICTE, Rio Grande, 2010.
OGATA, K. Engenharia de Controle
Moderno. 5ª. ed. São Paulo: Pearson, 2010.
SCHNEIDER, K.. Modelos Analíticos na
Predição do Tempo de Vida de Baterias.
UNIJUÍ. Ijuí, p. 72. 2011.
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