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Pilhas e baterias Uma pilha ou bateria é um dispositivo que transforma energia química em energia eléctrica. Os termos são usados indistintamente, no entanto, Pilha é constituída por dois únicos eléctrodos, Bateria é um conjunto de pilhas agrupadas em série ou paralelo. A pilha tem três partes: os eléctrodos, o electrólito e o recipiente. - Os eléctrodos são os condutores de corrente da pilha. - O electrólito é a solução que age sobre os eléctrodos. - O recipiente guarda o electrólito e suporta os eléctrodos. Existem dois tipos básicos de pilhas. A pilha primária é uma pilha na qual a reacção química acaba por destruir um dos eléctrodos, normalmente o negativo. A pilha primária não pode ser recarregada. A pilha secundária é uma pilha na qual as acções químicas alteram os eléctrodos e o electrólito. Os eléctrodos e o electrólito podem ser restaurados à sua condição original pela recarga da pilha. Acção Electroquímica é o processo de conversão de energia química em energia eléctrica. - O ânodo é o eléctrodo positivo de uma pilha. - O cátodo é o eléctrodo negativo de uma pilha. Capacidade de uma bateria A capacidade de uma bateria define a sua capacidade energética e é expressa em ampere-hora (1 A·h = 3600 coulombs). Se uma bateria debita um ampere (1 A) de corrente (fluxo) por uma hora, tem uma capacidade de 1 A·h. Se puder fornecer 1 A por 10 horas, sua capacidade é 10 A·h. Associação Baterias A maior parte dos aparelhos que usa pilhas necessita, quase sempre, mais uma pilha. As pilhas podem associar-se em série e paralelo. Nas ligações em série a tensão aumenta, nas ligações em paralelo a bateria pode fornecer maior corrente mas a tensão mantêm-se igual a cada uma delas individualmente.

baterias - principios

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Baterias Tipos, Vantagens e Principios de funcionamento

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Page 1: baterias - principios

Pilhas e baterias

Uma pilha ou bateria é um dispositivo que transforma energia química em energia eléctrica. Os termos são usados indistintamente, no entanto, Pilha é constituída por dois únicos eléctrodos, Bateria é um conjunto de pilhas agrupadas em série ou paralelo. A pilha tem três partes: os eléctrodos, o electrólito e o recipiente.

- Os eléctrodos são os condutores de corrente da pilha.- O electrólito é a solução que age sobre os eléctrodos.- O recipiente guarda o electrólito e suporta os eléctrodos.

Existem dois tipos básicos de pilhas.

A pilha primária é uma pilha na qual a reacção química acaba por destruir um dos eléctrodos, normalmente o negativo. A pilha primária não pode ser recarregada.

A pilha secundária é uma pilha na qual as acções químicas alteram os eléctrodos e o electrólito. Os eléctrodos e o electrólito podem ser restaurados à sua condição original pela recarga da pilha.

Acção Electroquímica é o processo de conversão de energia química em energia eléctrica. - O ânodo é o eléctrodo positivo de uma pilha.- O cátodo é o eléctrodo negativo de uma pilha.

Capacidade de uma bateria

A capacidade de uma bateria define a sua capacidade energética e é expressa em ampere-hora (1 A·h = 3600 coulombs). Se uma bateria debita um ampere (1 A) de corrente (fluxo) por uma hora, tem uma capacidade de 1 A·h. Se puder fornecer 1 A por 10 horas, sua capacidade é 10 A·h.

Associação Baterias

A maior parte dos aparelhos que usa pilhas necessita, quase sempre, mais uma pilha. As pilhas podem associar-se em série e paralelo. Nas ligações em série a tensão aumenta, nas ligações em paralelo a bateria pode fornecer maior corrente mas a tensão mantêm-se igual a cada uma delas individualmente.

Baterias Alcalinas

As pilhas alcalinas são as usadas normalmente em lanternas, rádios, etc...

Vantagens: custo baixo, são vulgares podem-se encontrar com facilidade em qualquer lugar, durabilidade e potencia elevada para seu tamanho/peso.

Desvantagens: a grande maioria dos modelos comercializados não pode ser recarregada e geralmente é necessária a utilização de suportes para utilização nos diversos dispositivos.

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Baterias de Chumbo

As Baterias chumbo-ácido foram inventadas no Séc. XIX, tem como componentes básicos o chumbo ou óxido de chumbo e o ácido sulfúrico.

Vantagens: custo relativamente baixo, resistência a grandes variações de temperatura e grande durabilidade.

Desvantagens: pesada, demora bastante tempo a ser carregada, descarrega-se rapidamente, sofre uma diminuição (pequena, mas constante) de voltagem durante sua utilização e não pode ser recarregada totalmente com tanta frequência como os outros tipos. A sua melhor utilização é esporádica, uma vez que este tipo de bateria é desenhado para ser constantemente carregada e eventualmente descarregada (ex.: é o tipo utilizado em automóveis, sendo carregada com o motor em funcionamento e descarrega nos arrancas ou no funcionamento de dispositivos com o veiculo desligado).

Bateria de Lítio

A pilha de Lítio popularizou-se com o aparecimento de micro circuitos electrónicos utilizados em relógios, jogos, etc...

Vantagens: destaca-se entre os demais tipos por descarregar-se muito lentamente quando armazenada carregada (em média 10% ao mês), e pelo tempo de recarga baixo. Entre todos os outros tipos, são as mais leves. Oferecem cerca do dobro da capacidade de uma bateria do tipo NiMH com o mesmo tamanho. O tempo de recarga também é o mais rápido quando comparado aos demais tipos.

Desvantagens: custo elevado.

Bateria Níquel-cádmio (NiCd)

A bateria de níquel-cádmio (NiCd) foi inventada no Séc.XX.

Vantagens: potencial energético maior do que o da de chumbo-ácido, o que faz com que seja de 20 a 50% mais leve, proporcionando um tempo de utilização superior para o mesmo peso. Não sofre queda de voltagem durante a utilização.

Desvantagens: custo mais alto do que o da de chumbo-ácido, é muito tóxica para o meio ambiente (devido ao cádmio). Além disto, este tipo de bateria sofre mais com extremos de temperatura, descarregando-se muito rapidamente em temperaturas muito baixas e não se carregando totalmente em temperaturas muito elevadas.

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Bateria de Níquel Hidreto Metálico (NiMH)

A bateria de níquel-metal-hidreto (NiMH) possui algumas vantagens em relação aos outros tipos: resiste a um número maior de cargas/descargas na sua vida útil do que as de NiCad, possuindo um potencial energético ligeiramente superior (20% em média); ainda em comparação com as de NiCd, possui custo apenas ligeiramente superior, tempo de recarga inferior e maior resistência a variações de temperatura. Tem praticamente o mesmo peso que as de NiCd. Ambientalmente é mais amigável do que a de NiCD.

Desvantagem: custo superior ao das de níquel-cádmio.

Bateria de Zinco Ar

As pilhas de zinco-ar são a mais recente tecnologia desenvolvida para o armazenamento de energia. Este tipo de bateria funciona extraindo o oxigénio existente no ar para reagir com o zinco e produzir electricidade. Seu princípio de funcionamento é semelhante ao das baterias alcalinas, que também possui zinco no seu interior reagindo com o oxigénio para produzir energia. Porém, nestas baterias o oxigénio é fornecido por um componente interno (dióxido de manganês), nas baterias do tipo zinco-ar , o oxigénio vem da atmosfera, a bateria tem várias aberturas.

Existem dois tipos de baterias zinco-ar: as que podem ser recarregadas e as descartáveis. Baterias deste tipo recarregáveis (onde células de zinco são substituídas) são utilizadas em aplicações como veículos eléctricos movidos a bateria. A grande vantagem deste tipo de bateria é sua durabilidade (tempo de descarga), muito maior do que a dos outros tipos até hoje existentes.

Baterias de Gel

As baterias de gel substituem as baterias de chumbo permitindo uma vida útil mais prolongada. Basicamente não têm evaporação electrolítica e suas consequências, como acontece com as baterias ácidas. Existem baterias de reduzidas dimensões especialmente concebidas para aplicações RFID.

Vantagens - Não têm evaporação electrolítica, maior resistência a temperatura elevadas, choque e vibração.

Desvantagens - Preço mais elevado do que as baterias de chumbo.

Métodos de Carga Baterias

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Baterias e pilhas recarregáveis necessitam de carga, existem vários métodos para carregar uma bateria

Tensão Constante:

Também conhecido como carga em "flutuação", este método aplica uma tensão constante nos pólos da bateria. A corrente de carga será determinada pelas características eléctricas e químicas da bateria em carga. Isso não é recomendável uma vez que se a bateria estiver com suas grelhas internas em curto circuito a corrente circulante pelo sistema será elevadissima. Esse método tem um inconveniente que é o elevado tempo de carga, uma vez que quando mais energia a bateria absorve, menor é a corrente de carga aplicada.

Tensão Constante-Limite Corrente:

Método semelhante ao anterior mas com a protecção de sobre-carga evitando assim problemas de correntes elevadas no sistemaCorrente Constante seguido de Tensão Constante:

A bateria é carregada com uma corrente constante até que atinja a sua tensão de flutuação (aprox:10% acima da tensão nominal ), ao que após, o carregador passa a actuar no modo de tensão constante, evitando assim sobrecarga e mesmo a auto-descarga.

Corrente Constante p/ Tempo Definido:

Este tipo de carga aplica uma corrente controlada constante pela bateria por um período determinado limitando o tempo de cargaCorrente Constante seguido de Tensão Corrigida:

A corrente é constante durante a carga até que a bateria atinja sua tensão de carga (20% acima da sua tensão nominal ) então, o carregador comuta para a tensão de flutuação mantendo a bateria neste estado indefinidamente.

Corrente Constante seguido de Tensão Corrigida e Queda de Corrente:

Idêntico ao anterior, a diferença é que quando atinge a tensão de carga, espera até que a corrente da bateria caia abaixo de 1% da sua capacidade nominal para que então comute para a tensão de flutuação, o que garante uma carga mais eficiente. É o método que melhor carrega a bateria, sem nenhum risco de dano.

Delta de Tensão Zero ou Negativo:

Aplica-se uma corrente constante pela bateria de forma a que sua tensão vá subindo (absorvendo energia) ate um ponto em que a subida de tensão termina. Neste ponto, em que a tensão parou de subir, termina-se a carga sob a condição de Delta V Zero. Em alguns tipos de bateria, após o ponto de delta de tensão zero, a tensão começa a cair produzindo uma variação de tensão para baixo, caracterizando o termino por Delta V Negativo.

Temperatura Máxima:

A corrente de carga é bastante elevada, limitada apenas pela temperatura da bateria. Necessita de refrigeração para que se mantenha a temperatura da bateria sempre constante no seu limite máximo

Esquemas Carregadores de Baterias

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Carregador de Baterias Alcalinas

Carregador baterias alcalinas, ajustes e funcionamento

Este circuito foi especificamente concebido para recarregar pilhas alcalinas. A invulgar ligação do transístor em cada unidade de carga fará com que oscile, em off e on, e assim transferir a carga acumulada no condensador de cada célula. O led laranja piscará de 5 vezes por segundo para uma célula 1.37V. Para uma célula totalmente descarregada pisca mais rapidamente mas a frequência vai diminuir até que a célula fica com carga completa. Pode deixar a pilha no carregador, uma vez que a tensão se irá manter em 1.6V. Para definir a voltagem correcta tem que ligar de novo, células não utilizadas células e ajustar o potenciómetro até oscilações. Deve-se usar apenas os transístores especificados, LED cores (pode alterar as cores), zener tensão e potência porque irá definir o final tensão em toda a célula. Dois terminais de carga de 9V também estão incluídos no circuito : vai cobrar até cerca de 9.3V e, em seguida, mantendo-o em carga: o LED verde será desligado quando a tensão da bateria estiver próxima da tensão final de carga completa.

Carregador baterias ácidas

Este carregador carrega rapidamente a maior parte das baterias de chumbo. O carregador debita corrente completa até aos 150mA e imediatamente após, uma voltagem inferior é enviada até a carga estar completa. Quando a bateria fica com carga completa um led acende e pisca assinalando que a bateria está carregada.

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Ref Qt. Desc. Equiv.

R1 1 500 Ohm 1/4 W resistência

R2 1 3K 1/4 W resistência

R3 1 1K 1/4 W resistência

R4 1 15 Ohm 1/4 W resistência

R5 1 230 Ohm 1/4 W resistência

R6 1 15K 1/4 W resistência

R7 1 0.2 Ohm 10 W resistência

C1 1 0.1uF 25V Condensador Cerâmico

C2 1 1uF 25V Condensador Electrolítico

C3 1 1000pF 25V Condensador Cerâmico

D1 1 1N457 Diode

Q1 1 2N2905 PNP Transístor

U1 1 LM350 Regulador

U2 1 LM301A Op Amp

S1 1 Botão de pressão normalmente aberto

vários 1 Fios, Placa, Ferro de soldar U1, Caixa

1. O circuito foi desenhado para ser operado através de uma fonte de alimentação de CC, isso implica não ter transformador, rectificadores ou filtros no esquema. Não existe nenhuma razão para que não os possa adicionar.

2. É necessário um dissipador para o U1.

3. Para usar o circuito ligue a uma fonte de alimentação, posteriormente ligue a bateria com necessidade de carga aos terminais; Após o que necessita pressionar o S1 (start), e esperar que o circuito carregue a bateria

4. Se pretende utilizar o circuito sem fonte de alimentação efectue a montagem seguinte e pode então ligar o carregador directamente aos 220V.

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Ref. Qt. Desc. Equiv.

C1 1 6800uF 25V Condensador Electrolítico

T1 1 3A 15V Transformador

BR1 1 5A 50V Ponte Rectificador 10A 50V Ponte Rectificador

S1 1 5A SPST Interruptor

F1 1 4A 250V Fusível

Carregador de Baterias Automático

Carregador automático de baterias, este carregador permite carregar baterias ácidas, a bateria ao ter a carga máxima o led acende e o carregador desliga-se.

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Carregador de bateria NiCAD

Este é um circuito alimentado por corrente alterna, projectado para carregar baterias NiCAD.

Pode debitar 1 ampere e pode ser modificado para suportar correntes superiores alterando o Q1.

Este circuito usa corrente alterna de 220V, use precauções adicionais durante a montagem e teste.

As baterias de NiCAD têm especificações de capacidade em miliampere-hora. Este valor chamado “C” é uma medida da corrente total que podem fornecer numa hora. Os Miliampere-hora são outra forma de expressar a energia na bateria.

Para recarregar uma bateria NiCAD é comum enviar uma corrente de carga de 0,1C no ânodo ou no terminal positivo durante aproximadamente 12 Horas. Eventualmente se possuir uma pilha tamanho-D NiCAD com uma capacidade de 4000mAh, teria de carregar com um débito de 400mA durante aproximadamente 12 horas. Esta técnica de carga das baterias faz com que as baterias tenham uma longevidade superior em relação a cargas rápidas

Circuito:A corrente de saída deste dispositivo é controlada pela soma do díodo da referência do bandgap e pela junção do emissor de base do transístor PNP. O transístor PNP fornece potencial negativo à porta do MOSFET. Como se pode notar no diagrama esquemático, as baterias em carga podem ter um total de 12V que é equivalente a aproximadamente 8 NiCAD em série. A corrente de saída é determinada pelo valor de R1 que é determinado por:

R1=3.2Volts/IoutA dissipação de R1 será:

Pr1=3.2Volts*Iout

Tenha atenção para fornecer dissipação de calor suficiente ao Q1 e escolher uma resistência apropriada para R1. A tabela seguinte define algumas das combinações possiveis para a resistência R1.

Iout Valor do resistor Potência do resistor

100mA 33 ohms 1 watt

500mA 6.2 ohms 2 watts

1Amp 3.3 ohms 5 watts

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Carregador de baterias Nicad 2,4V-4,8V-9,6V

Carregador baterias Nicad utilizando o LM317 para baterias 2.4V-4.8V-9.6V

Carregador de bateria NICD, NIMH

Controlo temperatura corrente constante

Este circuito é de um carregador controlado por temperatura com corrente de carga constante. Funciona com NICAD, NIMH, e outras pilhas recarregáveis. O circuito funciona com base no princípio de que a maioria das baterias recarregáveis aumentam a sua temperatura, quando as células ficam totalmente carregadas. As sobrecargas são uma das principais causas da curta vida das células, células demasiado quentes rebentam com os selos internos e vertem electrólito.

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Carregador de Baterias 12 V

Este carregador de baterias carrega qualquer bateria de 12V é totalmente automático e fornece uma carga de 4A até a voltagem da bateria ficar com carregada fornecendo posteriormente uma corrente muito reduzida. Se a bateria perder a carga o carregador reactiva-se novamente até estar novamente com a carga completa, desta forma a bateria pode estar ligada de forma permanente ao carregador mantendo a carga completa sem se danificar. Um LED acende indicando carga completa para a bateria.

Referência Qt. Descr. Equivalências

R1, R3 2 330 Ohm 1/4W resistência

R2 1 100 Ohm 1/4W Pot

R4, R5, R7, R8 4 82 Ohm 2W resistência

R6 1 100 Ohm 1/4W resistência

R9 1 1K 1/4W resistência

C1 1 220uF 25V Electrolytic Capacitor

D1 1 P600 díodo Diodo 50V 5A ou superior

D2 1 1N4004 díodo 1N4002, 1N4007

D3 1 5.6V Zener díodo

D4 1 LED (Red, Green or Yellow)

Q1 1 BT136 TRIAC

Q2 1 BRX49 SCR

T1 1 12V 4A Transformador Ver Notas

F1 1 3A Fusível

S1 1 SPST Switch, 220VAC 5A

Diversos 1 Dissipador para U1, Caixa, Cabo c/ crocodilos para os bornes da bateria, Suporte para Fusiv

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NOTAS:

Este carregador de baterias carrega qualquer bateria de 12V é totalmente automático e fornece uma carga de 4A até a voltagem da bateria ficar com carregada fornecendo posteriormente uma corrente muito reduzida. Se a bateria perder a carga o carregador reactiva-se novamente até estar novamente com a carga completa, desta forma a bateria pode estar ligada de forma permanente ao carregador mantendo a carga completa sem se danificar. Um LED acende indicando carga completa para a bateria.

R2 tem de ser ajustada de modo a fornecer uma voltagem de saída correcta. A maior parte das baterias tem uma tensão de 13,8 V as baterias AGM ou Gel podem ter uma tensão entre 14,5v e 14,9V. Para ajustar o Carregador, coloque o potenciómetro a meio, ligue a bateria à saída, verifique a tensão com um voltímetro até o valor chegar ao valor normal para a bateria ajuste então até o LED apagar. O carregador está ajustado após estes procedimentos. para carregar baterias com diferentes tensões pode substituir a R2 por resistências ajustáveis e um interruptor com várias posições.

Q1 necessita de dissipação. Se o circuito for montado numa caixa de dimensões reduzidas é preferível colocar uma ventoinha de dissipação e pode ser ligada directamente na saída do D1T1 é um transformador com uma voltagem no primário de 120V ou 220V depende da sua zona, e um secundário de 12V. Usar um transformador com um secundário maior (16V-18V) permite carregar baterias de 16V usadas alguma vezes em competições desportivas.ATENÇÃO - Se o circuito está desligado, a bateria deve ser desligada do circuito, de outra forma a carga da bateria escoa-se lentamente pelo circuito do carregador.

Monitor Bateria com Leds

Ref. Componentes

U1 LM3914 IC

R1 100k ohm potenciometro

R2 1k ohm resistor

LED1-10 LEDs

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Carregador de baterias NiCad com Energia Solar

Carregador Baterias Solar

Carregador Baterias AA a Energia Solar

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Carregador NiCd - NiMh

Carregador Baterias com Controlo CorrenteCarregador de baterias 12V com L200 e 741

R10 ajusta a carga para a bateria. Um amperímetro pode ser usado para regular a carga, 1/10 do valor da bateria.

Componentes Ref./Valor Tipo

R1 220R Resistor

R2 15K Resistor

R3 1R 1/2W Resistor

R4 47K Resistor

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R5 220R Resistor

R6 100K Resistor

R7 1K Resistor

R8 470R Resistor

R9 470R Resistor

R10 100K Adjust. Resistor

C1 2200uF 25V Electrolytic Capacitor

IC1 L200 Voltage Regulator w/ Heatsink

IC2 LM741 or TL081 Ampop IC

D1 1N4004 1A 400V diode

D2 1N4148 Diode

D3 LED Green Led

D4 LED Red Led

D5 Rectifier Bridge 1A 4 x Rectifier Diodes 1A

BZ BUZZER Opcional

T1 AC-AC Transformer 220 or 110 AC to 15V AC 10VA

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Carregador Rápido para Baterias de Carro

Verifique que o relé utilizado suporta a corrente para a bateria, após carga completa o relé RL desliga o circuito.

Carregador Baterias Ácidas

- Ajustar corrente de carga no POT de 1K, a corrente de carga para a bateria deve ser 1/10 do valor da sua carga (1/10)*Ah valor da bateria.- O pino 3 do LM317 deve ter no mínimo 15V para que forneça 12 V à bateria .- Use dissipador no LM317.

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Carregador Bateria Moto

Carregador Baterias NiCadCarregador NiCad 15mA e 45mA

Este Carregador NiCad utiliza um transístor com uma fonte constante. A tensão entre 2 díodos 1N4148 díodos polariza a base do transístor BD140 de média potência.

A tensão base-emissor do transístor e a queda de tensão nos díodos são relativamente estáveis. O consumo é de aproximadamente 15mA ou 45mA com o interruptor fechado. Estes parâmetros ajustam-se à maior parte das baterias NiCad de (1,5 V e 9V).

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Carregador Automático Baterias 12V

O carregador pode funcionar com baterisd e 12 V ácidas, gel, AGM. Um LED indica quando a bateria fica com a carga completa.

Componentes

C1 - 220uF 25V Electrolitico Capacitor D1 - P600 Diodo - igual ou superior a 50V 5A D2 - 1N4004 Diodo D3 - 5.6V Zener DiodoD4 - LEDR1,R3 - 330 Ohm 1/4W Resistor R2 - 100 Ohm 1/4W Pot R4, R5 -82 Ohm 2W ResistorR7, R8 -82 Ohm 2W Resistor R6 - 100 Ohm 1/4W Resistor R9 - 1K 1/4W Resistor Q1 - BT136 TRIAC (Necessita dissipador)Q2 - BRX49 SCR T1 - 12V, 4A Transformador F1 - 3A Fusível S1 - ON-OFF interruptor, > 5A a 110 ou 220V

Se o circuito funcionar no interior de uma caixa deverá ser utilizado um ventilador.

O carregador é totalmente automático e fornece aproximadamente 4 amperes de carga para a bateria. Uma vez que desliga automaticamente, pode ficar ligado em carga indefinidamente à bateria, no entanto, se o carregador estiver desligado ligado à bateria a carga perde-se lentamente pelo carregador, não deixe uma bateria ligada com o carregador desligado.

Ajustes:

R2 ajusta a tensão de carga apropriada para determinada bateria. baterias de gel e ácidas carregam a 13,8V por outro lado algumas baterias AGM ou GEL usam 14,5 ou 14,9. Para ajustar, ligue o carregador e a bateria, coloque R2 na posição intermédia, ligue o interruptor de carga. verifique a carga com um voltímetro até que a bateria fique com a carga completa, ajuste o potenciómetro R2 até o LED piscar. O carregador encontra-se ajustado..