Circuit de carregador de bateries de polímer de liti (Lipo)

El missatge explica una senzilla bateria de polímer de liti (Lipo) amb una funció de tall de sobrecàrrega. La idea va ser sol·licitada pel senyor Arun Prashan.

Carregant una sola cèl·lula lipo amb CC i CV

Em vaig trobar amb el vostre treball sobre 'Circuit de carregador de bateria de dinamo de bicicleta' al bloc de disseny de circuits casolans. Va ser realment informatiu.

M'agradaria preguntar-me sobre aquest article. Estic treballant en un robot hexapedal amb mecanisme de commutació de bateria. Un cop la bateria primària superi la tensió predeterminada, la bateria secundària encendrà el sistema del robot. La meva preocupació no és pel que fa al circuit de commutació.

Juntament amb això, estic treballant en la generació d’energia connectant un generador a cada motor. El corrent generat està pensat per utilitzar-se per recarregar la bateria LiPo de 3 cèl·lules 30C 11.1V 2200mAh de 3 cèl·lules.

Sóc conscient que el circuit esmentat al 'Circuit de carregador de bateria de dinamo de bicicleta' no serà útil per al meu propòsit. Em podeu donar alguna altra opció relacionada amb el meu problema. Només he de saber com modificar el circuit perquè sigui compatible amb LiPo amb tensions i corrents constants o velocitats CC i CV. Gràcies, espero una resposta.

Salutacions,

Arun Prashan

Malàisia

El disseny

Una bateria de polímer de liti o simplement una bateria lipo és una varietat avançada de la bateria de ions de liti més popular i, igual que la seva contrapart més antiga, s’especifica amb uns paràmetres de càrrega i descàrrega estrictes.

Tanmateix, si examinem aquestes especificacions amb detall, trobem que és bastant indulgent pel que fa a les tarifes, per ser més precisos, una bateria Lipo es pot carregar a una velocitat de 5C i descarregar-se fins i tot a taxes molt més altes, aquí 'C 'és la qualificació AH de la bateria.

Les especificacions anteriors ens donen la llibertat d’utilitzar entrades de corrent molt més altes sense preocupar-nos d’una situació de sobrecorrent de la bateria, que normalment passa quan es tracta de bateries de plom àcid.

Vol dir que l’amplificació de l’entrada es pot ignorar en la majoria dels casos, ja que la majoria no poden superar les especificacions de 5 x AH de la bateria, en la majoria dels casos. Dit això, sempre és millor i més segur carregar aquests dispositius crítics amb una velocitat que pot ser inferior al nivell màxim especificat, un C x 1 es podria prendre com la taxa de càrrega òptima i la més segura.

Com que aquí estem interessats en dissenyar un circuit de carregador de bateria de polímer de liti (Lipo), ens concentrarem més en això i veurem com es pot carregar una bateria lipo de manera segura i òptima mitjançant components que ja estiguin asseguts a la vostra escombrera electrònica.

En referència al diagrama del circuit del carregador de bateria Lipo mostrat, es pot veure tot el disseny configurat al voltant de l’IC LM317, que és bàsicament un xip regulador de voltatge versàtil i que té totes les funcions de protecció incorporades. No permetrà més d’1,5 amperes entre les seves sortides i garanteix un nivell d'amplificador segur per a la bateria.

El CI aquí s’utilitza bàsicament per configurar el nivell exacte de voltatge de càrrega requerit per a la bateria lipo. Això es pot aconseguir ajustant el pot de 10k acompanyat o una configuració predeterminada.

Esquema de connexions

La secció a l’extrema dreta que incorpora un opamp és l’etapa de tall de sobrecàrrega i assegura que la bateria no es pugui sobrecarregar mai i talla el subministrament de la bateria tan aviat com s’assoleixi el llindar de sobrecàrrega.

Funcionament del circuit

El valor predefinit de 10 k situat al pin3 de l’opamp s’utilitza per configurar el nivell de sobrecàrrega, per a una bateria de polímer li de 3,7 V, es pot configurar de manera que la sortida de l’opamp augmenti tan bon punt la bateria es carregui a 4,2 V (per a una sola cel·la). Com que un díode se situa al positiu de la bateria, la sortida LM 317 s’ha d’establir a 4,2 + 0,6 = 4,8 V (per a una sola cel·la) per compensar la caiguda de tensió directa del díode acompanyat. Per a 3 cel·les en sèrie, caldrà ajustar aquest valor a 4,2 x 3 + 0,6 = 13,2 V

Quan s’encén l’alimentació per primer cop (s’ha de fer després de connectar la bateria a la posició mostrada), la bateria en estat descarregada fa que el subministrament del LM317 arribi al nivell de voltatge existent, suposem que és de 3,6 V .

La situació anterior manté el pin3 de l'opamp molt per sota del nivell de voltatge de referència fixat al pin2 de l'IC, creant una lògica baixa al pin6 o la sortida de l'IC.

Ara, a mesura que la bateria comença a acumular càrregues, el seu nivell de tensió comença a augmentar fins a arribar a la marca de 4,2 V que treu el potencial pin3 de l’opamp just per sobre del pin2 obligant la sortida de l’IC a augmentar instantàniament o al nivell de subministrament.

L'anterior indica el LED indicador perquè s'encengui el transistor BC547 connectat a través del pin ADJ del LM 317.

Un cop això passa, el pin ADJ del LM 317 es posa a terra obligant-lo a apagar el subministrament de sortida de la bateria lipo.

Tanmateix, en aquest punt, tot el circuit queda bloquejat en aquesta posició de tall a causa del voltatge de retroalimentació al pin3 de l’opamp a través de la resistència 1K. Aquesta operació garanteix que, en cap cas, la bateria pugui rebre la tensió de càrrega un cop assolit el límit de sobrecàrrega.

La situació es manté bloquejada fins que el sistema s’APAGA i es restableix per iniciar possiblement un nou cicle de càrrega.

Afegir un CC de corrent constant

En el disseny anterior, podem veure una instal·lació de control de voltatge constant mitjançant IC LM338, però sembla que falta un corrent constant aquí. Per tal d’habilitar un CC en aquest circuit, pot ser suficient un petit ajust per incloure aquesta característica, tal com es mostra a la figura següent.

Com es pot veure, una simple addició d’una resistència limitadora de corrent i un enllaç de díode transforma el disseny en un carregador de cèl·lules Lipo de CC de corrent constant o eficaç. Ara, quan la sortida intenta treure corrent per sobre del límit CC especificat, es desenvolupa un potencial calculat a través de Rx, que passa a través del díode 1N4148 que desencadena la base BC547, que al seu torn condueix i posa a terra el pin ADJ de l'IC LM338, forçant l'IC per apagar el subministrament al carregador.

Rx es pot calcular amb la fórmula següent:

Rx = límit de tensió directa de BC547 i 1N41448 / límit màxim de corrent de la bateria

Per tant Rx = 0,6 + 0,6 / límit màxim de corrent de la bateria

Bateria Lipo amb cèl·lules de la sèrie 3

A la bateria de 11,1 V proposada anteriorment, hi ha 3 cel·les en sèrie i els pols de la bateria es tanquen per separat mitjançant un connector.
Es recomana carregar les bateries per separat situant els pols correctament del connector. El diagrama mostra els detalls bàsics del cablejat de les cel·les amb el connector:

ACTUALITZACIÓ: Per tal d’aconseguir una càrrega automàtica contínua d’una bateria Lipo de múltiples cèl·lules, podeu consultar l’article següent, que es pot utilitzar per carregar tot tipus de bateries Lipo independentment del nombre de cel·les incloses. El circuit està dissenyat per controlar i transferir automàticament la tensió de càrrega a les cel·les que poden descarregar-se i que cal carregar:

Circuit de carregador d’equilibri de bateries Lipo