Circuito del cargador de batería de polímero de litio (Lipo)

La publicación explica una batería simple de polímero de litio (Lipo) con función de corte de sobrecarga. La idea fue solicitada por el Sr. Arun Prashan.

Carga de una sola celda de lipo con CC y CV

Encontré su trabajo sobre 'Circuito cargador de batería de dínamo de bicicleta' en el blog de diseño de circuitos hechos en casa. Fue realmente informativo.

Me gustaría preguntar algo sobre ese artículo. Estoy trabajando en un robot hexagonal con mecanismo de cambio de batería. Una vez que la batería principal supera un voltaje preestablecido, la batería secundaria encenderá el sistema del robot. Mi preocupación no está relacionada con el circuito de conmutación.

Junto con esto, estoy trabajando en la generación de energía conectando un generador a cada motor. La corriente generada está destinada a recargar la batería LiPo de 3 celdas 30C 11,1 V 2200 mAh.

Soy consciente de que el circuito mencionado en 'Circuito del cargador de batería del dínamo de bicicleta' no será útil para mi propósito. ¿Puede darme alguna otra opción relacionada con mi problema? Solo necesito saber cómo modificar el circuito para que sea compatible con LiPo con voltaje constante y corriente constante o tasas CC y CV. Gracias, espero una respuesta.

Saludos,

Arun Prashan

Malasia

El diseño

Una batería de polímero de litio o simplemente una batería lipo es una generación avanzada de la batería de iones de litio más popular, y al igual que su contraparte más antigua, se especifica con estrictos parámetros de carga y descarga.

Sin embargo, si miramos estas especificaciones en detalle, nos parece bastante indulgente en lo que respecta a las tarifas, para ser más precisos, una batería Lipo se puede cargar a una tasa de 5C y descargar incluso a tasas mucho más altas, aquí 'C 'es la clasificación AH de la batería.

Las especificaciones anteriores en realidad nos dan la libertad de usar entradas de corriente mucho más altas sin preocuparnos por una situación de sobrecorriente para la batería, que normalmente es el caso cuando se trata de baterías de plomo-ácido.

Significa que la clasificación de amperaje de la entrada podría ignorarse en la mayoría de los casos, ya que la clasificación no puede exceder la especificación 5 x AH de la batería, en la mayoría de los casos. Habiendo dicho eso, siempre es una idea mejor y segura cargar estos dispositivos críticos con una tasa que puede ser menor que el nivel máximo especificado, un C x 1 podría tomarse como la tasa de carga óptima y más segura.

Dado que aquí estamos interesados ​​en diseñar un circuito de cargador de batería de polímero de litio (Lipo), nos concentraremos más en esto y veremos cómo una batería de lipo puede cargarse de manera segura y, al mismo tiempo, de manera óptima utilizando componentes que podrían estar ya en su caja de basura electrónica.

En referencia al diagrama del circuito del cargador de batería Lipo que se muestra, todo el diseño se puede ver configurado alrededor del IC LM317, que es básicamente un chip regulador de voltaje versátil y tiene todas las características de protección integradas. No permitirá más de 1.5 amperios en sus salidas y garantiza un nivel de amplificador seguro para la batería.

El IC aquí se usa básicamente para configurar el nivel exacto de voltaje de carga requerido para la batería lipo. Esto se puede lograr ajustando el potenciómetro de 10k acompañado o un preajuste.

Diagrama de circuito

La sección en el extremo derecho que incorpora un opamp es la etapa de corte de sobrecarga y asegura que la batería nunca se sobrecargue, y corta el suministro a la batería tan pronto como se alcanza el umbral de sobrecarga.

Operación del circuito

El preajuste de 10 k colocado en el pin 3 del opamp se usa para configurar el nivel de sobrecarga, para una batería de polímero de litio de 3.7 V, esto se puede configurar de manera que la salida del opamp aumente tan pronto como la batería se cargue a 4.2 V (para una sola celda). Dado que un diodo se coloca en el positivo de la batería, la salida del LM 317 debe establecerse en aproximadamente 4,2 + 0,6 = 4,8 V (para una sola celda) para compensar la caída de voltaje directo del diodo acompañado. Para 3 celdas en serie, este valor deberá ajustarse a 4.2 x 3 + 0.6 = 13.2 V

Cuando la energía se enciende por primera vez (esto debe hacerse después de conectar la batería en la posición mostrada), la batería en un estado descargado tira el suministro del LM317 al nivel existente de su nivel de voltaje, supongamos que es de 3.6 V .

La situación anterior mantiene el pin3 del opamp muy por debajo del nivel de voltaje de referencia fijo en el pin2 del IC, creando una lógica baja en el pin6 o la salida del IC.

Ahora, cuando la batería comienza a acumular carga, su nivel de voltaje comienza a aumentar hasta que alcanza la marca de 4.2 V que tira del potencial del pin3 del opamp justo por encima del pin2, lo que obliga a la salida del IC a subir instantáneamente o al nivel de suministro.

Lo anterior hace que el indicador LED encienda el interruptor de encendido del transistor BC547 conectado a través del pin ADJ del LM 317.

Una vez que esto sucede, el pin ADJ del LM 317 se conecta a tierra, lo que lo obliga a apagar su suministro de salida a la batería lipo.

Sin embargo, en este punto, todo el circuito se bloquea en esta posición de corte debido al voltaje de retroalimentación al pin3 del opamp a través de la resistencia de 1K. Esta operación asegura que la batería bajo ninguna circunstancia pueda recibir el voltaje de carga una vez que se alcanza el límite de sobrecarga.

La situación permanece bloqueada hasta que el sistema se apaga y se reinicia para posiblemente iniciar un nuevo ciclo de carga.

Agregar un CC de corriente constante

En el diseño anterior, podemos ver una instalación de control de voltaje constante usando LM338 IC, sin embargo, parece que falta una corriente constante aquí. Para habilitar un CC en este circuito, un pequeño ajuste podría ser suficiente para incluir esta función, como se muestra en la siguiente figura.

Como puede verse, una simple adición de una resistencia limitadora de corriente y un enlace de diodo transforma el diseño en un CC efectivo o un cargador de celda Lipo de corriente constante. Ahora, cuando la salida intenta extraer corriente por encima del límite CC especificado, se desarrolla un potencial calculado a través de Rx, que pasa a través del diodo 1N4148 activando la base BC547, que a su vez conduce y conecta a tierra el pin ADJ del IC LM338, forzando el IC para apagar el suministro al cargador.

Rx se puede calcular con la siguiente fórmula:

Rx = Límite de voltaje directo de BC547 y 1N41448 / Límite máximo de corriente de la batería

Por lo tanto, Rx = 0.6 + 0.6 / Límite máximo de corriente de la batería

Batería Lipo con Celdas Serie 3

En el paquete de baterías de 11,1 V propuesto anteriormente, hay 3 celdas en serie y los polos de la batería se terminan por separado a través de un conector.
Se recomienda cargar las baterías individuales por separado ubicando los polos correctamente desde el conector. El diagrama muestra los detalles básicos del cableado de las celdas con el conector:

ACTUALIZACIÓN: Para lograr una carga automática continua de una batería Lipo de celdas múltiples, puede consultar el siguiente artículo, que puede usarse para cargar todo tipo de baterías Lipo independientemente del número de celdas incluidas en él. El circuito está diseñado para monitorear y transferir automáticamente el voltaje de carga a las celdas que pueden descargarse y deben cargarse:

Circuito del cargador de equilibrio de batería Lipo