Universal Battery Charger

Mi proyecto de este mes es un cargador de baterías universal, es decir, carga todo tipo de baterías (NiCd, NiMh, LiPo (o LiPoly), SLA, litio, etc), todo controlado en forma inteligente por el PIC 16F877A para garantizar el cuidado de la vida útil de las baterías y obtener su máxima eficiencia.

Estoy haciendo código fuente, por ahora, les muestro una foto de preview:





Análisis de carga/descarga de baterías NiCd y NiMh

La carga es el proceso de restaurar la capacidad original a una batería descargada. Con el fin de lograr una mayor vida útil, se debe cargar con el método apropiado.

Se usan varios métodos para cargar celdas recargables:

1. Carga de corriente rápida: 1CmA (temperatura de carga rápida: 0 C a 40 C). Para lograr controlar y detener la carga rápida, se recomienda cargar a más de 0.5CmA pero menos de 1CmA. La carga de baterías a más de 1CmA puede causar que se active la ventilación de seguridad por el aumento de la presión interna de las baterías, causando fuga de electrolítos. Cuando la temperatura de las baterías se detecta por un termistor u otro tipo de sensor, y su temperatura está bajo 0 C o sobre los 40 C al comienzo de la carga, se debe realizar una carga flotante, en lugar de una carga rápida. Una carga rápida se debe detener cuando cualquiera de los valores descriptos más abajo alcanza el nivel señalado:

• Control del límite voltaje superior: Aprox. 1.8V/celda. Este método de carga se cambia a flotante si el voltaje de la batería alcanza aproximadamente 1.8V/celda debido a problemas o funcionamiento incorrecto de alguna naturaleza.
• Valor de dV/dt (o corte por delta pico): 5 a 10mV/celda. Cuando el voltaje de la batería cae de su pico un 5 a 10mV/celda durante la carga rápida, está se debe detener, y el método de carga se debe cambiar a flotante.
• Valor de dT/dt (o corte por temperatura): 1 a 2 C/min. Cuando un aumento en la temperatura de batería por unidad de tiempo se detecta en el termistor u otro tipo de sensor de temperatura durante la carga rápida, y el aumento de temperatura es detectado por el sensor, la carga rápida debe detenerse y el método de carga cambiarse a flotante.
• Tiempo límite: 90 minutos.

2. Para cargar baterías excesivamente descargadas, primero aplicar carga flotante para que la corriente fluya, y luego proceder con la carga rápida una vez que el voltaje de la batería se elevó.
Voltaje inicial para carga rápida: Aprox. 0.8V/celda con una corriente de 0.2 ~ 0.3 CmA.

Requisitos:

• Espera inicial: 10 minutos. Esto previene que los circuitos de detección de dV/dt se active por el tiempo especificado al comienzo de la carga rápida. Sin embargo, la detección dT/dt puede estar activa en este periodo. Esto es necesario para baterías que fueron dejadas sin carga durante mucho tiempo o fueron excesivamente descargadas, etc. La espera inicial es necesaria para prevenir que la carga se detenga (para prevenir malos funcionamientos) debido a pseudos -dV/dt.
• Corriente flotante o de mantenimiento: 0.033 a 0.05 CmA. Cuando el flujo de corriente es alto, la temperatura de las baterías aumenta, causando que las características de la batería se deterioren.
• Tiempo de carga rápida: 60 minutos.
• Tiempo total: 10 a 20 horas. Sobrecargar una batería NiXX, aun en carga flotante o de mantenimiento, causa el deterioro en las características de las baterías. Para prevenir la sobrecarga por carga flotante o cualquier otro método, se debe proveer de un temporizador para regular el tiempo total de carga.

Análisis de carga/descarga de baterías SLA (Sealed Lead-Acid) Plomo-Ácido

A diferencia de las baterías NiXX, este tipo de baterías se cargan a voltajes fijos en lugar de corrientes fijas.

Método de carga:
1. Verificar si la batería.
2. Si está bien, iniciar la carga a corriente constante a capacidad/10.
3. Cuando el voltaje alcance 2.55V/celda cambiar a carga por voltaje constante a 2.45V/celda.
4. Si la corriente cae por debajo de capacidad/20 entonces cambiar a carga flotante.
5. Cargar en forma flotante a 2.25V/celda por tiempo indefinido (máximo recomendable 20 horas).

Requisitos:

Una batería SLA no debería descargarse a menos de 1.5V/celda.
Voltaje máximo para baterías SLA es de 3V/celda.

Análisis de carga/descarga de baterías LiPO (litio polímero) y LiIon(ion de litio)

Método de carga:
1. Corriente constante hasta 1C hasta que el voltaje alcance los 4.2V/celda.
2. Voltaje constante a 4.2V/celda hasta que la corriente caiga a la capacidad / 15.
3. Carga flotante a capacidad / 30 por 30 minutos.

Requisitos:
Una batería LiPO no debería descargarse a menos de 2.5V/celda.
Voltaje máximo para baterías LiPO (litio polímero) es de 4.5V/celda.

En base a estas recomendaciones, diseñé el cargador con las siguientes características:

Descripción Valor por defecto

Corriente máxima de carga: 0 a 5A
Corriente máxima de descarga: 440mA ( I = V/R -> I = 12/27 -> I=0.444mA)
Modos: 0:NiMh, 1:SLA, 2:NiCd, 3:LiPo, 4: LiIon
Capacidad de celdas: 3000mAh
Número de celdas: (1 a 19) 6

Carga: (0.1 a 25.5) (10) -> 3000*1.0=3A
Descarga: (0.1 a 25.5) (40) -> 3000*4.0=12A

Espera delta pico: 10 minutos

Corte por bajo voltaje (por celda):
NiCd (0 a 2550) 800mV
NiMh (0 a 2550) 1000mV
LiPo (2500 a 3500) 3000mV
SLA (1500 a 2500) 2000mV

Delta pico (0 a 255):
NiCd 10mV
NiMh 5mV

Voltaje máximo por celda:
NiCd 1680mV
NiMh 1680mV
LiPo (3500 a 4500) 4200mV
SLA (2000 a 3000) 2500mV (2.5V x 6 celdas = 15V - voltaje máximo para SLA de 12V)

Corriente final (% de la corriente de carga inicial, 0 a 255):
LiPo (5%) -> 3000*5/100=150mA
SLA (5%) -> 3000*5/100=150mA

Timeout
NiCd y NiMh 65 min a 1C, 130 min para 0.5C, etc

Tiempo total: 20 h

Universal Battery Charger 0.01



Universal Battery Charger 0.98

La funcionalidad está al 80%

Refactoring...










Software de PC

Carga de batería SLA de 1200mAh de 6 celdas a 0.1C


Carga de batería LiIon (de celular) de 920mAh de 1 celda a 0.3C


Descarga de batería LiIon


Carga de batería NiMH de 2500mAh 2 celdas a 0.5C


29-10-2009 Disponibilidad de PCBs
Están disponibles en la sección de descargas los PCBs del cargador gracias al amigo Emiliano del foro de uControl:








Licencia
Los archivos e imagenes de este sitio se encuentran disponible bajo la licencia Creative Commons (Attribution-Share Alike 3.0 Unported)

Video del cargador funcionando:



* Videos.


Aviso de seguridad
La sobrecarga de baterías Li-Ion y Li-Poli puede llegar a ser explosiva:


Si van a hacer pruebas, por favor, haganlo con baterías NiCd o en su defecto NiMH, y luego pasen a las SLA, al último, con las basadas en Iones de litio

Documentación completa del proyecto

Open publication - Free publishing - More universal

Este es el diseño del PCB del amigo Emiliano del foro uControl (www.ucontrol.com.ar).

Luego de pedirle permiso para su publicación aquí están las fotos de su excelente trabajo:











En el caso del LCD vamos a dar dos versiones, así se adapta a 16x1 o 14x1, en su caso tenía uno de 7x2



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