Comprender el circuito de carga / protección LiPo

Estoy en el proceso de aprender a diseñar PCB y comprender el diseño electrónico. Para un proyecto, necesito cargar una batería LiPo de 3.7V. También quiero protegerlo de sobrecarga / sobre descarga.

He estado experimentando con placas que usan el TP4056 junto con un IC de protección de batería DW01 y un MOSFET de doble canal FS8205A.

Las hojas de datos están disponibles aquí:

• TP4056
• DW01
• FS8205A

Los módulos preconstruidos son muy baratos; aquí hay un ejemplo en AliExpress :

Parecen funcionar, pero me gustaría saber qué hace realmente el circuito antes de usarlo :)

Solo he encontrado un esquema con estos tres componentes combinados:

Me está costando mucho descubrir si este circuito es correcto. Si entiendo correctamente, el MOSFET de doble canal N es básicamente 2 interruptores en un paquete. Esos dos MOSFET se activan mediante los pines 1 y 3 del DW01, que se describen como:

• DW01 pin 1: pin de conexión de puerta MOSFET para control de descarga
• DW01 pin 3: pin de conexión de puerta MOSFET para control de carga

Entonces, básicamente, los dos MOSFET en el FS8205A están desconectando el flujo a B-, cuando DW01 les dice que lo hagan.

Entiendo que esto funcionaría cuando se active el control de sobredescarga, no fluiría energía de B- a OUT-

Sin embargo, lo que no entiendo es cómo funcionaría esto con la protección de sobrecarga. Cuando se activa, no debería fluir energía del cargador a la batería, sin embargo, el dispositivo que está conectado a OUT + y OUT- aún debería poder funcionar, pero parece que B- no alcanzaría OUT-

Los circuitos de protección suelen ser distintos de los circuitos de carga. Muchos paquetes de baterías están diseñados con la intención de ser cargados por una unidad dedicada que controlará el proceso de carga.

El proceso de carga puede involucrar el balance de celdas, si el paquete contiene una gran cantidad de celdas en serie, generalmente 4+ celdas en serie (4S, 14.4V) nominales requerirán balanceo, 3S y más bajo, también es una buena idea equilibrar para la salud y la longevidad de su batería, pero no necesariamente necesaria. Los circuitos de equilibrio pueden complicarse y generalmente involucran un BMS (sistema de administración de batería) compuesto por un IC dedicado y múltiples mosfets externos. Hay un proyecto en github que busca crear un sistema openBMS . Este podría ser un buen recurso si está buscando más información.

El ciclo de carga de las baterías de iones de litio puede ser bastante complejo, especialmente en el caso de varias celdas en serie, pero generalmente implica 4 pasos básicos:

• Lea el voltaje, si es inferior a un cierto valor (típicamente 2.8V más o menos para las celdas basadas en Li), entonces comience la carga lenta hasta que la celda alcance un nivel de carga seguro, esto evita dañar la celda.
• carga de corriente constante: la celda se carga a una corriente constante, típicamente .5C-1C para carga normal, por ejemplo, para batería de 1000 mAh, carga entre 500 mA y 1000 mA.
• carga de voltaje constante: una vez que la batería alcanza un cierto punto (generalmente alrededor del 60% de la carga total (3.8V más o menos) comienza a cargar en el voltaje final objetivo (4.2V para la vida esperada normal de 1000 ciclos de carga) puede subir, y lo hará le da más duración de la batería, pero reducirá la vida útil de la batería.
• Carga de mantenimiento: la batería tiene una tasa de descarga natural cercana al 8% a 21 ° C por mes, cuando la batería cae por debajo del 10% de la carga completa, recargue al voltaje objetivo utilizando una carga de voltaje constante. Esto es configurable dependiendo de la aplicación.

Notas: hay circuitos integrados que manejarán la mayor parte de esto por usted; de lo contrario, deberá recurrir al diseño de un circuito controlado por MCU con un convertidor de refuerzo / reducción externo o un regulador lineal.

El circuito de protección (PCM) es bastante simple y muchas veces está integrado directamente en las celdas individuales, estas celdas generalmente están etiquetadas: protegidas o no protegidas. El PCM controlará cosas como: voltaje de entrada, corriente de salida, voltaje de celda, temperatura, etc. A menudo los tiempos no son tan robustos y deberían considerarse un último recurso en un sistema crítico. Las alarmas deberían estar sonando si alguna vez se activa el PCM.

Para responder a su pregunta específica: el DW01 está optimizado para favorecer el cargador en caso de sobrecarga, por lo que el cargador permanecería conectado al circuito, desconectando el voltaje necesario, mientras la batería está desconectada, TP4046 parece que está diseñado para manejar hasta 8V y como cargador lineal disipará el exceso de voltaje como calor. Estos circuitos integrados a menudo están protegidos térmicamente y se apagarán automáticamente en caso de exceso de corriente o voltaje. Si hay una sobrecarga, significa que es probable que el circuito esté destruido, por lo que es bueno intentar desconectar la batería en este caso, ya que representaría un riesgo de seguridad significativo.

Además, recuerde que los mosfets contienen diodos internos, por lo que incluso si la protección contra la carga se apagara, la batería aún se conectaría al circuito siempre que el voltaje en el lado de drenaje del mosfet esté por debajo de un cierto voltaje.

Típicamente, la corriente constante inicial ioniza la química de la batería y el ciclo de voltaje agrega el potencial. Si el cargador no tiene suficiente corriente, el ciclo de voltaje puede encontrar una mayor resistencia y, por lo tanto, tratar de empujar más voltaje del que la batería requiere causando problemas. Se supone que el cargador tiene mucha corriente para el ciclo químico inicial en LiPos.