¿Cómo hacer una batería equilibrada?

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Estoy haciendo un robot para mi lugar de trabajo en este momento. Empecé con un kit 20servo. Sin embargo, vino con una batería de NiMh de 10.6 voltios y 800 mAh realmente terrible.

Me gustaría hacer un paquete de litio para esto ya que 3 celdas de litio serían perfectas. Uso LiPo para mis aviones modelo personales y sé que están "equilibrados" y usan cargadores especiales que cargan cada celda de forma independiente.

Como esto es para mi lugar de trabajo, no quiero usar LiPo porque son muy volátiles. Estaba pensando en hacer mi batería con 3x RCR123. Me gustaría hacer el paquete para que pueda cargarse con un cargador de equilibrio.

¿Alguíen puede decirme como hacer esto, por favor? Además, ¿puedo usar un cargador de LiPo para Li-Ion o necesito hacer mi propio cargador?

Gracias.

Bob Esponja
fuente
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IIRC Li-Ion no es compatible con Li-Poly desde una perspectiva de carga
vicatcu
Gracias por eso. Pero, ¿puedo hacer un cargador de equilibrio para un paquete de LiIon personalizado?
Bob Esponja
@vicatcu ¿Estás seguro? De todo lo que he leído, se cargan exactamente igual y en muchas hojas de datos de IC del cargador se describe el mismo proceso al cargar Li-Ion y Li-Po.
AndrejaKo
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@Keegan McCarthy En general, hay dos tipos de cargador de equilibrio y ambos requieren que haya una manera de acceder a cada celda individualmente. Un tipo carga las celdas en serie y cada pocos segundos verifica los voltajes. Si una celda tiene un voltaje más alto que otras celdas, se descargará hasta que su voltaje cumpla con el voltaje de otras celdas. El otro tipo de cargador carga cada celda individualmente. Esto debería disminuir las posibilidades de tener células desequilibradas. Utiliza el mismo algoritmo para verificar si una celda está equilibrada y equilibrarla si es necesario.
AndrejaKo
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El primer tipo parece ser un poco más antiguo y a veces se usa con equilibradores dedicados que supervisarán el voltaje independientemente de la carga de la batería. El segundo tipo parece ser un poco más nuevo y el equilibrador está integrado en el cargador.
AndrejaKo

Respuestas:

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Como esto es para mi lugar de trabajo, no quiero usar LiPo porque son muy volátiles.

Las celdas de iones de litio son MÁS susceptibles a eventos de "ventilación con llama" / "humo mágico" que LiPo (polímero de litio), no menos.

Si desea una celda de química basada en litio mucho más segura, use LiFePO4.
(LiFePO4 = Fosfato de litio ferro).
Puede conducir una estaca a través de sus corazones (metálicos o no, en los cruces de caminos y a la medianoche opcional) y no producirán descargas de alta energía. (Probablemente) no funcionarán muy bien a partir de entonces


Me gustaría hacer un paquete de litio para esto, ya que 3 celdas de litio serían perfectas. ... ¿Alguíen puede decirme como hacer esto, por favor? Además, ¿puedo usar un cargador de LiPo para Li-Ion o necesito hacer mi propio cargador?

LiPo y LiIon tienen necesidades de carga similares.
LiPo generalmente permite mayores tasas de carga, pero es esencialmente la misma química.
Un cargador debe "respetar" el voltaje máximo de la batería y la corriente de carga máxima, que generalmente se pueden seleccionar. El voltaje de terminación por celda para LiIon o LiPo generalmente es de 4.2V a 25 grados C. El uso de un voltaje ligeramente más bajo que esto reduce la capacidad pero mejora en gran medida la vida útil del ciclo celular.

Una celda LiPo o de iones de litio proporciona de 3.0 a 4.2 V / celda (descargada a completamente cargada) y las celdas tienen una capacidad nominal de 3.6V o 3.7V A Las celdas LiFePO4 proporcionan una celda de 2.8 a 3.6V y tienen una potencia nominal de 3.2 o 3.3 V . (Es posible bajar, pero hay poca capacidad en la "cola" y su uso reduce la vida útil del ciclo). Una celda NimH produce aproximadamente 1.0 a 1.3 V / celda y tiene una capacidad nominal de 1.2 V

Entonces su paquete NimH de 10.6V = 10.6 / 1.2 = 9 celdas

En todo el rango de carga:

  • 9 x NimH = 9V - 11.7V, 10.8V promedio
  • 3 x LiIon = 9V - 12.6V, 10.8V promedio
  • 3 x LiFePO4 = 8.4V - 10.8V, 9.6V promedio
  • Plomo ácido = 12+ V media

Puede dejar de descargar las células LiFePo4 a algo más de 2.8V para que el rango sea de 9V - 10.8V

Tendrá que determinar qué tan bajo voltaje funcionarán los servos felizmente, pero las celdas LiFePO4 probablemente serán aceptables y son mucho mejores para la seguridad. Dicho esto, ejecutar correctamente LiPo causa razonablemente pocos problemas.
Se podría considerar el uso de 4 x células LiFePO4.

Es posible que desee considerar el uso de una batería de plomo ácido de 12V. Estos son baratos, hay una amplia gama de capacidades disponibles y los cargadores están disponibles.

Puede usar un convertidor elevador de un voltaje más bajo o un convertidor reductor de un voltaje más alto para obtener una buena operación de voltaje constante.


Carga equilibrada

Las celdas LiPo se pueden cargar utilizando "cargadores de equilibrio" fácilmente disponibles o se pueden cargar por separado en paralelo o puede hacer su cargador ganado. Hay disponible una gama de IC de carga equilibrada, por ejemplo, de Digikey .
Un método simple para garantizar el equilibrio es colocar un regulador de pinza en cada celda que desvía la corriente cuando el voltaje alcanza el punto de carga de voltaje constante. Hay varias formas de hacerlo, pero una de ellas se muestra a continuación. Esto es de aquí . Las buenas notas sobre la operación y el ajuste se muestran en esa página.
El IC monitorea el voltaje de la batería y cuando se alcanza un voltaje de disparo, el MOSFET se enciende para derivar la corriente. El IC contiene una referencia de voltaje interno y proporciona histéresis programable para el voltaje de la pinza. El uso de uno de estos circuitos en cada celda permite el uso de un cargador sin equilibrio hasta la capacidad actual de la pinza.

Solo soportes para cinturones negros De hecho, aunque esto no se recomendaría, probablemente podría usar un simple cargador de ácido de plomo de 12 V con una salida de corriente no superior a la capacidad de los circuitos de pinza para cargar 3 x series de iones de células LiIon o LiPo. Esto no proporcionaría algunos de los puntos más finos de la carga de LiIon / LiPo, pero debería funcionar.

Hoja de datos MAX921 . Estos son demasiado caros a $ 4.60 / 1 Digikey.
Se puede obtener el mismo resultado con un TL431 y quizás con algunos transistores. Se puede llegar a un circuito viable si es suficiente interés.

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Russell McMahon
fuente
Gracias por la increíble respuesta! De hecho, consideré las celdas LiFePo (si miras el historial de revisión de la pregunta, verás eso) Realmente amo las LiFePo, incluso hice la batería de mi Jeep con ellas. Pero el voltaje de las celdas simplemente no es compatible con mi robot. El servo no funciona bien con menos de 10.0 voltios. Están controlados por comandos seriales, no por PWM, y por lo que he observado, algo con la comunicación comienza a fallar a bajo voltaje. Sin embargo, no me di cuenta de que LiIon es más peligroso que LiPo. He explotado muchas células LiPo, pero nunca una LiIon.
Bob Esponja
Tal vez solo estoy usando sh * tty LiPo cargadores. Echaré un vistazo para ver si puedo encontrar algún CI de equilibrio que se pueda montar en la placa y eso podría resolver mi problema explosivo de celdas LiPo (y ahorrarme un montón de dinero ... a 9-13 dólares por una buena celda de 1.3 Ah. ..)
Bob Esponja
ebay.com/itm/… ----- hay dos de ellos por 8.4 $
Sponge Bob
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@KeeganMcCarthy - 4 x LiFePO4 + un regulador de voltaje funcionaría bien. La vida útil del ciclo debe ser de 2 x 4 x la de LiIon o LiPo.
Russell McMahon