Integrando a bateria e o carregador de bateria ao meu projeto - nunca quero remover as baterias deste dispositivo para carregar, como faço isso?


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(Eu costumava projetar e construir eletrônicos - HiFi, automação, sistemas digitais, incluindo controladores baseados em CPU - para que eu tenha um bom entendimento do básico. Acabei de deixar de me envolver no campo há cerca de 15 anos, então meu conhecimento do que está disponível atualmente em termos de componentes é bastante nebuloso.)

O dispositivo é um controlador para um instrumento científico. Remover as baterias para carregar de vez em quando será complicado. Além disso, eu quero uma transição perfeita entre as baterias e a CA (bem, não a CA propriamente dita, mas a CC externa em uma voltagem mais alta).

A bateria precisa ser de 12 V ou um pouco maior. Em termos de quanta energia ele precisa armazenar, algo como uma pequena bateria de laptop deve ser suficiente.

Então, basicamente, eu preciso integrar o circuito de carregamento da bateria ao dispositivo. A bateria não será (facilmente) removível. O dispositivo fornecerá uma porta para uma fonte DC externa para carregamento. A alternância entre a bateria interna e a CC externa deve ser contínua. Ele deve lidar automaticamente com todos os afazeres relacionados ao carregamento da bateria (regular a corrente, parar de carregar quando estiver totalmente carregado, parar o dispositivo quando estiver totalmente descarregado e não houver CC externo, etc.). Indicando o nível atual de cobrança seria bom.

Alguma sugestão?

Tenho certeza de que poderia usar uma bateria de laptop real para esse fim, apenas não sei como conectá-la.

Posso usar 4 x LiPo ou 4 x 18650 elementos em série? Eu precisaria usar algum tipo de carregador / controlador de bateria, tenho certeza de que isso já existe, mas não sei por onde começar a procurá-lo. Eu sei que esses elementos são exigentes.

Qualquer ajuda seria apreciada, obrigado.


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Comece a procurar CIs de gerenciamento de energia, abreviado PMIC: aqui no Digikey . Faltam alguns parâmetros na pergunta (como tempo de carregamento, correntes máximas , eficiência e tamanho) que precisamos conhecer antes de recomendar uma solução. A maioria dos controladores garante uma transição perfeita entre carga e energia da bateria.
22612 Kevin Vermeer

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Com 4 células, você também deve considerar o balanceamento de células. Pode ficar complicado.
21712 Olin Lathrop

Whoa, esse link Digikey é incrível. Vou começar a investigar. Correntes máximas: 1 A deve fornecer bastante sobrecarga (blindagem do cartão Arduino + SD, LCD 20x4, alguns sensores de temperatura, ventoinha para PC de 120 mm com velocidade controlada pelo Arduino). Tempo de carregamento: 12 horas é bom. Tamanho: menor é melhor, mas não é crítico. Eficiência: contanto que não gaste muita bateria, não me importo.
Florin Andrei

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eevblog.com/projects/usupply é um exemplo. Ele usa duas baterias e um conversor de impulso.
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Respostas:


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Uma bateria de laptop pode ser uma boa escolha se as características do íon de lítio forem adequadas para você. Estes podem ter 2 ou 3 ou 4 células em série. Alguns fornecem acesso a todos os pontos de conexão da célula, outros não. Aqueles que não possuem um controlador interno para manter o equilíbrio celular.

Se esse for um aplicativo único ou de baixo volume, você pode querer usar o que quer que o laptop relacionado use. Se for para uso em grande volume, o Digikey e outros vendem uma variedade de CIs adequados. Uma alternativa é usar menos células e um conversor de impulso. Existem muitas baterias de célula única LiPo disponíveis para tablets / telefones / pdas / .... Existem inúmeras baterias de 2 células disponíveis para câmeras. Geralmente, eles são mais caros por capacidade, a menos que você compre baterias de reposição. Uma vantagem de uma bateria de câmera é que geralmente existem carregadores de pós-venda de baixo custo, direcionados a um tipo de bateria de câmera específico e que fazem um trabalho suficientemente bom [tm] de carregamento de bateria. O preço desses carregadores costuma ser baixo o suficiente para que a construção de um carregador comercial em um produto seja atraente.

Se você quer um mínimo de 12V, precisará de 4 células de íons de lítio - cerca de 12V no mínimo (você escolhe) e pouco menos de 17V totalmente carregadas.

Uma alternativa possível são as células de chumbo-ácido seladas. Mais barato por capacidade, mas menor densidade de energia em massa e volume e menor ciclo de vida no uso de descargas profundas.

O LiFePO4 (Ferro fosfato de lítio) possui menor voltagem por célula que o LiIon e menor densidade de energia, mas potencialmente uma vida útil muito maior. O LiFePO4 de longo prazo oferece o melhor custo por ciclo, mas o preço inicial é alto.

NiMH - não recomendado.


Adicionado:

Florin comentou:

Como nesta fase não preciso de muita energia armazenada na bateria, a ideia de circuito único de célula de lítio + circuito de reforço parece realmente atraente, especialmente porque posso encontrar facilmente um módulo de limpeza que carrega e alimenta CC no meu dispositivo . Claro, agora tenho que encontrar um reforço adequado; idealmente algo baseado em um IC com poucos componentes ao seu redor. Os requisitos de amperagem são muito escassos. Eu preciso construir dois, um para 5V e outro para 12V.

Este IC fornecerá até 80 mA AT 18V (100 mA + AT 12v) ou 280 mA a 5V de uma única célula LiIon ou LiFePO4. Disponível no Digikey por ~ $ 2/1.

Conversor DC / DC intensivo síncrono TI / NatSemi LM4510 com isolamento de desligamento verdadeiro

A eficiência é "OK" em uma faixa de carga razoável.

insira a descrição da imagem aqui

E o circuito oferece um nível suportável de complexidade.

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Um kit de avaliação está disponível - cujo PCB fornece bons indicadores para o layout adequado:

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Uma única célula de íon de lítio ou LiFePO4 fornecerá energia para isso. Este último possui menor densidade de energia, mas tem a vantagem de um ciclo mais longo e melhores maneiras de usar a mesa em geral. Uma célula 18650 de íon de lítio (usada na maioria das baterias de laptops) fornecerá cerca de 7 a 9 Wh quando nova, ou 6 Wh após conversão de impulso. Uma célula LiFePO4 18650 fornecerá cerca de 50% do conteúdo energético de uma célula padrão de íons de lítio. Diga 3,5 a 4 Watt horas.


Como nesta fase não preciso de muita energia armazenada na bateria, a ideia de circuito único de célula de lítio + circuito de reforço parece realmente atraente, especialmente porque posso encontrar facilmente um módulo de limpeza que carrega e alimenta CC no meu dispositivo . Claro, agora tenho que encontrar um reforço adequado; idealmente algo baseado em um IC com poucos componentes ao seu redor. Os requisitos de amperagem são muito escassos. Eu preciso construir dois, um para 5V e outro para 12V.
Florin Andrei

Russell, isso é incrível, obrigado. Vou tentar encontrar um IC que é o próximo passo em termos de amperagem de saída, apenas para estar do lado seguro. Eu me sentiria muito melhor se a saída suportada estivesse mais próxima de 1A - embora, realisticamente, isso nunca deva acontecer. Um ventilador de PC estará sentado no ramo de 12V e poderá consumir um pouco mais de 100 mA.
Florin Andrei

Aprendi minha lição nesses painéis de avaliação. Você nunca terá um layout como esse. É como o ditado, você só verá isso nos filmes. Sim, você só verá belos layouts assim em pranchas de avaliação. Algo vai impedi-lo, de alguma forma, pelo menos para mim :)
Abdullah kahraman
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