Proyecto: Evaluador baterías de litio (I)

Evaluador de baterías para litio

Como tengo unas cuantas baterías de Litio 18650 y similares recicladas de portátil, me ha aparecido la necesidad de evaluar las baterías.
Una opción es usar un cargador inteligente para medir la capacidad. Hay varios cargadores así en este hilo de forolinternas, no obstante, un cargador con dichas características sube por encima de los 20€ y como lo que mide es la corriente añadida a la batería, es necesario que la batería esté completamente descargada antes de realizar la carga para que la medida sea válida.

Objetivo y materiales

El objetivo es montar un dispositivo que permita operación dual: contador de capacidad y medidor de ESR. Debería ser auto-contenido (sin ordenador de soporte) y bajo coste.

• Para mantener el coste bajo y darle una cierta flexibilidad la idea es usar un microcontrolador ATmega328, típico para Arduino, que nos permitirá programarlo de una forma fácil y sin comprar herramientas específicas. Podemos obtenerlo por unos 2€.
• Para visualizar datos la idea es usar un LCD alfanumérico estándar, 1602, también disponible por unos 2€.
• Para la carga se usarán transistores, que aunque cuestan algo más que las resistencias de potencia, permiten funcionar de forma "configurable". Tendrá que disipar toda la potencia mientras se hacen medidas, sobre los 10W a 2A...
• El disipador para los transistores de carga será reciclado de ordenador, porque incluso sin ventilador es suficiente para 10W-15W y el coste no puede ser menor... cualquier viejo Pentium4 para desguace nos serviría.

Selección del transistor de (des)carga:

El transistor que implemente la carga tendrá que disipar la mayor parte de la potencia que se establezca para las descargas. Debería funcionar cualquier transistor de potencia con encapsulado generoso (TO220, TO3P...) para que pueda disipar bien. Serviría un NPN darlington o un MOSFET,. En el segundo caso deberemos garantizar que la tensión de alimentación es suficientemente alta para poder polarizarlo correctamente.

Selección de transistores de carga, NPN darlington:

En principio, con una beta>100, el error de medida será menor al 1%, y para ir bien se tendría que garantizar que el transistor puede disipar 50W y una corriente máxima en DC de 5A.

Dentro de estos rangos habría, por ejemplo:

• BDX33 y BDX34, ambos en serie B o C (Se pueden conseguir por unos 0.60€)
• BDX53 (Se pueden conseguir 10 por 6€, ya con iva)
• TIP120 (también 10uds por 6€), TIP121

Seleccion de transistores de carga, MOSFET:

• Si queremos un transistor "pepino" tenemos el IRBL8743 por 1.50€ aprox. El silicio aguanta 110A, pero el encapsulado aguanta hasta 70A. En teoría con picos de hasta 600A...
• En la caja de despieces tengo algunos IRFP250 que deberían valer, aunque la capacidad de puerta es tan alta que podrían dar lugar a problemas por oscilaciones o respuestas lentas, y la tensión también será más alta que los 5V que tenía pensados inicialmente.

Circuito consumidor de corriente:

El esquema más básico, es el de transistor realimentado mostrado en la siguiente imagen. 

Esquema típico de "current sink". Q3 y Q4 modelan un TIP120

Ventajas: funciona a tensiones de control bajas, requiere pocos componentes y es bastante estable. Además, se puede utilizar una salida del microcontrolador para controlarlo encendido/apagado (V4 en el esquema). Inconvenientes: la corriente no es ajustable electrónicamente, es de aproximadamente 0.65V/R11 (en este caso 1 Amperio) y la tensión mínima entre polos para que funcione correctamente es de aproximadamente 1.6V

Q5 puede ser cualquier transistor NPN, preferiblemente de baja potencia (BC546/7/8, BC337, 2N3906, 2N2222...) mientras que Q4 y Q5 implementan un Darlington. Se puede sustituir por los comentados anteriormente (BDX33, BDX53, TIP120...). Si se quisiera implementar de forma discreta como en el esquema, Q4 debería ser preferiblemente un NPN de media potencia, tipo BD135/7/9 o similares. Q3 deberá ir montado en disipador.

Como decía, el darlington podría cambiarse por un MOSFET, pero entonces los requisitos de tensión serían más elevados en control y no se podría controlar directamente con el microcontrolador.

La idea de funcionamiento se puede ver en el siguiente vídeo:

A medida que vaya avanzando en el proyecto iré subiendo las actualizaciones.

Un saludo, y gracias por la visita!