Appunti On Line

Caricabatterie Litio-Polimeri

Le Litio-Polimeri

Le batterie Litio-Polimeri (lipo o li-poly) sono una scelta obbligata ove sia necessario contenere il peso. Nel caso di batterie di elevata capacità una batteria equivalente realizzata con elementi nichel-cadmio tradizionali viene a costare poco di meno a fronte di un peso più che doppio.

Per contro le lipo sono molto più delicate, sia meccanicamente che elettricamente, non permettono una corrente di scarica elevata come le Ni-Cd e non tollerano alcun tipo di sovraccarico, inoltre non possono assolutamente essere ricaricate con caricabatterie previsti per Ni-Cd o Ni-Mh, in quanto il loro metodo di ricarica è completamente diverso. Una ricarica o un uso scorretti sono pericolosissimi.

Usate invece con criterio, e sempre entro i parametri previsti dal costruttore, sono uno strumento insostituibile nel volo elettrico.

La carica delle lipo (e delle più vecchie ioni di litio) è molto simile a quella delle batterie al piombo, infatti va fornita la tensione di carica nominale e le batterie piano piano la raggiungeranno. L'importante è limitare la corrente di carica al di sotto dei valori consigliati dal costruttore, e, come per tutte le batterie, più viene tenuta bassa più lunga sarà la loro vita. Una volta raggiunta la tensione nominale la corrente assorbita scende spontaneamente, e la carica può dirsi conclusa quando il suo valore scende sotto lo 0,05C, in pratica per una batteria da 1,5Ah la carica termina quando la corrente scende sotto 0,05*1,5=0,075A.

Riassumendo e completando:

Il caricabatterie

Lo schema seguente è un caricabatterie per litio-polimeri che ho progettato per le prime prove con queste celle. E'basato sul comunissimo integrato stabilizzatore L200. Questo integrato è in grado senza l'aggiunta di transistor esterni di fornire fino a 2A di corrente, permette una regolazione fine della tensione di uscita e include uno stadio limitatore di corrente "programmabile" con una sola resistenza.

Per scegliere più valori di corrente e per avere la possibilità di caricare 1 2 o 3 celle in serie sono previsti due commutatori. Con i valori riportati sono possibili 3 valori di corrente:160mA, 500mA, 1100mA circa.

Mi interessava in modo particolare poter regolare con precisione la soglia di riconoscimento di fine carica, e questo l'ho ottenuto con il comparatore di tensione realizzato con l'amplificatore operazionale LM358. L'operazionale confronta una tensione di riferimento (regolata con il trimmer R4) con quella presente ai capi della resistenza R6 che è attraversata direttamente dalla corrente di carica. Quando la corrente di carica (e quindi la tensione su R6) scende al di sotto della soglia impostata con il trimmer, l'uscita dell'operazionale scende a 0V, il transistor 2N1711 si interdice e il relè RL1 si diseccita spegnendo il circuito e scollegando fisicamente la batteria grazie al suo contatto RL1-B.

Per avviare una nuova carica va premuto il pulsante di start. Se la batteria risulta già carica l'operazionale spegnerà tutto subito.

VALORI NON INDICATI NELLO SCHEMA

R1,R2 = 10K
R3 = 47K
R4 = 100K TRIMMER
R5,R14 = 1,5K
R6 = 1,5  1W
R7 = 0,39 2W
R8 = 1,8
R9 = 0,47 1W
R10,R11,R12 = 2K TRIMMER MULTIGIRI
R13 = 470
R15 = 820
Le resistenze si intendono espresse in ohm, o in chiloohm dove indicata la K.
Salvo dove diversamente indicato sono tutte da 1/4W

I condensatori senza indicazione sono tutti al poliestere da 100nF

D1 = 1N4007
D2 = 1N4148
D3,D4 = BY255 (o un qualsiasi altro diodo da 3A)

RL1 = RELÉ 24Vcc 2 SCAMBI (usare un relé che funzioni anche a 12V)

SW1,SW2 = COMMUTATORI 1 VIA 3 POSIZIONI

A causa delle tolleranze dei componenti ho dovuto aggiungere una resistenza da 1,2ohm in parallelo alla R7, con questa modifica la massima corrente erogabile è salita da 900 a 1100mA circa.

Il caricabatterie richiede in ingresso (Vin) una tensione stabilizzata (o almeno ben filtrata) almeno 4,5V superiore a quella della batteria da caricare, pertanto 9V per 1 cella, 12 o 13V per 2 celle, 16..17V per 3 celle. Va però considerato anche il range di funzionamento del relè, nel mio caso si tratta si un componente da 26Vcc che funziona anche a 12, pertanto userò 12..13V di alimentazione per 1 o 2 celle e 17..18V per 3.

Ho verificato inoltre che l'L200 quando è molto caldo tende a fornire una tensione di 10..40 millivolt maggiore rispetto a quella che fornisce da freddo, pertanto per la taratura dei 3 trimmer R10,R11,R12 andrebbe tenuto in considerazione questo fattore, e possibilmente andrebbe usato un multimetro di precisione in grado di apprezzare il millivolt. Per quanto riguarda la regolazione il trimmer R10 serve per regolare i 4,2V (1 cella), R11 per gli 8,4V (2 celle) e R12 per i 12,6V(3 celle)

Il circuito è protetto contro il cortocircuito sull'uscita, ma non per l'inversione di polarità della batteria o della tensione in ingresso, ne per le sovratensioni in uscita, il suo utilizzo va quindi fatto con cautela e attenzione, il processo di carica va sorvegliato in continuazione.