Ci ricado: convertire pacchi batteria NI-MH in LI-PO

[kym]

Salve ragazzi, è un pò che non ci si sente, purtroppo ho qualche problemino negli ultimi tempi .......

 

Ieri giocando con un mio avvitatore che ho convertito da 9,6V NI-MH a 11,1 LI-PO (3 celle per 3,7V) che è andato benissimo con quei cosini cinesi da 1 euro che ricaricano per oltre un anno.... dopo una scarica veloce che l'ha portato probabilmente sotto la soglia di sicurezza, quando ho cercato di ricaricarlo ha fatto BOOM con notevole fumo dall'interno del pacco batteria.

 

Aperto la schedina ha fatto fuoco e fiamme, delle celle che componevano il pacco ne ho salvate 2, poi ne ho presa una da un altro pacco non più efficiente ed ho 3 celle perfette (in scarica mi danno 2000-2060 mAh su 2200 di targa.

 

Ho ancora di quelle schedine cinesi, che tra l'altro farebbero anche da protezione fino a 5A se colleghi il carico diretto a loro ma capite bene che un trapano-avvitatore ha uno spunto ben più alto di 5A dichiarati (che a naso sono ben meno), ci ho anche provato, il modulino ha fatto boom dopo poco che lo usavo per fare un buco nel legno.

 

Ora voglio fare le cose come si deve:

 

Il modulino lo userei per la ricarica ovviamente, ma vorrei che in qualche modo mi proteggesse anche dalla scarica sotto una certa soglia, pur non collegando direttamente il carico ad esso perchè non possibile.

 

Avevo pensato addirittura ad un relè, nel momento che la batteria con il carico collegato direttamente scende di tensione, il modulino interrompe l'erogazione ai suoi poli e quindi TAC mi toglie tensione ad un relè alimentato li che a sua volta stacca la connessione batteria-carico.

 

Ma mi sembra una soluzione da cavernicoli.

 

Un mosfet con relativo circuito in grado di fare la stessa cosa? ma che non salti per aria con spunti nell'ordine dei 20A e continue nell'ordine dei 3A ?

 

Come lo fareste voi un qualcosa di SERIO per fare queste modifiche?

Anche senza sfruttare il modulino come protezione usandolo solo come caricatore-bilanciatore usando eventualmente un micro per misurare la tensione di ogni cella e se una di loro scende sotto una certa soglia attivare un uscita che fa ... fa cosa???? datemi un idea

 

 

[dott.cicala]

Tempo fa ho affrontato lo stesso problema, non dell'avvitatore ...ma della scarica eccessiva di una batteria....La discussione c'è ancora ma senza foto e schemi, quindi totalmente inutile.

 

Inizialmente avevo pensato di usare una mcu, poi ho ripiegato su di un LM358  (solo perchè ne ho molti).

Con le due sezioni avevo realizzato due comparatori a trigger di Schmitt per realizzare due funzioni distinte:

1) indicazione di avviso batteria quasi scarica

2) comando di sgancio batteria scarica

Con un led bicolore ottenevo 3 indicazioni -> Verde=Ok ->Giallo=Avviso -> Rosso=Batt. Scarica

 

E' fondamentale prevedere un' isteresi sulla soglia del valore minimo di tensione, altrimenti.....la batteria non si salva, anzi, si distrugge, perché il comparatore staccherebbe appena raggiunta la soglia, la quale però verrebbe nuovamente superata non appena la batteria si troverà a vuoto e di conseguenza il carico verrebbe riattaccato... così spike dopo spike, la batteria se ne va a quel paese 

 

Di mosfet che non saltano ce ne sono a volontà.

Ad esempio questo

 

e se non bastasse, se ne trovano anche in TO220 che reggono oltre i 250A....

 

 

 

 

[kym]

Ciao Stefano,

 

il problema della soluzione che hai pensato tu è quello di avvisare, ma cosa interrompe il collegamento tra batteria e carico... cioè fa lo sgancio o sbaglio? Io vorrei proprio un interruzione netta.

 

Io userei uno dei tanti micro per misurare la tensione ai capi di ogni cella, se una di esse scende sotto un valore che io imposto basta stoppa tutto.

Metterei anche dei led per visualizzare la carica residua etc. etc.

 

Il punto dove mi fermo per mia ignoranza è come fare l'interruzione.

Un mosfet sempre alimentato se V >= 4 e quando V <3,3 manda a zero il mosfet e quindi lui non alimenta più il carico, a questo avevo più o meno teorizzato.

Però avrei un consumo anche se minimo SEMPRE, quindi il tutto si riduce in autoscarica.

 

A meno che, ora mi viene in mente, non mettere DOPO il pulsante del trapano il tutto, quindi do alimentazione a tutto, il micro parte, rileva la tensione se sopra un tot da il consenso al mosfet se sotto un tot non lo da ed il mandrino non si muove.

 

Che ne dici? può funzionare una roba del genere?

[dott.cicala]

Il mio circuito interrompe il carico...altrimenti non servirebbe a nulla 

Però, visto che esistono molti componenti specifici per lo scopo ad un costo contenuto e affidabilità del risultato sicuramente più elevata di un qualsiasi circuito, sia a micro che senza, auto-progettato....

 

se proprio volessi usare un micro, allora ci aggiungerei un monitor di batteria come ad esempio  il DS2438Z  che è un vero battery monitor, oppure, senza micro, per disattivare il carico al di sotto dei 3,3v userei i seguenti componenti, senza bisogno di fare altro

 

STM1061 = 3.3v Lo power voltage detector

LTC1982 = NMOS driver

IRLB3034 = NMOS 40V - 343A con sensibilità di 1V (hai voglia a sfondarlo )

 

 

 

 

 

 

[sx3me]

Quote

IRLB3034 = NMOS 40V - 343A con sensibilità di 1V (hai voglia a sfondarlo )

ma un TO220 come fa a sopportare tutta stà corrente?!

Io prima di abbandonare il famoso carico elettronico mi sono scontrato con i mosfet che andavano a fuoco per eccessivo calore del terminale di drain

[kym]

Come hai fatto lo sgangio?

Il problema è anche la dissipazione esempio dell'IRF2804 quanto va dissipato per sopportare il trapano? picco di 20A almeno 4A continui senza sforzo.

 

Se uso i componenti che dici, dovrei mettere 1 ds2 ed 1 stm per cella.... complicato.

Un micro magari non sarà precisissimo ma se ho 3 celle misuro la tensione da tutte e 3 e gli programmo di fare qualcosa qualora una delle 3 raggiunge la soglia che dico io.

 

Faccio prima, è più semplice, però il mos mi scarica tutto se non lo metto in modo che il controllo lo faccia solo quando attacco il carico.

Mi sa che il controllo di scarica i trapani moderni ce l'hanno al loro interno e non all'interno della batteria come avevo intenzione di fare io.

 

Quindi dovrei forse fare così:

 

Aprire il trapano, intercettare tra accensione e motore e mettere li in mezzo il mosfet oltre che tutto l'ambaradan che controlla le celle.

Ma poi mi si presenta il problema che la batteria (lo slot) ha solo 2 contatti, quindi col cavolo che visualizzo la tensione di tutte le celle.

Quindi dovrei fare il conto totale e dirgli se scende sotto i 9V (dati buttati li) non alimentare il motore tramite il mosfet.

 

Si forse potrebbe andare anche così, che dici?

 

In teoria:  do tensione con il bottone e da li passo sul variatore di velocità, seguo e vado al motore, il filo che c'è ora lo stacco, e lo metto al mosfet, sempre da lui parto un altra linea con diodo, condensatore, micro (così anche se il regolatore di velocità che sarà in PWM da qualche impulso mi carica il condensatore per il tempo necessario a tenere alimentato il micro e fare la verifica della tensione presa diretta dai contatti batteria) che sente la tensione, se sopra X da un uscita alimenta il mosfet e quindi il motore gira, l'energia regolata dal regolatore di giri passa il mosfet indenne che viene attivato dal micro ed il controllo elettronico passa tra surce e gate inalterato.

 

Che ne pensi?

[dott.cicala]

Quote

con i mosfet che andavano a fuoco

per forza...se li fai lavorare in zona lineare. Se invece li fai lavorare come interruttori, un mosfet con 2milli ohm di RDSon percoso ad esempio da 20A dissipa RI² = 0.8w

 

Questo significa che se vuoi realizzare un carico elettronico, devi far lavorare i mosfet in switched mode e regolare il duty cycle  

 

Nel caso del 3034 la specifica dice

 

Kym......rallenta!

 

Il controllo delle celle lo si fa in fase di carica con appositi ic, senza dover inventarsi alcun che. Se qualche cella non è in buona salute lo si vede già in questa fase.

Nell'utensile si controlla la scarica, dove il mosfet lavora come interruttore e se ne viene usato uno come quello che ho indicato, la dissipazione è minima. Con 5A si hanno 50mW dissipati e una cdt di 10mV.

In pratica per salvare la batteria, serve solo interrompere il carico al raggiungimento del valore limite e a questo ci pensa STM1061  studiato proprio per questo scopo. Volendo si potrebbe eliminare il driver LTC1982 e usare due bjt a totem pole comandati dallo STM la cui uscita va bassa appena si va sotto i 3,3V.

 

Uno schema di principio, senza usare LTC1982, potrebbe essere questo

 

 

[kym]

Aspetta però, il STM1061 va bene per una sola cella, noi qui ne abbiamo almeno 3 (9,6 era la ni-cd originale).

[Livio Orsini]

Ci sono i partitori resistivi.

[kym]

Però non va bene l'integrato che misura la tensione non arriva oltre i 6V, se non ho preso una cantonata nel datasheet

[Livio Orsini]

Fai un partitore e, magicamente, la tensione scenderà sotto i 6V

[kym]

Ma se io togliendo Q1 e Q2  e l'STM ci metto un tiny13 gli faccio misurare la tensione, gli do un isteresi e gli faccio comandare il mos? 5V non bastano?

 

L'stm è fisso sul valore di apertura il micro faccio come mi pare a me, devo fare qualche prova e i micro già ce li ho, poi con un partitore abbatto la 12V delle litio a massima carica a 4,8V (R1 2,4K & R2 1,6K) e quando scende a 9,9V  avrò 3,96V in uscita e dico al micro di non attivare più il MOS.

 

Il micro lo alimento in parallelo al motore e ci metto un diodo&condensatore in modo che anche prendendo tensione non continua in uscita dal regolatore elettronico non ci siano problemi.

 

 

[gabri-z]

Quote

L'stm è fisso sul valore di apertura

Ma l'eventuale partitore , no !  

[Livio Orsini]

Dovresti documentarti come si pilotano decentemente i MOS.

Stefano, che sa come si fanno certe cose, ti ha indicato il modo corretto.

Poi ci sono i vari Luigi che pensan "basta che respiri" e va tutto bene.

[gabri-z]

 !

Non si deve parlare del .. perché si fa vedere...

[kym]

Quote

Stefano, che sa come si fanno certe cose, ti ha indicato il modo corretto.

 

Questo è sicuro.

 

Però quel componente non ce l'ho e.....

 

Leggendo il datasheet del MOS leggo che è logic level quindi 5V

 

Quello che non capisco sono i due transistor: cioè sicuramente sarà una cosa banale ma non ci arrivo

 

Se dando 10V o 5V o 2V al gate, la corrente passa dal drain ---> source

 

Perchè servono quei due transistor? cioè, quando quel componente passa allo stato alto il MOS conduce ed il motore si attiva, quando è in stato basso il mos non conduce e il motore non si attiva.

 

Perchè i due transistor?

 

La R1 è per il pull-down, perchè non posso collegare direttamente il componente (o un micro) al MOS ?

[gabri-z]

Se riesci a scaricare '' bene e veloce '' la gate , puoi anche farlo  , ma il STM non mi risulta proprio ''fast ''

Se leggi attentamente , lo schema è di principio ;anche un pull-up sul STM  ci starebbe .

[dott.cicala]

Quote

Leggendo il datasheet del MOS

 

Bisogna leggere anche i parametri dinamici

 

Da tutto ciò si dovrebbe dedurre che per effetto di queste capacità, affinché "all'eccitazione" il mosfet passi il più velocemente possibile in "saturazione" è necessario che il circuito pilota sia capace di fornire sufficiente corrente per caricare queste capacità nel minor tempo possibile, altrimenti il mos passa in zona lineare e dissipa molta potenza, a questo nello schemino, ci pensa il bjt NPN.

Per lo stesso motivo, durante la "diseccitazione" è necessario scaricare le capacità nel minor tempo possibile, altrimenti prima di arrivare "all'interdizione" passerà in zona lineare e dissiperà potenza  e qui entra in gioco il bjt PNP.

 

Se il circuito pilota è fatto male, specialmente in presenta di carichi induttivi, è facile che si abbia il passaggio in zona lineare all'eccitazione e arrivare al limite estremo della non diseccitazione in fase di spegnimento, col risultato che il mosfet si brucia perché rimane in zona lineare.

 

Per pilotare il mos con l'uscita di un micro, prima di tutto bisogna accertarsi che l'uscita sia totem pole e quindi capace di drenar corrente nel momento in cui va bassa, poi bisogna essere certi che la corrente sia in un verso che nell'altro sia suficiente per pilotare il mos. Vista la folta schiera di driver in commercio, nella maggior parte dei casi, la corrente sink-source di un uscita di un qualsiasi micro non è generalmente capace di pilotare correttamente un mos.

 

L' STM non sarà velocissimo, ma questo non è lo scopo visto che tutti i componenti di questo tipo non lo sono, la sua vera funzione non è quella di accendere, ma di spegnere, dato che la sua uscita va bassa al raggiungimento della soglia minima e vi rimane con una determinata isteresi.

[Livio Orsini]

Come ti ha spiegato bene Stefano il problema del pilotaggio dei Mosfet come interruttori è accenderli e spegnerli il più velocemente possibile in modo da ridurre al minimo il funzionamento in zona lineare.

In teoria se si passasse da conduzione a inerdizione, e viceversa, in tempo zero la dissipazione sarebbe solo quella dovuta alla Rds del mosfet.

In preatica non è possibile.

Il pilotaggio ideale è tramite 2 generatori di corrente; uno per caricare la capacità di gate velocemente e l'altro per scaricarla.

I 2 trasistor in configurazione "collettore comune" fungono proprio da generatori di corrente.

[kym]

Sono ritornato all'inizio:  no transistor si mos driver.

Ordinato tutto, vediamo cosa mi esce fuori. Alla fine, provo anche con il micro al quale posso far fare più cose.

 

Mi pare di capire che il mos in questione con 5V si apra al 100% ma dovendoci mettere anche una resistenza di pull-down che lo scarichi veloce temo di oltrepassare la portata dell'uscita del micro. Invece mettendoci il driver il problema non si porrebbe.

 

Proverò entrame le soluzioni appena mi arrivano i componenti della lista della spesa di Stefano che ringrazio (insieme a tutti gli altri) per la pazienza di spiegare i dettagli.

[Livio Orsini]

Quote

Mi pare di capire che il mos in questione con 5V si apra al 100% ma dovendoci mettere anche una resistenza di pull-down che lo scarichi veloce temo di oltrepassare la portata dell'uscita del micro. Invece mettendoci il driver il problema non si porrebbe

 

Pensa un po'!

Chissà perchè i produttori di IC fabbricano e commercializzano i driver per MOS.

[gabri-z]

Prova mettere uno schemino per ogni variante che intendi testare . 

 

P.S. Non dimenticare il pull-up se usi il STM ...

[kym]

Alla fine, era per non aspettare il solito mese-cina......

 

Gabri, la prima è quella di Stefano pari pari ma con il driver.

La seconda al posto del monitor batteria un micro.

 

Appena mi arrivano i componenti provo queste due soluzioni e vi aggiorno.

 

Oggi ho finito il bromografo, manca solo il timer.... penso che ho fatto un lavorone!

Il timer gestirà anche mono-faccia e by-faccia tutto da menù con display....

 

Non ho ancora deciso il nome tra "cavallo di t****a" e "anas" o "cantierino" ......

 

Ma già sto pensando di farne un altro con meno bottoni e un encoder rotativo, ho già piallato il materiale per farlo, il prossimo sarà UV-LED voglio provare anche se tutti dicono che non funzionano, ci voglio sbattere il naso come dico io prima di dire che non va.

[dott.cicala]

Ma che componenti hai ordinato?...dalla Cina?

 

2 pres reg lomb 

 

[kym]

Quelli che hai detto tu all'inizio

 

STM1061 = 3.3v Lo power voltage detector

LTC1982 = NMOS driver

IRLB3034 = NMOS 40V - 343A con sensibilità di 1V

 

2 pres reg lomb ?