TLDR: La pregunta se trata de adaptar un equilibrador a la batería Ni-MH de un aparato existente (que no cargue la batería), preferiblemente de forma que no requiera un acceso frecuente a la batería. Cambiar la lógica de carga/descarga del aparato no parece factible; de esta manera, sería realmente mejor volver a trabajar en el circuito de la batería de litio.
Si bien hay muchos balanceadores de litio para cada química de litio común, los balanceadores de níquel (Ni-MH o Ni-Cd) parecen ser casi inexistentes.
Sé que se dice que las celdas de níquel se equilibrarían si se cargaran con una carga estándar de C/10 durante 16 horas. Y en la era anterior a Li, los entusiastas harían la misma "carga de formación" C/10 del paquete después del ensamblaje, luego lo usarían tal cual, sin preocuparse demasiado por el desequilibrio.
Pero recientemente me encontré con una situación en la que es deseable tener un balanceador de Ni-MH.
El dispositivo (aspirador robótico) carga una batería 12S Ni-MH 2200mAH con una corriente de ~C/2, con controles de fin de carga dV/dt y dT/dt aparentemente en su lugar. (Y los descarga a ~C/2 cuando se ejecuta).
Después de unos cientos de ciclos (más o menos un año de uso casi diario), la capacidad utilizable de la batería se reduce significativamente.
La prueba celda por celda muestra claramente que algunas celdas tenían una carga insuficiente crónica, lo que resultó en una inversión de polaridad durante la descarga y un rápido deterioro de las celdas afectadas.
Creo que el equilibrio adecuado podría prolongar significativamente (2 veces más o menos) la vida útil general de la batería (ya que las celdas sanas de la batería aún tienen más del 80% de su capacidad inicial).
La búsqueda en la red resultó en algunas propuestas para el balanceador de níquel:
1) Limitador de tensión muy práctico y sencillo: https://www.electroschematics.com/balancing-ni-mh-battery-packs/
Un par de diodos rectificadores por celda que desviarán parcialmente la celda una vez que esté casi llena, limitando así su carga y dando a los subcampeones la oportunidad de ponerse al día.
Requiere que todos los diodos estén en un disipador de calor común para igualar la temperatura, agotará las baterías rápidamente si no se desconectan y limitará la capacidad utilizable de la batería.
Si bien es más tosco, parece estar bien para el equilibrio ocasional, pero es imposible integrar un "equilibrador" de este tipo en la batería.
2) Equilibrador inductivo basado en microcontroladores: http://cache.freescale.com/files/32bit/doc/app_note/AN4428.pdf
Buena solución general, pero parece una exageración para el caso. El criterio de factibilidad es el costo del balanceador que no debe exceder significativamente el costo de las celdas para una batería nueva.
3) Balanceador de lanzadera de carga simple: https://easyeda.com/Popov_Alex_r/Battery_Balancer_Ni_Cd_Active1-840522a2a4e44fe89bf70d560e4607f9
Se ve muy bien para la integración con corriente de reserva de 80 uA (eso es 60 mAh/mes, comparable con la autodescarga de celdas Ni-MH de 2200 mAh), pero los transbordadores de carga no son particularmente efectivos, y tengo dudas sobre si podría llegar a equilibrarse. en una batería usada con una corriente de equilibrio máxima de solo 10 mA.
Parece que ninguno de los circuitos integrados de equilibrio especialmente diseñados puede funcionar con voltajes de celdas de níquel, y la mayoría están especializados en celdas de litio con protección contra subvoltaje en ~ 2.75V.
¿Alguna otra idea sobre el equilibrador de batería de níquel que podría integrarse en la batería de un aparato existente?
El equilibrio activo simplemente no es necesario con las químicas de las baterías de NiCd y NiMH. No daña una celda completamente cargada si se sobrecarga un poco para que una celda de carga más lenta se cargue por completo.
No puede hacer eso con las celdas de litio recargables: tienden a hacer cosas malas con la más mínima sobrecarga, razón por la cual se desarrollaron los balanceadores activos.
El problema que observó es muy común en grandes pilas de baterías de níquel: algunas celdas se invierten en la polaridad en cada ciclo y se deterioran rápidamente, por lo que todo el paquete muere. Pero la razón principal de este efecto no es (en mi opinión) perder el equilibrio durante la carga. La eficiencia de carga cae a medida que la celda se llena, ya que comienza a convertir la energía de entrada en calor. Una celda de la misma capacidad que tenía menos carga al comienzo del ciclo podrá almacenar más energía aplicada que una celda que se llene (sobre) durante el ciclo de carga.
El problema típico que destruye los paquetes de níquel es la diversidad de celdas: algunas celdas tienen menos capacidad y experimentan una reversión en cada descarga profunda y también se sobrecargan en el siguiente ciclo de carga (dV/dt no se dispara si una sola primera celda se llena... ). Tanto la inversión como la sobrecarga hacen que las celdas pierdan aún más capacidad hasta que fallan. Otra fuente de diversidad del estado de carga son las diferencias en la autodescarga. Pero también en este caso, se reequilibran en el siguiente ciclo de carga (y si ciclas tus celdas cada dos días, la autodescarga no es un problema en celdas de calidad no defectuosas).
Para evitar la falla prematura del paquete, necesita una mejor protección de final de descarga que detecte una celda invertida incluso en el caso de que las otras 11 celdas sigan funcionando bien. Hay diferentes formas de implementar esto:
Puede hacer que el voltaje de fin de descarga sea 11*1,25 V = 13,75 V, por lo que una celda en cero (aún no invertida) mientras que 11 celdas a 1,25 V típicas ya activarían la protección de inversión. Pero esto generalmente causa una terminación de descarga demasiado temprana, porque el voltaje también cae en los picos de corriente (tendría que compensar eso), y puede descargar las celdas de manera segura a 12 * 1.00V si están "equilibradas", por lo que el típico el voltaje de corte es de 12V para un paquete de 12S.
Podría detectar una caída rápida de voltaje de alrededor de 1 V como una señal de caída de la celda (nuevamente, debe compensar los picos de corriente para evitar una activación incorrecta).
Puede monitorear el voltaje de las celdas individuales o subpilas más pequeñas (para que corte si cualquiera de las 4 subpilas de 3 celdas cada una cae por debajo de 3 voltios).
Todas estas posibilidades aumentan el costo y la complejidad del circuito de descarga, al igual que una buena selección de celdas casi iguales para comenzar con el paquete, por lo que los fabricantes de dispositivos a menudo toman el camino económico y fácil.
Y, por último, una respuesta a su pregunta: para equilibrar el paquete, simplemente cárguelo durante 3 horas a C/10 después de la terminación adecuada de dV/dt o dT/dt (si su dispositivo no realiza carga lenta o carga completa). ) todos los demás meses. Su pregunta mencionó correctamente el efecto de equilibrio (las celdas completas se sobrecargan en una cantidad segura, las celdas que no están llenas se completan). Sin embargo, por las razones explicadas anteriormente, no espero que esto proporcione una extensión significativa de la vida útil del paquete.
No estoy seguro de cómo se llaman, pero los circuitos balanceadores LiPo simples que he visto simplemente desvían la corriente de la celda cuando llega a 4.2V.
Sin embargo, no estoy seguro de cómo funcionaría eso con NiMH, porque tienden a ser autolimitantes en voltaje (IIRC, el voltaje de NiMH en realidad disminuye un poco cuando están a plena carga). Así que estás balanceando por diferentes razones: con la carga de LiPo, estás evitando la sobrecarga, que destruye las celdas; con la carga de NiMH, desea evitar la carga insuficiente .
Si pudiera ajustar el circuito de carga para cargar la batería casi por completo, luego baje a una carga lenta de C/10, eso puede ser suficiente.
GoalaSestant
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