LiPo vs. NiMH para juguetes para niños

He estado investigando aquí y en Google sobre posibles tecnologías de batería para un juguete que quiero hacer para mis hijos. Tenía la esperanza de obtener las perspectivas de los demás sobre esto, teniendo en cuenta que esto es para un niño.

Estoy tratando de ver esto desde todos los ángulos, pero la seguridad es lo más importante. Aquí están las cosas que se me han ocurrido:

  • volatilidad: la celda puede explotar si se la maltrata, es decir, se carga demasiado tiempo, se tira un juguete, etc.
  • vida útil: ¿mi hijo tiene que vigilar el juguete para asegurarse de que esté siempre cargado?
  • tamaño: ¿puedo colocar la celda en el juguete?
  • costo: más barato es obviamente mejor

¿Me he perdido algo obvio?

En cuanto a esos cuatro puntos, esto es lo que he encontrado en mi investigación hasta ahora:

  • volatilidad: LiPo seguro suena como si tuvieras que tener más cuidado. Hay paquetes de baterías que tienen circuitos de protección contra sobrevoltaje y bajo voltaje incorporados, pero me gustaría ver si puedo encontrar un circuito externo que pueda construirse por menos dinero ya que es NRE y es posible que sea necesario cambiar las celdas. Los circuitos integrados de administración de batería como el MCP73831 deberían ayudar, así como un indicador de combustible como el MAX17043. No estoy seguro si hay algo más que pueda hacer. NiMH tiene circuitos integrados similares disponibles, como el DS2715 para cargar y el indicador de combustible BQ2014NS-D120. Cualquiera de las tecnologías probablemente se beneficiaría de un sensor de temperatura/corte de algún tipo. Parece que a LiPo no le gustan los golpes, por lo que tirar el juguete al pavimento podría no ser algo bueno.
  • Vida útil: no se debe permitir que LiPo se descargue por debajo de un voltaje de umbral. NiMH tampoco. Es necesario comprobar si el indicador de combustible puede cortar el circuito del juguete si está por debajo del umbral.
  • tamaño: LiPo tiene una gran ventaja aquí. A 3,7 V por celda, solo necesito una LiPo 1S, y vienen en todo tipo de tamaños (pequeños). NiMH probablemente requerirá 3 1/3 pilas AAA, que aún debería poder instalar.
  • Costo: las baterías LiPo sin circuitos de protección son súper baratas, como $ 2 en cantidades individuales. Los que he encontrado con circuitos de protección son más grandes y 4 veces más caros. Las pilas NiMH 1/3-AAA que encontré tenían aproximadamente el mismo precio. No se menciona el circuito de protección, así que no sé si eso es importante si tengo el IC de administración de batería (lo mismo ocurre con LiPo)

Me encantaría escuchar lo que otros tienen que decir sobre estos puntos. ¿Me perdí algo realmente crítico y, lo que es más importante, publiqué alguna información incorrecta sobre estos dos tipos de baterías?

EDITAR: he agregado LiFePO4 según lo sugerido por Russell y AndreKr. No confío necesariamente en mí mismo para diseñar un circuito adecuado que sea a prueba de balas, por lo que estoy mirando el MCP73123 ya que sus limitaciones actuales están dentro del rango de la celda única que quiero cargar. Vi las celdas Tenergy anteriormente, pero no estaba seguro de ellas y terminé ordenando algunas de estas en una tienda en los EE. UU.: http://www.batteryspace.com/LiFePO4-Rechargeable-14430-Cell-3.2V- 400-mAh-0.4A-Tasa-1.28Wh.aspx . Realmente me gusta cómo se pueden ordenar con pestañas adjuntas, que es lo que hice.

Así que ahora mismo tengo una celda protegida LiPo y un cargador basado en MCP73831 de Sparkfun para poder jugar con él, así como la celda Powerizer LiFePO4 y una muestra del MCP73123 que de alguna manera intentaré probar para probar su capacidad de carga. .

Voy a mirar alrededor, pero si alguien conoce buenas notas de aplicaciones para hacer un cargador LiFePO4 basado en PIC que explique los circuitos fuente de corriente constante, ¡soy todo oídos! Gracias por su aporte.

En cuanto a la seguridad contra golpes, intente investigar las experiencias de la comunidad de aviones RC. Esos pequeños aviones y helicópteros siguen chocando todo el tiempo y es muy poco común que la batería se dañe por el choque en sí.
Gran idea, no había pensado en eso, ¡pero supongo que es un punto de partida bastante obvio!
Dave, ¿tú lo construiste?
@RussellMcMahon seguro que lo hizo, ¡gracias nuevamente por su sugerencia! La parte de Microchip funcionó bien para mi celda LFP.

Respuestas (2)

LiPo es MUCHO más fácil de administrar que NimH.
Las densidades de energía para NimH de máxima capacidad son aproximadamente las mismas que LiPo en la actualidad.
(Eso fue escrito en 2012. En 2021, las densidades de energía LiPo ahora son típicamente algo más altas).

NimH es una química de batería relativamente difícil de manejar bien. Por lo general, no se recomienda cargar a tasas bajas y la desviación de voltaje negativo bajo carga o el aumento de temperatura son los métodos habituales de detección de fin de carga. Por el contrario, LiPo se carga a corriente constante hasta que se alcanza un voltaje establecido y luego a voltaje constante hasta que la corriente cae a un nivel preestablecido. LiPo aceptará cualquier tasa de carga inferior a la máxima si lo desea, y se puede recargar desde cualquier estado de carga sin condiciones especiales. (Manejar celdas de muy bajo voltaje es un poco más complejo, pero todos los circuitos integrados de cargador sensibles manejan esto, y nunca se debe permitir que ocurra un voltaje muy bajo).

La ÚNICA razón por la que pensaría en usar NimH en su contexto es la seguridad, y si fuera mi hijo, consideraría que podría hacer que LiPo sea lo suficientemente seguro para que él lo use. LiPo puede "derretirse" con mucho entusiasmo con la llama, PERO es extremadamente raro en la práctica y tomar las precauciones habituales debería permitir un resultado seguro. No tendría preocupaciones personales sobre la seguridad de LiPo en un sistema diseñado de manera competente.

SIN EMBARGO, NUNCA use celdas LiPo sin protección si le preocupa la seguridad. El IC de protección de la batería NO cumple las mismas funciones que los IC del cargador. Los que están en la batería son solo para evitar que la gente haga cosas estúpidamente peligrosas con la batería. Dicho esto, SI su cargador está implementado correctamente, y si no hay posibilidad de cortocircuito o incendio, entonces la mayor parte del circuito de protección no es necesario. Digo "la mayoría" porque, si hay, por ejemplo, una falla catastrófica del equipo y, por ejemplo, se produce un cortocircuito, el circuito interno de la celda generalmente abrirá el circuito de la celda y evitará un incendio.

El uso de los circuitos integrados de cargador adecuados debería permitir la implementación de un cargador muy seguro y confiable.

No necesita una medición de gas per se, solo un corte de bajo voltaje. Si puede detener la operación en, digamos, 3 V / celda, eso debería ser suficiente.

Las células protegidas no deberían costar mucho más. Si lo hacen, PUEDE indicar que los baratos son malos. Puede obtener baterías LiIon completamente basura (y esperaría obtener una ventaja de precio al comprar basura :-) - si fuera lo suficientemente tonto como para comprarlas. Hay suficientes células de marca de buena reputación que comprarlas probablemente no cueste mucho más. Asegurarse de que las células sean genuinas es otra cuestión. Como posición de trabajo, le sugiero que comience asumiendo que todo lo que compre de un proveedor chino de bajo costo es falso o no cumple con las especificaciones y LUEGO intente demostrar lo contrario. (NB: ¿Racismo? - ¡Definitivamente no!. Se basa en la experiencia: muchas visitas a China y tiempo en fábricas, etc. China es muy, muy grande y tiene una amplia gama de vendedores en un mercado muy competitivo. En una venta casual , espere que una cierta parte de los vendedores sean "poco fiables"

Agregado:

Iba a volver y mencionar LiFePO4 - AndreKr se me adelantó.

En comparación con LiPo, LiFePO4 (ferrofosfato de litio) es más seguro, tiene una vida más larga y tiene una densidad de energía más baja. Puedes comprar baterías RCR123A LiFePO4 con 450 mAh x 3.2V de capacidad. (Algunos afirman hasta alrededor de 700 mAh, pero son sospechosos). Tenergy LiFePO4 RC123A se anuncia ampliamente en eBay y debería ser bueno. Tenergy es AFAIK un "rebadger" PERO parece vender un buen producto. LiFePO4 DEBE cargarse correctamente, pero son tan fáciles de administrar como LiPo. Se puede construir un cargador muy simple utilizando un regulador de corriente constante seguido de un regulador de voltaje constante de 3,6 V. Esta configuración carga a una corriente constante hasta que se alcanza el Vlímite y luego a una V constante. Es mejor configurarla en 3,5 V.

Aquí hay un vendedor encontrado al azar de baterías Tenergy LiFePO4 RCR123A . También venden cargadores. NOTA:
NO utilice iones de litio RC123 (3,6 V nominal).
No utilice RC123 primario de litio de 3,0 V.

Los vendedores usan los términos RC123, RC123A, RCR123, RCR123A, etc. de manera intercambiable. Sólo asegúrese de lo que está recibiendo.

Russell, gracias por la respuesta detallada, especialmente porque se centra en la seguridad, que es una gran preocupación para mí. Intentaré evaluar ambos tipos de batería. No estoy tan preocupado por la longevidad de la celda como lo estoy por los incendios inesperados, por lo que todavía hay una ventaja para NiMH. ¿Puede recomendar algún IC de administración de batería LiPo en particular, o el que mencioné es adecuado? Y en cuanto a las marcas LiPo, estoy totalmente de acuerdo. Sospecho mucho de las marcas chinas, pero Turnigy tiene excelentes reseñas en los sitios de RC. ¿Es alarmantemente económico para usted $1,50 por un solo celular?
Aquí está la celda que estoy mirando: es una celda Turnigy nano-tech de 650 mAh, por alrededor de $ 2: hobbyking.com/hobbyking/store/…
Las baterías LiFePo se gestionan de forma similar a las LiPo y se dice que son más seguras.
@AndreKR gracias, me había olvidado de eso y había leído sobre ellos brevemente antes. Gracias por la sugerencia, agregaré LiFePO4 a mi lista e investigaré un poco más.

He usado 14500 LiFePO4 ("LFP") de tamaño AA con gran efecto en los últimos meses mientras viajaba, y los encontré casi a prueba de balas para dispositivos tales como instrumentos, afeitadoras, linternas, cámaras digitales Canon y cargadores de teléfonos celulares de emergencia. Su única preocupación es mantener la cabeza despejada cuando usan un lugar que contiene celdas "ficticias", de lo contrario, varios LFP podrían instalarse inocentemente y, por lo tanto, sobrecargar el dispositivo. Es posible que se le advierta de esto en una afeitadora de batería hiperactiva, pero -YIKES-imagine 2 x 3.2V LFP AA haciendo travesuras en una cámara que esperaba 2 x pilas alcalinas de 1.5V...

Aunque los dispositivos AA como las cámaras digitales dejan de funcionar de todos modos con voltajes más bajos, el brillo de un LED blanco en paralelo conmutado coincide perfectamente con el nivel de voltaje LFP: deje de usar el dispositivo y recargue el LFP cuando el LED se atenúe (~ 2.7V). Un cargador inteligente USB importado de ~US $ 7 ha sido ideal ; no vale la pena hacer uno propio a precios tan bajos. Consulte mi Instructable => http://www.instructables.com/id/Single-AA-LiFePo4-cell-powered-project-in-a-parti/

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