Estoy tratando de construir un descargador de batería de litio-ion

Question

La forma en que quiero que funcione es descargar lentamente el lipo hasta el voltaje de almacenamiento y luego detenerme. Creo que la mejor manera de hacer esto es usar un TL431 para controlar el corte de voltaje y usar un resistor de potencia y un LED de estado como carga. Realmente no entiendo completamente cómo calcular los valores adecuados de la resistencia. He hecho algunos cálculos y obtenido lo que creo son los valores correctos, pero quería una verificación de cordura. A continuación se muestra una imagen del esquemático que he dibujado.

Answer 1

Resulta que tenía las piezas por ahí, así que hice y probé un circuito similar al que dibujaste. He publicado el esquemático exacto, actualmente en una placa de pruebas, así como un esquemático equivalente a continuación.

Esquemático detallado

simula este circuito – Esquemático creado usando CircuitLab

Esquemático simplificado (con los paquetes de resistencias condensados a valores equivalentes)

simula este circuito

Para usar: conecta la batería, presiona el botón, espera.

(Nota que el AZ431 es la versión de Diodes Incorporated del TL431 y es, hasta donde puedo decir, funcionalmente equivalente en todos los aspectos prácticos)

Dos diferencias principales respecto a tu circuito: añadí un MOSFET de canal P para hacer un interruptor de retención y también cambié los valores de las resistencias en general, por diversas razones. Si tienes las resistencias enumeradas por ahí, puedes usarlas, pero asegúrate de que su capacidad de potencia sea suficiente. En particular, la ecuación de potencia a usar es \$V^2/R\$, que para tu resistencia de carga sería de 656mW (16,8V*16,8V/430Ohm). La mayoría de las resistencias estándar son calificadas de 1/4W, lo cual estaría muy fuera de especificación.

También reduje los valores de las resistencias divisoras de tensión en un orden de magnitud, por dos razones. Primero, el TL431 consume algunos uA de corriente en el pin de referencia, por lo que una impedancia más baja significa un offset menor para la salida. Segundo, el propósito entero del circuito es drenar corriente, por lo que menos resistencia es mejor.

Las resistencias de carga de 2.2k deberían consumir alrededor de 125mW de potencia como máximo, muy dentro de la especificación. Puedes añadir más resistencias de 2.2k en paralelo para una descarga más rápida; cada una absorberá alrededor de 7.5mA de corriente. La resistencia del LED de 1k está un poco justa con alrededor de 225mW, pero si la aumentas a 2.2k, solo significaría ~7mA para los LEDs, lo cual es bastante mediocre.

Notarás que añadí un LED rojo opuesto al verde. Esto funciona como indicador de tensión inversa, ya que tanto el TL431 como el MOSFET conducirán si están polarizados de manera inversa. Esta es la única protección de polaridad en el circuito, aunque si sientes la necesidad, podrías modificar el circuito alrededor del MOSFET de la siguiente manera:

simula este circuito

Un segundo MOSFET con el drenador y la fuente invertidos bloqueará el flujo de corriente inverso sin afectar perceptiblemente la tensión medida, mientras que cualquier diodo estándar servirá para bloquear la corriente inversa a través del TL431.

Cuando probé el circuito real, mis resultados fueron los siguientes. Con la batería orientada correctamente, el circuito consume 57mA a 16.8V, en buen acuerdo con el valor calculado de 54mA. Descargar una lipo a la tensión de almacenamiento típicamente implica colocarla al ~30-40% de la capacidad nominal en mAh, por lo que para una batería de 2200mAh este proceso tomaría alrededor de 24 horas con este circuito. Puedes acelerar el proceso agregando más resistencias de carga en paralelo o reduciendo su resistencia (verifica primero su capacidad de potencia).

Cuando ajustas la tensión hacia abajo, el circuito se desconecta en la transición de 15.00V a 14.99V, nada mal para resistencias de tolerancia del 5%. El uso del MOSFET significa que cuando el circuito se apaga, no se consume corriente. (Cualquier corriente residual es tan baja que literalmente está más allá de mi capacidad de medición; mi multímetro reporta 000.0uA).

Si la batería se invierte, el circuito consume 54mA, con la notable desventaja de que solo está 'controlado' por la ley de Ohm. Si estás usando conectores como XT60s, será bastante difícil polarizar el circuito de manera inversa, pero si solo estás enchufando cables en el conector de balance, recomiendo al menos poner un LED indicador en el circuito (el rojo) o usar la modificación de protección de polaridad mencionada anteriormente.

Por último, puedes agregar un minivoltímetro de dos cables en el lado de carga del circuito si deseas ver la tensión en tiempo real y también drenar un poco más de corriente. Se pueden conseguir por menos de 10$ en diversas tiendas en línea.