Circuito de fim de carga para bateria de lítio 2S
Como vários amigos me pediram um circuito para fazer o fim de carga de uma bateria de lítio 2S (duas células 18650 em série), com corte próximo de 8,4 V, decidi adaptar um circuito que já utilizamos em outros projetos.
Neste projeto experimental, como não tinha um diodo Zener de 8,4v, decidi usar um TL431 para detectar a tensão da bateria e realizar o corte ou finalizar a carga por meio de um relé.
O circuito foi montado e testado e aprovado na bancada, mas é importante entender suas limitações antes de utilizá-lo. Ele não substitui um carregador profissional de Li-ion com controle CC/CV e proteção adequada.
Se for montado e ajustado corretamente respeitando suas limitações, ele vai servir para finalizar a carga de uma bateria de 8,4v 2S de forma segura e razoavelmente precisa.
Se você quiser montar e testar o circuito, recomendo ler toda esta postagem antes de começar.
Vídeo de Funcionamento
Esquema Eletrônico
Informações Importantes
Sobre o circuito
Este é um circuito experimental de fim de carga para uma bateria de lítio 2S, formada por duas células 18650 em série, com tensão de corte ajustada para aproximadamente 8,4 V.
Alimentação do Circuito
O circuito não realiza nenhum controlde de corrente, por isso para carregar sua bateria de forma segura usamos uma fonte de alimentação aproximadamente 9 a 9,5 V de baixa corrente entre 300 mA a 1 A.
O funcionamento e estabilidade pode variar de acordo com a fonte, a bateria, os fios e a qualidade das conexões.
Atenção à montagem
Embora o circuito tenha sido montado na protoboard durante os testes, não recomendo utilizar a protoboard para a montagem definitiva.
As conexões que levam a corrente até a bateria devem estar bem firmes e, preferencialmente, soldadas em uma placa, utilizando fios e trilhas adequados. Mau contato, fios muito finos ou conexões frouxas podem provocar quedas de tensão e dificultar bastante o ajuste do ponto de corte.
Por isso, faça primeiro os testes e ajustes com cuidado e, depois que o circuito estiver funcionando corretamente, faça uma montagem definitiva e repita os testes.
Ajuste da tensão de corte
O ajuste do trimpot deve ser feito com bastante cuidado.
Durante os testes nos primeiros ciclo de carga, acompanhe a tensão diretamente nos terminais da bateria. Quando a tensão estiver próxima do valor desejado, ajuste o trimpot lentamente até que o circuito realize o corte. Se cortar antes, deslique o circuito, ajuste o trimpot e realize novo teste até se aproximar do ponto desejado.
Depois de encontrar o ponto de ajuste, reinicie o circuito e repita os teste para verificar se o corte acontece novamente próximo da mesma tensão.
DICA: O corte vai ocorrer quanto a tensão do pino de referência do TL431 estiver em aproximadamente 3,2v (2,5v do TL + 0,7v de queda de tensão base emissor do transistor). Portanto pode usar uma fonte ajustável regulada em 8,4v para alimentar o circuito sem a bateria, e ajustar o trimpot até que a tensão no pino 1 do TL431 (referência) esteja próxima a 3,2v.
Esse procedimento pode precisar ser repetido algumas vezes até encontrar um ajuste estável.
Capacitor
No protótipo apresentado no vídeo foi utilizado um capacitor eletrolítico de 1000 µF.
Dependendo da montagem, também podem ser experimentados valores menores, como 100 µF, 220 µF ou 470 µF, observando o comportamento do circuito e escolhendo o valor que apresentar melhor resultado na sua montagem.
Bateria e corrente de carga
Quando são utilizadas várias células em paralelo, a corrente disponível é dividida entre elas, de acordo com as características e o estado das células. Isso pode reduzir o esforço sobre cada célula e alterar o comportamento da tensão durante a carga.
Por isso, o resultado pode ser diferente dependendo da quantidade, capacidade e estado das células utilizadas.
Relé
Nos testes apresentados foi utilizado um relé de 12 V, que conseguiu permanecer acionado mesmo com a tensão reduzida (8v) durante o funcionamento do circuito.
O comportamento de outros modelos de relé pode ser diferente. A tensão nominal da bobina não é, sozinha, garantia de que o relé irá armar com a tensão disponível no circuito. Se utilizar outro modelo, faça os testes antes da montagem definitiva.
Se não funcionar com seu rele de 12v, pode tentar com rele de 5v.
Componentes utilizados
1 × TL431
1 × transistor NPN TIP31C
1 × relé de 12 V
1 × LED
1 × capacitor eletrolítico de 1000 µF
1 × resistor de 20 kΩ
1 × resistor de 10 kΩ
1 × resistor de 2 kΩ
1 × resistor de 1 kΩ
1 × trimpot 5K para ajuste da tensão de corte
1 x diodo 1n4007 (paralelo com a bobina do relé)
O transistor utilizado no protótipo é o TIP31C. Caso queira substituir esse componente, pode usar qualquer outr NPN desde que respeite a pinagem do transistor escolhido.
BMS
Este circuito somente finaliza a carga, baseado na tensão final da bateria e não realiza nenhum balanceamente entre os S. Por isso para maior proteção você precisa ter uma placa de balanceamente (BMS) sua bateria, assim como se exige de todas as baterias de lítio que tem conexões em série.
Importante
Este é um projeto experimental. Ele foi montado e testado na bancada, mas o comportamento pode variar conforme sua fonte, a bateria, o relé, os fios e a qualidade da montagem, sem falar na tolerância dos componentes.
O circuito não deve ser considerado um carregador profissional de baterias de lítio e não substitui um carregador CC/CV adequado nem os sistemas de proteção recomendados para células Li-ion.
Antes de utilizar o circuito com suas próprias baterias, faça vários testes e confirme com um multímetro a tensão real de corte diretamente nos terminais da bateria.
Se você montar este circuito, conte nos comentários como foi o resultado, qual bateria e qual fonte utilizou e se precisou fazer algum ajuste diferente.
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