RENOVAR PACK DE BATERÍAS

Cambio de las baterías de Níquel-Cadmio por otras de Iones de Litio, en un taladro eléctrico. El conjunto de baterías original está compuesto por 12 elementos de Ni-Cd (1,2V), proporcionando el conjunto una tensión nominal de 14,4V. Al utilizar baterías de Li-ion (3,7V), sólo es necesario instalar 4 módulos. Se utilizan 4 baterías de tipo 18650, con una capacidad de 9800 mAh (según el fabricante, porque es falso). A pesar de que la capacidad real de estas baterías es mucho menor, estas baterías son perfectamente válidas para alimentar un destornillador eléctrico. Dentro del paquete de baterías se instala el módulo de protección y carga YH11047A, y se construye un soporte a medida con una impresora 3D. Este paquete de baterías es totalmente compatible con el original, y puede utilizarse el mismo cargador que venía con el taladro

Circuito de protección y carga: YH11047A

S-8254A

El circuito integrado S-8254A es un circuito de protección para baterías recargables de polímero de litio / iones de litio, para 3 ó 4  baterías en serie. Incluye un detector de voltaje de alta precisión y un circuito de retardo.

Esquema para 3 baterías

La serie S-8254A tiene el pin SEL para cambiar entre protección de 3 y 4 celdas. Cuando el pin SEL está a nivel bajo (VSS), la detección en la celda V4 se deshabilita y no se controla su estado. Así se puede utilizar este módulo para la protección de 3 celdas.

Esquema para 4 baterías

Cuando el pin SEL está a nivel alto (VDD), el módulo controla el estado de las 4 celdas.

Pineado del: S-8254A

Estado normal

Cuando el voltaje de cada una de las baterías está en el rango de VDLn a VCUn (2,5V … 4,25V) y la corriente de descarga es menor que el valor especificado (el voltaje del pin VINI es menor que VIOV1 y VIOV2, y el voltaje del pin VMP es más alto que VIOV3), los MOSFET de carga y descarga están encendidos.

Estado de sobrecarga

Cuando el voltaje de una de las baterías supera el valor VCUn (4,25 ± 0,25 V) y el estado se mantiene durante tCU o más tiempo, el pin COP se pone en alta impedancia. El pin COP se eleva hasta el voltaje pin EB + mediante la resistencia externa RCOP, y el MOSFET de carga deja de conducir para detener la carga. El condensador conectado en el pin CCT retrasa el tiempo de la detección de sobrecarga. El estado de sobrecarga finaliza  cuando se cumple una de las dos condiciones siguientes:

  1. El voltaje de cada una de las baterías desciende a VCLn (4,15 ± 0,5V) o más bajo.
  2. El voltaje de cada una de las baterías es VCUn (4,25 ± 0,25 V) o menor, y el voltaje del pin VMP es 39/40 × VDD o más bajo .

Cuando se conecta una carga externa, se inicia la descarga a través del diodo interno del MOSFET de carga.

Estado de sobredescarga

Cuando el voltaje de una de las baterías llega a ser más bajo que VDLn (2,50 ± 0,8 V) y el estado se mantiene durante tDL o más tiempo, el voltaje del pin DOP toma el valor de VDD, y el MOSFET de descarga deja de conducir para detener la descarga. El condensador conectado en el pin CDT retrasa el tiempo de la detección de sobredescarga.

YH11047A

El módulo de protección YH11047A monta el circuito integrado S-2854A con 4 transistores MOSFET de canal P. Este módulo permite el control de 4 baterías en serie y soporta un consumo constante de 10A, pudiendo llegar a 15A con disipador.Módilo: YH11047A

Construcción del conjunto

En este montaje he utilizado 4 baterías de Li-ion (3,7V)  tipo 18650. A pesar de que todo el conjunto, baterías y módulo de carga, puede conectarse soldando los cables y aislando el conjunto dentro de la carcasa de la batería, he optado por hacer algo más profesional.

Circuito de protección y carga montado

He diseñado un soporte a medida del hueco, para albergar las 4 baterías 18650 y el módulo de carga YH11047A. 

Portapilas cableado

Aunque las baterías podrían ir soldadas dentro del soporte, he utilizado los muelles y contactos de un portapilas viejo. De esta manera es muy fácil desmontar las baterías para comprobarlas o sustituirlas en caso de que alguna falle.

Soporte para las 4 baterías y su módulo de control

El fichero (.stl) de este  soporte lo puedes descargar desde el siguiente enlace:

Battery compartment for 4x 18650 batteries and its protection and charge control circuit

Construye un Reloj LED – EC1204B

Montaje de un reloj LED con esfera rotante. Este reloj se puede comprar en kit, circuito impreso y componentes, y es muy interesante para realizar prácticas de programación con micro-controladores. Como el micro-controlador ya se compra programado, también es un kit muy interesante para principiantes en electrónica. En este video se muestra el modo de alimentar el reloj con una batería reciclada de un PC. Para cargar la batería se utiliza un módulo de carga con protección (MT4056) y un sencillo módulo DC-DC para elevar la tensión de la batería hasta los 5 voltios que necesita el reloj. Para albergar todo el conjunto, se fabrica una caja a medida.

MONTAJE - Reloj LED
MONTAJE – Reloj LED

Para obtener una tensión estabilizada de 5V a partir de una batería de 3,7V, utilizamos un pequeño circuito conversor DC-DC de alta eficiencia.

Convertidor DC-DC (5V)
Convertidor DC-DC (5V)

El  control de la PFM es similar al control de PWM, porque ambos crean un tren de impulsos rectangulares para determinar la tensión de salida del regulador. Sin embargo, en lugar de alterar el ciclo de trabajo del tren de impulsos a una frecuencia fija para establecer el voltaje de salida, el PFM altera la frecuencia del tren de impulsos con un ciclo de trabajo fijo. Durante el funcionamiento del PFM, la potencia de salida es proporcional a la frecuencia media del tren de impulsos. El convertidor sólo funciona cuando la tensión de salida cae por debajo de la tensión de salida ajustada, en base a la medida del circuito de realimentación. El controlador aumenta la frecuencia de conmutación del convertidor, hasta conseguir que el voltaje de salida alcance un valor entre la tensión de salida ajustada y entre un 0,8 a 1,5 por ciento por encima. La ventaja del control PFM es la eficiencia significativamente mejorada con cargas bajas, porque hay períodos en los que los MOSFET’s cambian lentamente o nada en absoluto, reduciendo las pérdidas de conmutación. En algunos dispositivos, cuando se omiten los impulsos, el regulador está apagado por completo, reduciendo aún más su eficiencia.

Esquema del reloj: EC1204B
Esquema del reloj: EC1204B

Como podemos apreciar en el esquema del reloj, el micro-procesador se puede programar utilizando un interface serie (ISP).

ISP (In-system programming)
ISP (In-system programming)

También podemos observar que en este módulo de reloj se incluye un sensor de temperatura, controlado por un sólo hilo (DS1820), muy interesante para realizar prácticas con micro-controladores.

Esquema interno: DS1302
Esquema interno: DS1302

El corazón de este módulo (EC1204B) es el chip DS1302, encargado de controlar la cuenta del tiempo (fecha y hora), además de almacenar los datos de sus alarmas (hora y temperaturas) dentro de su memoria RAM. Este pequeño chip (DS1302) necesita tener conectado una pequeña pila, si queremos mantener en marcha el reloj y salvar los datos de configuración cada vez que desconectamos la alimentación del módulo.

DS1302 - Transferencia de datos
DS1302 – Transferencia de datos

Aunque en el video comento que las comunicaciones entre el DS1302 y el micro-controlador se realiza con dos hilos, en realidad son necesarios 3. Además de los dos hilos I/O y SCLK, la entrada de habilitación (CE) del chip DS1302 tiene una doble función, y no puede conectarse directamente a nivel alto como en otros dispositivos. El pin CE, como podemos observar en la imagen anterior, controla el inicio y fin del paquete de datos, y es necesario su control para poder enviar cadenas de datos  con longitud variable (Burst mode).

Linterna LED #2 – MEJORAS

Mejoras en la linterna de tipo LED, recargable y con ajuste de luz. Con el fin de proteger la batería frente a una descarga excesiva, se sustituye el módulo de carga por otro en el que se incluye dicha protección: TP4056 con protección. Con el fin de conocer el estado de carga de la batería, evitando que se apague la linterna sin previo aviso, se añade un sencillo indicador luminoso. Este video es la segunda parte del video en el que se modifica una linterna clásica, con pilas y bombilla de filamento: Linterna LED recargable y con ajuste de luz

Módulo TP4056, con protección
Módulo TP4056, con protección

El módulo TP4056 con protección, permite cargar baterías de  Li-ion (3,7V) y protegerlas frente a cortocircuitos, sobrecargas y sobre descargas. Este módulo incorpora el chip DW01A, encargado de controlar el estado de la batería, junto con el chip FS8205A (doble MOSFET) encargado de cortar la conexión entre la batería y la fuente de consumo.

FS8205A
FS8205A

El chip DW01A desconecta la salida cuando la tensión de la batería (bajo carga) se reduce hasta 2,4V. La reposición es automática, y sucede cuando la batería supera el valor de 3V. En la siguiente imagen podemos ver su esquema por bloques, así como la tabla con los umbrales de conexión y desconexión.

DW01A - Esquema por bloques
DW01A – Esquema por bloques

Como podemos observar en el esquema siguiente, la desconexión se efectúa por el terminal negativo. El polo positivo es el mismo terminal entrada-salida, aunque el módulo TP4056 diferencia los dos puntos de conexión.

Esquema: TP4056 con protección
Esquema: TP4056 con protección

Al utilizar el módulo MT3608 (Step Up Converter) como elevador de tensión, la luminosidad de la  linterna no dependerá del estado de carga de la batería, mientras tengamos una tensión superior a 2V . Esta ventaja se podría convertir en un problema, si no cargamos la batería antes de su tensión baje de 2,5V (la batería podría estropearse). Al montar en la linterna el módulo de carga: TP4056 con protección, protegemos la batería frente a posibles descuidos, por dejar la linterna encendida o no cargar la batería cuando se agota su capacidad útil.

Linterna #2 - Montaje
Linterna #2 – Montaje

El problema que podríamos encontrar ahora, es que nunca sabríamos el estado de carga de la batería… y es posible que se apagara de golpe la linterna cuando más la necesitamos. Para solucionar este inconveniente, podemos añadir un simple control visual para comprobar el estado de carga de la batería. Como podemos ver en el gráfico de montaje, el circuito está compuesto por un diodo LED de color blanco, dos diodos 1N4148 y una resistencia limitadora de 100 ohmios. Este diodo LED se conecta con el polo positivo de la batería y el negativo, pero este último lo tomamos después del interruptor de encendido de la linterna (observar el esquema anterior). Dependiendo de la tensión umbral de encendido del diodo LED, tendremos que añadir un número de diodos en serie, hasta conseguir el punto de encendido que necesitemos. En este montaje, el encendido del LED se produce cuando la tensión supera los 3V, y adquiere su brillo nominal cuando supera los 3,7V aproximadamente. Con estos valores, observando el nivel luminoso del LED, podremos conocer el estado de carga de la batería.