Comportamiento extraño de baterías Ni-MH

[Belhart]

De nuevo muchas gracias por tus aclaraciones, Emilio! Espero disponer de tiempo este domingo para realizar un primer prototipo. Si me lo permites, quería hacerte algunas preguntas:

1) El LED que colocas a la salida del operacional ¿es solo para visualizar el estado del cargador o tiene alguna otra función?. Lo digo porque ésta electrónica irá encerrada en un compartimento que no será visible para el usuario y, si solo es para eso, veo innecesario sacar cables para colocar el led en la carcasa. Para hacer las pruebas con el primer prototipo, ya conectaría un led+resistencia en el segundo circuito de K1 para visualizar claramente el estado de la carga.

2) Quería evitar la utilización de trimmers (aunque si no hay más remedio, lo pondré) porque, si todo va bien, tendremos que fabricar bastantes unidades y, si consiguiese valores fijos, el montaje final sería menos laborioso. Puedo hacer la prueba con un trimmer y tratar más tarde de sustituirlo por el valor fijo (aprox) de resistencia que obtenga del ajuste. ¿Crees que sería fiable hacerlo así? Soy consciente de que cada componente tiene una pequeña desviación respecto de los otros y que a veces es difícil estandarizar, pero si consiguiese un valor fiable sería de mucha ayuda.

3) K2 no es otro relé. Es el pin de desconexión que incorpora el conector hembra al que va conectado el alimentador de 9V. De esa forma, se permitirá el cambio de tensión que necesito en el circuito externo (6V si funciona a baterías y 9V si funciona con el alimentador conectado). Quizás el esquema no es muy aclaratorio pero fíjate que el contacto NA de ese conector está puesto a 9V, de forma que cuando se conecta el conector del alimentador, desconecta la alimentación de 6V del circuito externo y lo pone a 9V.

4) Si coloco una resistencia de 5,6 Ohm en lugar de 5 Ohm rebajaré un poco la corriente de carga (unos 223 mA si no me equivoco) y aumentaré el tiempo de carga, pero también conseguiré que se caliente menos el regulador (estará encerrado, aunque ya dispondré algunos orificios de ventilación). En ese caso, el regulador deberá disipar unos 335 mW. ¿Debería usar un radiador o será suficiente con la superficie metálica del LM-317?

Gracias anticipadas y saludos!

Mensaje automáticamente combinado: Feb 19, 2021

Vaya! Acabo de publicar un mensaje. Después lo he editado para aclarar algo y me ha desaparecido... En fin, tocará repetirlo...

Como decía anteriormente, muchas gracias de nuevo por tus comentarios y aclaraciones Emilio! Espero disponer de tiempo este próximo domingo para montar un primer prototipo y comprobarlo. En cualquier caso, si me lo permites, quería plantear algunas dudas:

1) El LED que colocas a la salida del operacional ¿es solamente para visualizar el estado del cargador o tiene alguna otra función? Si solo es para visualizar, prescindiría de él, porque en el montaje final el usuario no tendrá acceso a la placa y veo innecesario sacar cables para colocar el led en la carcasa. Para probar el prototipo, por supuesto que usaré un led en este punto o usando el segundo circuito de K1.

2) La resistencia de 5 Ohm la cambiaría por una de 5,6 de forma que baje un poco la corriente de carga (unos 220 mA) y se alargue un poco el tiempo total de carga. Pero también conseguiré rebajar un poco la temperatura del LM-317 que en estas condiciones deberá disipar (si no me confundo) unos 335 mW. Con esa potencia a disipar crees que será necesario un radiador o será suficiente con la superficie metálica del regulador?

3) K2 no es realmente un relé. De hecho utilizo el pin de desconexión del conector hembra al que se conecta el alimentador de 9V. Cuando insertas el conector del alimentador, la tensión que se aplica al circuito externo pasa de 6V (de las baterías) a 9V (del alimentador) a través del contacto NA de K2.

Esperemos que no se borre ahora (por si acaso lo copio todo...)

Gracias anticipadas y saludos.

Mensaje automáticamente combinado: Feb 19, 2021

Vaya lío!!! Ahora sí aparece el mensaje anterior... en fín...

 

[emilio177]

De nuevo muchas gracias por tus aclaraciones, Emilio! Espero disponer de tiempo este domingo para realizar un primer prototipo. Si me lo permites, quería hacerte algunas preguntas:

1) El LED que colocas a la salida del operacional ¿es solo para visualizar el estado del cargador o tiene alguna otra función?. Lo digo porque ésta electrónica irá encerrada en un compartimento que no será visible para el usuario y, si solo es para eso, veo innecesario sacar cables para colocar el led en la carcasa. Para hacer las pruebas con el primer prototipo, ya conectaría un led+resistencia en el segundo circuito de K1 para visualizar claramente el estado de la carga.

2) Quería evitar la utilización de trimmers (aunque si no hay más remedio, lo pondré) porque, si todo va bien, tendremos que fabricar bastantes unidades y, si consiguiese valores fijos, el montaje final sería menos laborioso. Puedo hacer la prueba con un trimmer y tratar más tarde de sustituirlo por el valor fijo (aprox) de resistencia que obtenga del ajuste. ¿Crees que sería fiable hacerlo así? Soy consciente de que cada componente tiene una pequeña desviación respecto de los otros y que a veces es difícil estandarizar, pero si consiguiese un valor fiable sería de mucha ayuda.

3) K2 no es otro relé. Es el pin de desconexión que incorpora el conector hembra al que va conectado el alimentador de 9V. De esa forma, se permitirá el cambio de tensión que necesito en el circuito externo (6V si funciona a baterías y 9V si funciona con el alimentador conectado). Quizás el esquema no es muy aclaratorio pero fíjate que el contacto NA de ese conector está puesto a 9V, de forma que cuando se conecta el conector del alimentador, desconecta la alimentación de 6V del circuito externo y lo pone a 9V.

4) Si coloco una resistencia de 5,6 Ohm en lugar de 5 Ohm rebajaré un poco la corriente de carga (unos 223 mA si no me equivoco) y aumentaré el tiempo de carga, pero también conseguiré que se caliente menos el regulador (estará encerrado, aunque ya dispondré algunos orificios de ventilación). En ese caso, el regulador deberá disipar unos 335 mW. ¿Debería usar un radiador o será suficiente con la superficie metálica del LM-317?

Gracias anticipadas y saludos!

1.--- Cuando necesites apagar rele.. el voltaje en salida 741 deberá ser 9v.. pero eso es imposible.. te puede marcar 8v si restas en base de transistor.. 9v-8v te da 1v si sabes.. el transistor se activa con 0.7v.. osea va a estar activado transistor en todo momento.. el led absorbe
2.- El primero hazlo con trimmer para efectos de prueba... una vez que estes claro lo fijas a un voltaje con el zener
3.-- No te entendi... pero veo el diagrama... no puedes pasar la corriente por dos rele.. despues de hago correccion de reles para ebitar doble rele.. osea no te estoy diciendo que no uses dos rele... pero no optimo pasar corriente por dos rele
5.-- Arma el circuito... si te quemas la mano al tocar el regulador le pones disipador. si puedes pones esa resistencia.. no afecta nada

 

[Belhart]

Genial! Te informaré (os informaré) puntualmente de los resultados.

Saludos!!!

 

[emilio177]

Me dices que quieres hacer varios.. si usas un comparador con salida colector abierto ejm: lm311 lm393 y otros estos no entregan voltaje en la salida.. ve sus datasheet configuración interna para no explicar mucho por aquí.... con estos integrados no necesitas led
Modifique conexion en reles

 

[Belhart]

Entendido!!!

Mensaje automáticamente combinado: Feb 19, 2021

Disculpa Emilio, pero estoy revisando y... no entiendo lo del LED. Puedes hacerme un dibujo de cómo colocarlo y explicarme cual es su función? Lo he dibujado interpuesto entre operacional y R5, con resistencia a masa y con resistencia a positivo y no hay forma de entenderlo en ninguna de las tres configuraciones. Quizás mi mente esté más espesa de lo normal esta tarde...

 

[emilio177]

Entendido!!!

Mensaje automáticamente combinado: Feb 19, 2021

Disculpa Emilio, pero estoy revisando y... no entiendo lo del LED. Puedes hacerme un dibujo de cómo colocarlo y explicarme cual es su función? Lo he dibujado interpuesto entre operacional y R5, con resistencia a masa y con resistencia a positivo y no hay forma de entenderlo en ninguna de las tres configuraciones. Quizás mi mente esté más espesa de lo normal esta tarde...

El led absorbe voltaje.. para que cuando quieras desactivar rele..la salida de el 741 jamas va a llegar 0v 9v...
aqui led

 

[Belhart]

Mil disculpas. Surgió la urgencia (como siempre cuando te concentras en algo. Murphy no falla).

Mañana tengo trabajo, pero espero poder avanzar el domingo.

Gracias por todo!

 

[Belhart]

Buenos días! He montado una parte del circuito en protoboard para tratar de determinar la histéresis adecuada. Sin histéresis funciona perfectamente, pero no querría que estuviese oscilando todo el tiempo. He llegado a esta configuración (que no estoy seguro que sea la más adecuada):



Al zener, para que me dé una tensión lo más aproximada a 6,2 V (6,21 V) he tenido que ponerle una resistencia de 12K.
La histéresis intento que sea de aproximadamente 0,1 V (desconexión a 6,35V y conexión a 6,25V). Con los valores de 330 Ohm y 33K me acerco bastante. Quizás tenga que desplazar un poco el punto central.
Pero lo que me preocupa, es que una vez montado y utilizando un alimentador comercial externo de 9V, la tensión del alimentador podrá variar bastante de una a otra unidad y tengo la sensación de que perderé toda precisión que haya podido conseguir con la fuente de laboratorio.
Agradecería comentarios y, en su caso, si veis una forma más precisa de calcular la histéresis con la que me afecten menos los valores de tensión de entrada y las desviaciones de cada uno de los componentes.
Gracias!

 

[Belhart]

Con las pruebas que estuve haciendo ayer, saco algunas conclusiones (y veo que estaba confundido en muchas cosas):

Aislando la fuente de corriente y probándola por separado (con resistencia entre Vo y Adj de 5,6 Ohm), veo que si la tensión de alimentación es de 9V, la carga de las baterías empieza aproximadamente por 180 mA pero al poco tiempo va descendiendo hasta estabilizarse más o menos entre 70 y 80 mA. Si la tensión de entrada es de 12V, la corriente se estabiliza en unos 220 mA. La tensión en la resistencia no es la adecuada (1,25V) hasta que no uso los 12 V. Por ejemplo, trabajando a 9V, dicha tensión es de unos 0,8V lo cual justifica que la corriente de carga no sea la adecuada.

Estaba totalmente confundido respecto a la tensión de las baterías. No hay más remedio que esperar a que estén a plena carga para ver en qué tensión están en ese momento y calcular el punto de corte del relé y la histéresis entre la tensión de desconexión y la de re-conexión. Creo que, en general, hay que replantearlo todo, porque no contaba con que el alimentador externo tuviese que ser de 12 V y eso afecta al circuito externo que tengo que alimentar.

Habrá que seguir dedicando horas al tema...

Emilio, me puedes echar una mano? Tienes experiencia en el tema de la carga de baterías? En qué valores pondrías la tensión de desconexión del cargador? Es decir, a qué tensión debería considerar que las baterías están a plena carga?

¿Cómo podría reducir la tensión de alimentación del circuito externo de 12V a 6V (o a 9V, aunque lo ideal seria a 6V) sin generar mucho calor?

Gracias!

 

[switchxxi]

Con las pruebas que estuve haciendo ayer, saco algunas conclusiones (y veo que estaba confundido en muchas cosas):

Aislando la fuente de corriente y probándola por separado (con resistencia entre Vo y Adj de 5,6 Ohm), veo que si la tensión de alimentación es de 9V, la carga de las baterías empieza aproximadamente por 180 mA pero al poco tiempo va descendiendo hasta estabilizarse más o menos entre 70 y 80 mA. Si la tensión de entrada es de 12V, la corriente se estabiliza en unos 220 mA. La tensión en la resistencia no es la adecuada (1,25V) hasta que no uso los 12 V. Por ejemplo, trabajando a 9V, dicha tensión es de unos 0,8V lo cual justifica que la corriente de carga no sea la adecuada.

Asumo que te refieres al circuito del LM317 en modo de fuente de corriente constante. Ten presente que conectas a la salida para hacer las pruebas.

Si es una resistencia de valor medio alto, digamos 20 Ohms, a 214mA (5,6 ohms en la resistencia del LM317) va a crear una tensión sobre la resistencia de carga de: 20ohms * 214mA = 4,3v. Si al LM317 lo alimentas con 6v estas al limite de la tensión mínima a la que regula (La tensión de entrada tiene que ser mas alta que la de salida).

No digo que lo estés alimentando con 6v y que estés usando resistencias, lo mismo pasara usando baterías (solo que acá, en vez de hacer cálculos con la resistencia, mide la tensión de las baterías en conjunto), haz los cálculos para tu caso para descartar que ese no sea el problema.

 

[Belhart]

Asumo que te refieres al circuito del LM317 en modo de fuente de corriente constante. Ten presente que conectas a la salida para hacer las pruebas.

Si es una resistencia de valor medio alto, digamos 20 Ohms, a 214mA (5,6 ohms en la resistencia del LM317) va a crear una tensión sobre la resistencia de carga de: 20ohms * 214mA = 4,3v. Si al LM317 lo alimentas con 6v estas al limite de la tensión mínima a la que regula (La tensión de entrada tiene que ser mas alta que la de salida).

No digo que lo estés alimentando con 6v y que estés usando resistencias, lo mismo pasara usando baterías (solo que acá, en vez de hacer cálculos con la resistencia, mide la tensión de las baterías en conjunto), haz los cálculos para tu caso para descartar que ese no sea el problema.

Muchas gracias por tu aportación switchxxi! Sí, me refería a la fuente de corriente formada por el LM-317 y la resistencia de 5,6 Ohm.

Creo que tienes toda la razón. Hoy por la mañana he dejado las baterías cargando a esos aprox. 220 mA (probablemente los 214 mA que mencionas, con ligeras desviaciones debido a la tolerancia de la resistencia) y, cuando he llegado a casa hace un rato, he medido la tensión de las baterías y está en algo más de 7,3 V (si las desconecto del cargador llegan aprox. a 6,98 V). A este nivel de carga, la tensión de entrada que debería ser de, al menos 3 Voltios más que la de las baterías, tendría que ser como mínimo de 10,3 V. Por lo tanto, es lógico que a 9V cargue de forma irregular y cada vez vaya descendiendo más la corriente hasta estabilizarse en 70-80 mA. He hecho la prueba ajustando la fuente a unos 10,3V y la corriente se mantiene constante en 220 mA (en el display de la fuente que no es excesivamente exacto; si le interpongo un amperímetro analógico ya estoy falseando la medición por la resistencia de la bobina del amperímetro). Si bajo de ese valor (por debajo de 10,3-10,4 V), la tensión en la resistencia se viene abajo y consecuentemente la corriente desciende de forma brusca.

En consecuencia, tengo que rediseñar el circuito externo para que me funcione bien a 6V y a 12V (aunque siempre puedo reducir un poco los 12V aunque sea con algún diodo que disipe bastante potencia.

La duda que me queda (una de ellas) es a qué tensión debería cortar la carga de las baterías. Creo recordar que Emilio comentó que una batería individual no debería sobrepasar los 1,4V, pero no sé si se refería a la batería en carga o una vez desconectada del cargador. No tengo demasiada idea de cual es la tensión a la que llegarán a plena carga estando conectadas al cargador. Quizás le ponga el punto de corte a 7,1-7,2V y el de rearme por debajo de 7V, a menos que alguien me lo plantee de otra forma.

Lo siguiente será tratar de reducir un poco la tensión de alimentación del circuito externo, aunque sea bajándola un par de Voltios, sin que se genere mucho calor, porque esta electrónica tiene que ir encerrada en un pequeño compartimento de 7,5 x 5 x 2 cm con algunos orificios laterales para tratar de ventilar algo. Dado que el consumo es bastante elevado (entre 800 y 1000 mA) cualquier solución tipo 78xx me dará problemas de disipación (y colocar un conversor DC/DC de AliExpress no parece muy recomendable...)

En cualquier caso, si alguien tiene alguna idea y le apetece compartirla, estaré muy agradecido.

De nuevo muchas gracias!

 

[switchxxi]

Lamentablemente, pongas lo que le pongas para bajar la tensión, si no es conmutado, generara calor. Ya sea resistencia, diodo, regulador lineal... Lo único que ganaras es sacarle el calor al LM317 pero ese calor que le sacas lo generas en otro lado, lo que es lo mismo, generas el mismo calor pero repartido.

Tal vez, si la temperatura es muy critica, te convenga replantearte todo e ir por un conversor buck de corriente constante. Hay muchos integrados que hacen todo y tienen, incluso, entrada de habilitación que puedes usar para apagalo cuando se completa la carga (Hay, eso si, que poner un circuito para ello).

Lo único que hay que tener en cuenta es que generalmente usan resistencia en serie a tierra para medir la corriente, pero, en tu caso, quizá no es problema si el circuito de carga tiene tierra independiente.

 

[Belhart]

Me temo que tienes toda la razón. Estaba pensando en un sistema del tipo PWM (Pulse width modulation) pero nadie me va a librar de que el transistor final se caliente. Seguro que reduciré la temperatura en general, pero no me libraré de ella al 100%. Lo he usado algunas veces para regular leds de cierta potencia, pero como en esos casos la electrónica no tenía limitación de espacio, le ponía un BD649 (Darlington) y un buen radiador. En fin, será cuestión de ir probando...

El tema del conversor buck, sinceramente lo desconozco. Buscaré información. Si me adelantas algo, siempre será de ayuda.

 

[emilio177]

Buenos días! He montado una parte del circuito en protoboard para tratar de determinar la histéresis adecuada. Sin histéresis funciona perfectamente, pero no querría que estuviese oscilando todo el tiempo. He llegado a esta configuración (que no estoy seguro que sea la más adecuada):

Ver el archivo adjunto 262702

Al zener, para que me dé una tensión lo más aproximada a 6,2 V (6,21 V) he tenido que ponerle una resistencia de 12K.
La histéresis intento que sea de aproximadamente 0,1 V (desconexión a 6,35V y conexión a 6,25V). Con los valores de 330 Ohm y 33K me acerco bastante. Quizás tenga que desplazar un poco el punto central.
Pero lo que me preocupa, es que una vez montado y utilizando un alimentador comercial externo de 9V, la tensión del alimentador podrá variar bastante de una a otra unidad y tengo la sensación de que perderé toda precisión que haya podido conseguir con la fuente de laboratorio.
Agradecería comentarios y, en su caso, si veis una forma más precisa de calcular la histéresis con la que me afecten menos los valores de tensión de entrada y las desviaciones de cada uno de los componentes.
Gracias!

No juegues con la curva del zener...la histeresis que sea de 1V... bien lo haces matemáticamente. o pones un potenciometro Rh para ajustAR 1v de efecto de histeresis...
Después que te funcione, lo optimizas y sacas el circuito que quieres

 

[emilio177]

Aislando la fuente de corriente y probándola por separado (con resistencia entre Vo y Adj de 5,6 Ohm), veo que si la tensión de alimentación es de 9V, la carga de las baterías empieza aproximadamente por 180 mA pero al poco tiempo va descendiendo hasta estabilizarse más o menos entre 70 y 80 mA. Si la tensión de entrada es de 12V, la corriente se estabiliza en unos 220 mA. La tensión en la resistencia no es la adecuada (1,25V) hasta que no uso los 12 V. Por ejemplo, trabajando a 9V, dicha tensión es de unos 0,8V lo cual justifica que la corriente de carga no sea la adecuada.

Mas que la corriente a la que se estabiliza.. debes informar el voltaje cuando tienes 70mA
Si pusiste 12v y se estabiliza a 220mA.. que voltaje?, pero no mires la corriente de estabilización.. debes mirar el voltaje.. las batería.. se considera cargada cuando llega a un cierto voltaje...

 

[switchxxi]

Estaba pensando en un sistema del tipo PWM (Pulse width modulation) pero nadie me va a librar de que el transistor final se caliente.

Si no leí mal el hilo son 6 baterías, si tomamos el peor caso, osea totalmente descargadas sería: 6 x 0,9v = 5.4v. Usando 12v para el regulador y 200mA nos da una disipación de: (12v - 5,4) * 200mA = 1.3W.

Eso, siempre y cuando, el circuito alimentado por las baterías, llegue a funcionar a esa tensión. Si corta antes, la diferencia de tensión baja y también la máxima disipación. Incluso eso también depende del consumo porque a partir de cierto punto la tensión se de desploma mucho antes (solo use el peor caso posible).

Deberías armar el circuito y probar si, montado en el PCB horizontalmente (Incluso un tornillo que lo sujete y haga contacto con la pista de cobre de salida -pin del medio-), con mucho cobre en el pin de salida, la temperatura se mantiene razonable. Teniendo en cuanta que esa temperatura no esta siempre presente, solo cuando la batería esta completamente descargada, a medida que se cargue la disipación disminuirá.

Has todas esas pruebas, en especial en que tensión deja de funcionar el aparato.

O, ahora que lo pienso, compra un regulador LDO .

 

[emilio177]

Emilio, me puedes echar una mano? Tienes experiencia en el tema de la carga de baterías? En qué valores pondrías la tensión de desconexión del cargador? Es decir, a qué tensión debería considerar que las baterías están a plena carga?

¿Cómo podría reducir la tensión de alimentación del circuito externo de 12V a 6V (o a 9V, aunque lo ideal seria a 6V) sin generar mucho calor?

El voltaje ya quedo claro 1.35v hasta 1.4v, con el trimmer puedes calibrar

 

[Belhart]

Si no leí mal el hilo son 6 baterías, si tomamos el peor caso, osea totalmente descargadas sería: 6 x 0,9v = 5.4v. Usando 12v para el regulador y 200mA nos da una disipación de: (12v - 5,4) * 200mA = 1.3W.

Son 5 baterías que suman 6V, pero de todos modos entiendo el razonamiento. Probaré lo que dices en relación a la disipación. Gracias!

No juegues con la curva del zener...la histeresis que sea de 1V... bien lo haces matemáticamente. o pones un potenciometro Rh para ajustAR 1v de efecto de histeresis...
Después que te funcione, lo optimizas y sacas el circuito que quieres

Anoche monté el circuito tal como lo planteaste y funciona muy bien después de ajustar los dos potenciómetros. El problema ahora será sustituir los potenciómetros por resistencias fijas porque el ajuste es bastante crítico si quiero conseguir una buena precisión. La resistencia de realimentación positiva la he dejado en 100K. Le coloco 15K entre el positivo de las baterías y la entrada no inversora y de ésta a masa otra resistencia de 6K8. Con eso consigo que la tensión de conexión sea de 5,7V y la de corte 6,9V. Quizás debería subir un poco la tensión central, pero de momento no lo he conseguido sin aumentar el número de resistencias (poniéndolas en serie o paralelo para aumentar o reducir su valor).

La tensión de zener (3V3) con la resistencia de 2K2 se mantiene estable en 2,140 V. Eso me suena extraño... Probaré a variar la resistencia...

Mensaje automáticamente combinado: Feb 24, 2021

En principio y a falta de hacer quizás alguna pequeña modificación, el circuito quedaría así:



V conexión= 5,7V
V corte= 6,9V

Quizás sería mejor ponerlo a 6V y 7V pero no acierto con las resistencias...

Voy a montarlo en placa de topos y seguiré probando...

 

[Belhart]

Circuito terminado y funcionando:



Después de probarlo a fondo, veo la necesidad de cambiar los valores de las resistencias para que corten a mayor tensión (quizás un poco por encima de 7V y rearmen también más arriba (6,2 - 6,3 V?). Si alguien me puede echar una mano con esto se lo agradeceré porque estoy un poco atorado con este tema. Tengo una histéresis más o menos adecuada (1,2 V aprox) pero debería desplazar los valores de tensión hacia arriba.

Por otro lado, detecto un problema más o menos leve: Si retiro las baterías y pretendo que el circuito funcione a 12V, el sistema se pone a oscilar (el relé ratea). Al no haber tensión de baterías y estar el contacto del relé cerrado, la entrada no inversora recibe la salida directa del cargador.

 

[Belhart]

Nuevo golpe bajo... Una vez todo construido y comprobado, conecto la alimentación del circuito externo (que consume alrededor de 1 Amperio) y todo se viene abajo. Los valores se modifican y el cargador deja de cargar... Utilizo una fuente de 3 Amperios y las baterías tienen una capacidad de 2500 mAh

Como esto siga así, tendré que replantearlo absolutamente todo...