Integrar la batería y el cargador de batería con mi proyecto: nunca quiero quitar las baterías de este dispositivo para cargarlas, ¿cómo hago eso?

(Solía ​​diseñar y construir dispositivos electrónicos: HiFi, automatización, sistemas digitales hasta e incluyendo controladores basados ​​en CPU, por lo que tengo una buena comprensión de los conceptos básicos. Dejé de involucrarme en el campo hace unos 15 años, así que mi conocimiento de lo que está actualmente disponible en términos de componentes es bastante brumoso).

El dispositivo es un controlador para un instrumento científico. Quitar las baterías para cargar de vez en cuando será engorroso. Además, quiero una transición perfecta entre las baterías y la CA (bueno, no CA en sí, sino CC externa a un voltaje más alto).

La batería debe ser de 12 V o un poco más alta. En términos de cuánta energía necesita almacenar, algo como una pequeña batería de computadora portátil debería ser suficiente.

Entonces, básicamente, necesito integrar el circuito de carga de la batería con el dispositivo. La batería no será (fácilmente) extraíble. El dispositivo proporcionará un puerto para un suministro de CC externo para cargar. El cambio entre la batería interna y la CC externa debe ser continuo. Debe manejar automáticamente todas las tareas relacionadas con la carga de la batería (regular la corriente, detener la carga cuando está completamente cargada, detener el dispositivo cuando está completamente descargado y no hay CC externa, etc.). Indicando el nivel de carga actual sería bueno.

¿Alguna sugerencia?

Estoy bastante seguro de que podría usar una batería de computadora portátil real para este propósito, simplemente no sé cómo conectarla.

¿Puedo usar 4 x LiPo o 4 x 18650 elementos en serie? Tendría que usar algún tipo de cargador / controlador de batería, estoy bastante seguro de que tal cosa ya existe, simplemente no sé por dónde empezar a buscarlo. Sé que estos elementos son delicados.

Cualquier ayuda será apreciada, gracias.

Es probable que una batería para computadora portátil sea una buena opción si las características de iones de litio le convienen. Estos pueden tener 2 o 3 o 4 celdas en serie. Algunos proporcionan acceso a todos los puntos de conexión celular, otros no. Aquellos que no lo tengan pueden tener un controlador interno para mantener el equilibrio celular.

Si se trata de una aplicación única o de bajo volumen, es posible que desee considerar el uso de cualquier computadora portátil relacionada. Si esto es para uso de gran volumen, Digikey y otros venden una gama de circuitos integrados adecuados. Una alternativa es usar menos celdas y un convertidor de impulso. Hay muchas baterías LiPo de celda única disponibles para tabletas / teléfonos / pdas / .... Hay numerosas baterías de 2 celdas disponibles para cámaras. Por lo general, son más caros por capacidad a menos que compre baterías del mercado de accesorios. Una ventaja de la batería de la cámara es que generalmente hay cargadores de bajo costo disponibles para el mercado de accesorios que se dirigen a un tipo particular de batería de la cámara y que hacen un buen trabajo [tm] de carga de la batería. El precio de tales cargadores suele ser lo suficientemente bajo como para que la incorporación de un cargador comercial en un producto sea $ atractivo.

Si desea un mínimo de 12 V, necesitará 4 celdas de iones de litio, aproximadamente un mínimo de 12 V (usted elige) y un poco menos de 17 V completamente cargadas.

Una posible alternativa son las células selladas de plomo y ácido. Más barato por capacidad pero menores densidades de masa y volumen de energía y menor vida útil del ciclo en el uso de descarga profunda.

El LiFePO4 (Ferrofosfato de litio) tiene un voltaje por celda más bajo que el LiIon y una densidad de energía más baja, pero potencialmente una vida útil del ciclo mucho mayor. El LiFePO4 a largo plazo ofrece el mejor ciclo de costo pero el precio inicial es alto.

NiMH: no recomendado.

Adicional:

Florin comentó:

Dado que en esta etapa no necesito mucha energía almacenada en la batería, la idea de un solo circuito de refuerzo de celda de litio + suena realmente atractiva, especialmente porque puedo encontrar fácilmente un módulo de limpieza que cargue mientras también alimenta CC a mi dispositivo . Por supuesto, ahora tengo que encontrar un refuerzo adecuado; idealmente algo basado en un IC con pocos componentes a su alrededor. Los requisitos de amperaje son bastante escasos. Necesito construir dos, uno para 5V y otro para 12V.

Este IC proporcionará hasta 80 mA a 18V (100 mA + AT 12v) o 280 mA a 5V de una sola celda LiIon o LiFePO4. En stock en Digikey por ~ $ 2/1.

Convertidor CC / CC síncrono escalonado TI / NatSemi LM4510 con aislamiento de apagado verdadero

La eficiencia es "OK" en un rango de carga razonable.

Y el circuito ofrece un nivel soportable de complejidad.

Se encuentra disponible un kit de evaluación, cuya PCB ofrece buenos indicadores para un diseño adecuado:

Una sola célula de iones de litio o LiFePO4 alimentará este pozo. Este último tiene una menor densidad de energía, pero tiene la ventaja de un ciclo más largo y mejores modales en la mesa en general. Una celda Li-ion 18650 (como se usa en la mayoría de los paquetes de baterías para computadoras portátiles) dará alrededor de 7 a 9 Wh cuando sea nueva o diga 6 Wh después de la conversión de impulso. Una celda LiFePO4 18650 dará aproximadamente el 50% del contenido de energía de una celda estándar de iones de litio. Decir 3.5 a 4 vatios hora.