Qualche anno fa ho acquistato una lampada di emergenza led ricaricabile molto compatta. Da qualche tempo però ha smesso di funzionare per via della batteria esausta. A tal proposito ho pensato di rimpiazzarla con due batterie agli ioni di litio 18650 recuperata da un power bank portatile per la ricarica dei cellulari.

Ho inserito sul pannello frontale due led (verde/rosso) per monitorare lo stato della carica e il connettore micro USB.

Questo tipo di batteria ricaricabile è molto comune e diffusa nei pack di batterie per PC portatili, infatti attorno all’anno 2000 ha sostituito completamente quelle a nickel/cadmio.

La tensione di lavoro delle batterie agli ioni di litio si aggira attorno i 3.6 – 3.7 volt, ragion per cui è sconsigliabile scaricarla oltre i 2.5 volt, soglia che renderebbe la cella inutilizzabile. Va caricata ad una tensione di 4.2 V – 4.3 V massimi, poiché una tensione maggiore la renderebbe pericolosamente soggetta ad esplosione. Quindi per poter rendere sicuro il processo di carica e scarica bisogna necessariamente utilizzare un circuito di controllo che evita il sovraccarico di corrente e scollega la batteria dal circuito al di sotto di una determinata soglia di tensione. Per fare ciò ho utilizzato il regolatore di carica siglato TP4056 combinato con il Mosfet siglato FS8205A per il controllo di carica e il chip di protezione DW01A.

Questi tre componenti accoppiati rendono il circuito caricabatterie delle seguenti caratteristiche:

  • Gestione della carica con Corrente costante/Tensione costante (CC/CV);
  • Protezione da sovra-scarica: il modulo impedisce che la batteria Li-Ion si scarichi sotto i 2.5 V, limite minimo necessario per mantenere la batteria in buone condizioni. Se la batteria connessa al modulo ha una carica inferiore a 2.4 V, il modulo interrompe il segnale di output che deriva dalla batteria fino a quando la tensione della batteria stessa non abbia raggiunto 3 V; a questo punto il modulo permette di nuovo la scarica della batteria;
  • Protezione da sovraccarica: il modulo carica la batteria Li-Ion in maniera sicura fino a 4.2 V;
  • Protezione da sovra-corrente e cortocircuiti: il modulo interrompe il segnale di output della batteria se il valore di scarica supera i 3 A o nel caso ci sia un cortocircuito;
  • Protezione all’avvio con soft-starter per limitare l’afflusso di corrente;
  • Carica di compensazione: se la tensione della batteria è inferiore a 2.9 V, il modulo utilizza una corrente di compensazione della carica di 130 mA, finchè la tensione della batteria non raggiunge la tensione di 2.9 V; a questo punto la corrente aumenterà gradualmente fino a raggiungere la corrente di carica impostata.

Passiamo al cablaggio elettrico, ho collegato le batterie in parallelo come in figura. In questo modo l’autonomia della torcia sarà maggiore, in quanto la capacità sarà doppia.

Ho inserito sul pannello frontale due led (verde/rosso) per monitorare lo stato della carica e il connettore micro USB.

Facendo qualche stima sul consumo di energia risulta quanto segue: considerando che la torcia possiede 40 led bianchi ad alta luminosità alimentati a 3 V ed assumendo che singolarmente assorbono 16 mA risulta che ogni led dissipa 48 mW. La potenza totale sarà circa 2 Watt. Quindi le batterie dovranno erogare circa 640 mA.

Se consideriamo che le batterie Li-ion che ho utilizzato possono fornire una corrente tipica di 2600 mAh, per conoscere la durata media ho seguito questi step:

  • Ho convertito la corrente assorbita da mA -> A, quindi 640 mA -> 0.64A;
  • Ho convertito la corrente erogabile dalla batteria da mAh -> Ah, quindi
    2600 mAh -> 2.6 Ah;
  • Ho calcolato l’autonomia della torcia in questo modo:
Autonomia = (capacità batteria / carico corrente) x (numero di batterie) 
Autonomia = (2.6 / 0.64) x 2 = 8 ore circa.

Ecco a voi la torcia in funzione:

Valerio Conicella