Lumino elettronico RIC
ARICABILE
Introduzione
L’evoluzione tecnologica ha portato un cambio di forme e soluzioni in tantissimi oggetti della nostra vita, non ultimi i lumini votivi. Non più fiamme libere o cera che cola magari sporcando quanto vi è al di sotto, ma tutto elettronico. Un bel progresso in termini di sicurezza, pulizia e semplicità d’uso, ma non senza un risvolto negativo che vedremo come risolvere in modo facile, economico e veloce.
Analisi
I moderni lumini elettronici hanno molto vantaggi rispetto ai tradizionali di cera, ma pagano il prezzo di generare una quantità importante di rifiuti: le batterie. Infatti sono in genere alimentati da una coppia di pile in formato AA (stilo) che può arrivare a durare al massimo qualche settimana, poi sarà da buttare e sostituire. Il costruttore spesso indica una durata di 60 giorni, veramente “ottimistica” dato che occorrerebbe una capacità delle batterie di ben 4Ah, improbabile per due stilo economiche. Alcuni modelli poi, sono completamente “usa e getta” dato che le batterie sono saldate e non sostituibili dal cliente medio. Per porre fine a questa situazione che ha costi sia monetari sia ambientali significativi e oggi non più tollerabili, la soluzione è rappresentata dalla possibilità di ricaricare periodicamente il generatore di energia che li alimenta.
Soluzione
La soluzione più immediata che si può immaginare è la sostituzione delle due batterie alcaline di serie con altrettante ricaricabili al NiMh. Facile, veloce, ma deve fare i conti con alcuni aspetti negativi quali ad esempio:
la capacità massima rimane limitata a 1-2Ah
tensione di 2.4÷2.5V in luogo dei 3V delle originali (meno luminosità)
occorre dotarsi di un caricabatterie specifico
necessità di rimuovere periodicamente le pile per porle nel caricatore
tempi di ricarica spesso lunghi svariate ore
autoscarica significativa in questo impiego delle batterie che ne riduce la capacità sfruttabile
L’idea di base è quindi buona, ma occorre trovare una soluzione che ne risolva i punti deboli.
Per fortuna oggi quanto ci serve è a portata di mano a costi molto contenuti: tutto quello di cui abbiamo bisogno è una batteria al litio (tensione più elevata, minima auto scarica, capacità molto elevata) e un circuito di controllo della sua carica.
Per quest’ultimo, la scelta più semplice ed economica è l’acquisto di uno dei tanti moduli di gestione della carica con ingresso USB reperibili al costo equivalente a quello di un caffè al bar.
Vediamone meglio le caratteristiche, prendendo spunto da quelli reperibili in bibliografia.
Il modulo integra le funzioni di caricabatterie e di protezione della batteria stessa da sovraccarichi. Il circuito integrato TP4056 alla base di questi piccolo moduli è concepito per essere utilizzato come sistema di ricarica per batterie agli Ioni di Litio utilizzando il metodo di ricarica a corrente costante/tensione costante (CC/CV) e prevede un circuito di protezione necessario per una ricarica in sicurezza della batteria.
Un mosfet FS8205A ed un chip DW01A realizzano invece la funzione di protezione della batteria da sovraccarichi e corto circuiti.
L'utilizzo di questi chip permette di ottenere con grande semplicità circuitale le seguenti funzioni:
Gestione della ricarica a Corrente costante/Tensione costante (CC/CV)
Protezione da scarica eccessiva: il modulo non permette che la tensione della batteria scenda sotto i 2,5 V, livello di tensione minimo per mantenere la batteria in buone condizioni. Se la tensione della batteria scendo sotto detto valore, il modulo interrompe l'uscita fino a che la tensione non avrà superato i 3 V
Protezione da sovraccarica: il modulo carica in modo sicuro la batteria fino a 4,2 senza eccedere oltre
Protezione da sovracorrente e da cortocircuito: il modulo interrompe l'uscita se la corrente di scarica supera 3A o se si verifica una condizione di cortocircuito sull’uscita
Carica di mantenimento o ricondizionamento della batteria: se la tensione della batteria è inferiore a 2,9 V, il modulo impiegherà una corrente di carica di 130mA fino a quando la tensione della batteria sarà risalita 2,9 V, a quel punto la corrente verrà aumentata linearmente fino al limite stabilito secondo la logica CC/CV.
Questi moduli sono reperibili con diversi connettori d’ingresso, i più comuni sono il mini USB, il microUSB e l’USB tipo C, cosa che ci suggerisce che non servirà acquistare un nuovo alimentatore per la ricarica, ma potremo usare semplicemente quello già in nostro possesso per lo smartphone o simili. Tutto questo rende la soluzione molto conveniente. E’ importante ricordare come per caricare correttamente una batteria occorra che la sorgente per l'alimentazione sia in grado di fornire almeno 1A e nel caso si scelga una versione mini o micro USB accertarsi che il cavo sia in grado di lavorare con una corrente di almeno 1A.
Sulla scheda sono presenti anche due LED: uno rosso che indica che la batteria è in ricarica ed uno blu che si accende a carica completa.
Caratteristiche tecniche:
Circuito di carica basato sul chip TP4056
Circuito di protezione basato sul chip DW01A
Tipo di carica: Corrente costante/Tensione costante (CC/CV)
Tensione di ingresso compresa tra 4,5Vcc e 6Vcc
Corrente di carica 1A (programmabile)
Protezione da sovraccarica e da cortocircuito
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Versione con connettore MicroUSB | Versione con connettore TipoC |
Dettagli pratici
Prima di descrivere come operare le modifiche necessarie, vediamo come sono realizzati questi lumini. In genere il fondo è rimovibile per poter accedere alle batterie.
All’interno del contenitore vi è un porta batterie per due batterie stilo, al di sopra troviamo il led rosso con una resistenza di limitazione della corrente, mentre l’interruttore di accensione e spegnimento è collocato sul lato opposto. L’immagine a fianco dovrebbe togliere ogni dubbio.
Per prima cosa, occorre trovare dove installare il modulo di gestione della batteria. Viste le sue ridottissime dimensioni, ho trovato molto conveniente
metterlo nel fondello, a fianco dell’interruttore e fermato con un poco di colla a caldo. Questa soluzione è molto veloce e comoda da usare dato che pone il connettore USB in posizione facilmente accessibile al momento della ricarica e non obbliga più a dover aprire l’oggetto a batteria scarica. Nulla osta ovviamente che si possa fare meglio, magari proteggendo la schedina da contatti accidentali.
Fissata la parte elettronica occorre scegliere e trovare il posto per la batteria. Qua la scelta è molto ampia, io ho sperimentato con batterie di risulta da vecchi telefoni cellulari o cordless dismessi, ovvero elementi di pacchi batteria di elettroutensili rottamati. Il mercato del nuovo e le possibilità di recupero o riciclo sono molto ampie, direi che l’unico vero vincolo sono le dimensioni che devono consentirne l’installazione nello spazio disponibile, invero non ristretto. Si possono anche impiegare più elementi in parallelo avendo cura di sceglierli della stessa capacità e stato di carica al momento del loro collegamento. Nelle immagini seguenti potete vedere un paio di esempi di realizzazione.
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Soluzione con batteria litio ex telefonia cellulare da 700mAh | Soluzione con batteria al litio da 2Ah, di recupero da aspirapolvere portatile |
A questo punto occorre passare ai collegamenti elettrici fra le parti.
La schedina ha quattro piazzole per le uscite.
Le due marcate B+ e B- devono essere collegate direttamente alla batteria. Quella marcata OUT- va invece connessa al catodo del led. Quella identificata come OUT+ va invece collegata all’interruttore e da questo all’anodo del led.
Come detto prima, il led ha già in serie una resistenza di limitazione della corrente ad un valore prossimo ai 2,8mA quando alimentato a 3V. Ora, possiamo scegliere se non modificare nulla, aumentando la corrente a circa 5-6mA ottenendo un relativo aumento di luminosità del diodo, oppure privilegiare la durata della batteria, ponendo in serie al led (indifferentemente sulla connessione di catodo o anodo) una resistenza da 270Ohm, che riporta la corrente (e la luminosità) al valore originale.
Direi che a questo punto il lavoro è terminato e si può rimontare il tutto. Coi valori indicati ci si può attendere un’autonomia di circa 14 giorni per ogni Ah di capacità della batteria impiegata, valore confermato anche dai miei test.
Conclusioni
Una piccola modifica ad un oggetto di largo consumo può aiutare molto a ridurre l’avvio in discarica di pile usa e getta. Al di là dell’applicazione specifica poi, trovo questi moduli di gestione della carica e protezione molto interessanti e preziosi in varie situazioni. Non ultimo il loro prezzo ha raggiunto oggi valori così bassi da compensare ampiamente il minimo di impegno che occorre per il loro utilizzo. Per concludere ringrazio il “signor Homotix” per avermi fatto conoscere tramite il suo catalogo questi moduli e tutte le loro caratteristiche e mia madre per avermi posto il problema e spinto a trovare una soluzione. Quindi, buone ricariche a tutti!
Bibliografia
https://www.homotix.it/vendita/batterie-e-caricabetterie/caricabatterie
https://homotix_it.e-mind.it/upld/catalogo/doc/TP4056.pdf
https://homotix_it.e-mind.it/upld/catalogo/doc/DW01A.pdf
https://homotix_it.e-mind.it/upld/catalogo/doc/FS8205A.pdf