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Cargadores de baterías inteligentes en red

Cargadores para baterías de litio de 2 celdas que se organizan solos: se comunican por radio, deciden quién carga y cuándo, y permiten que varios puestos compartan la misma alimentación.

ESP32-C3TI BQ25887Li-ion 2SESP-NOWOTAC++

El proyecto

Cuando hay que cargar varias baterías desde la misma fuente de alimentación, cargarlas todas a la vez puede superar la corriente disponible. Hacen falta cargadores capaces de ponerse de acuerdo: cada uno vigila su propia batería, pero la carga en sí la realiza un solo cargador a la vez.

Por eso desarrollamos el firmware y la electrónica de un cargador inteligente: cada cargador es un pequeño nodo basado en el ESP32-C3 con el cargador TI BQ25887, y todos los nodos forman una red de radio sin unidad central.

En resumen: encienda los cargadores, conecte las baterías y el sistema se organiza solo. Sin cableado de comunicación entre los puestos y sin controlador central que configurar.

La carga

El BQ25887 de Texas Instruments es un cargador para baterías Li-ion de 2 celdas en serie que parte de una entrada USB de 5 V y eleva la tensión con un convertidor boost. Integra el equilibrado de celdas, de modo que las dos celdas se mantienen a la misma tensión y la batería dura más.

  • El ESP32-C3 se comunica con el cargador por I²C: ajusta las corrientes de carga y de entrada, la tensión por celda y la corriente de fin de carga
  • El ADC del cargador mide la tensión de entrada, la de la batería y la de cada celda, además de la temperatura
  • El firmware solo inicia la carga si la batería está en un rango de tensión seguro y la detiene al alcanzar el umbral de carga completa
  • Sin alimentación de entrada, o con la batería fuera de límites, el cargador permanece parado

La coordinación entre cargadores

Los cargadores se comunican mediante ESP-NOW, el protocolo de radio de Espressif que conecta directamente los dispositivos ESP32 sin router. Cada pocos segundos, cada nodo envía un heartbeat con la tensión de su batería y su estado, y mantiene una tabla de los demás cargadores presentes.

Con esa información, cada nodo decide por sí mismo mediante una máquina de estados:

01

Escucha

Al encenderse, escucha la red para saber si alguien ya está cargando.

02

Espera

La batería necesita carga: espera a que el turno esté libre.

03

Carga

Nadie más está cargando: activa el cargador y avisa a la red.

04

Reposo

Batería llena o fuera de límites: el cargador permanece parado.

Si dos cargadores están listos a la vez, siempre gana el mismo según su dirección, así que no hay conflictos. Si un nodo se apaga, los demás lo detectan en pocos segundos y el turno pasa al siguiente.

Panel y mantenimiento

Cada cargador tiene una página web integrada. Al encenderse crea durante un minuto una red Wi-Fi: al conectarse con el teléfono, el panel se abre solo, sin instalar ninguna app.

  • Estado: tensión de la batería y de las celdas, estado de la carga y de los demás cargadores de la red
  • Diagnóstico e identificadores de la placa para el soporte
  • Ajustes guardados en la memoria del dispositivo
  • Actualizaciones de firmware por Wi-Fi: el cargador descarga la nueva versión del servidor y verifica cada archivo con SHA-256 antes de instalarlo
  • Un watchdog reinicia el firmware si se bloquea, para que el cargador nunca quede en un estado indefinido

Tecnologías utilizadas

ESP32-C3

Microcontrolador RISC-V con Wi-Fi y radio ESP-NOW, programado en C++.

Espressif

TI BQ25887

Cargador boost desde USB de 5 V para 2 celdas, con equilibrado y ADC integrado.

Li-ion 2S

Red ESP-NOW

Red de radio sin maestro: heartbeats periódicos y tabla de los cargadores cercanos.

Peer-to-peer

Panel web

Punto de acceso y portal cautivo: el panel se abre desde el teléfono, sin app.

Wi-Fi

Actualizaciones OTA

Firmware y páginas web actualizados desde el servidor, verificando cada archivo.

SHA-256

Watchdog

Supervisión continua del firmware y reinicio automático en caso de bloqueo.

Fiabilidad

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