Vybíjecí stanice pro Li-Ion akumulátory

Hlavní požadavky a východiska projektu

Proces testování Li-Ion akumulátorů: Postup zahrnuje několik kroků: měření vnitřního odporu, vyhodnocení poklesu napětí při zatížení a stanovení kapacity akumulátoru. Akumulátor se plně nabije a po 24 hodinách se provede zátěžový test proudem 1A. V tomto projektu používám pro akumulátory s kapacitou 1500-4000mAh následující kritérium: při zatížení 1A nesmí napětí okamžitě klesnout pod 4V. Pokud k tomu dojde, akumulátor vyřadím. Akumulátory, které tímto testem projdou, se pomocí elektronické zátěže vybijí na 3V pro změření kapacity. Měření vnitřního odporu také pomáhá odhalit vadné akumulátory ještě před cykly nabíjení a vybíjení.
Bezpečné zacházení s vyřazenými akumulátory: Vyřazené akumulátory stále obsahují zbytkovou energii. Poškození nebo zkrat může vést k přehřátí a požáru. Před odevzdáním do specializovaného sběrného nebo recyklačního zařízení je vhodné izolovat kontakty nevodivou páskou nebo každý akumulátor vložit do samostatného sáčku a chránit jej před poškozením. V tomto projektu se zbytková energie navíc snižuje řízeným vybíjením.
Účel vybíjecí stanice:
- Získání a využití zbývající energie z akumulátorů.
- Řízené hluboké vybití pro snížení zbytkové energie před odevzdáním akumulátorů ke specializované recyklaci.

Vybíjecí stanice se skládá ze dvou nezávislých částí se samostatnými svorkami na protilehlých stranách pouzdra.

Část pro využití energie: tato část řízeně vybíjí akumulátor a umožňuje využít zbývající energii. Je vybavena ochranou proti přepólování založenou na ideální diodě; napětí akumulátoru lze sledovat pomocí voltmetru.
Část pro hluboké vybití: je určena k řízenému hlubokému vybíjení vyřazených akumulátorů před odevzdáním k recyklaci. Jako zátěž slouží šest paralelně zapojených rezistorů; LED signalizuje, že vybíjení probíhá.

Na první fotografii výše jsou zobrazeny a očíslovány následující hlavní komponenty:

12mm kovové tlačítko bez aretace - slouží k zapnutí voltmetru.
BMS 1S 10A - zabraňuje nadměrnému vybití akumulátoru v části pro využití energie a chrání použitelné články před příliš hlubokým vybitím.
Modul XL74610 - funguje jako ideální dioda a chrání komponenty zařízení před připojením s obrácenou polaritou. Pro modul je uváděn proud až 15A bez chladiče při 12V a 25°C v 30minutovém testu. Běžné křemíkové a Schottkyho diody jsou zde méně vhodné kvůli většímu úbytku napětí. Jako alternativu k ideální diodě lze použít zde popsaný ochranný obvod.
Voltmetr 2-wire 0.28in - zobrazuje napětí akumulátoru a zapíná se stisknutím tlačítka.
USB boost module TPS61088 (input 2.8-4.5V) - podporuje QC 2.0/3.0, FCP a AFC; je také detekován jako DCP. Maximální výstupní výkon je až 24W (5V/3A, 9V/2A, 12V/2A). Na modulu jsou osazeny chladiče pro lepší chlazení.
3mm zelená LED - signalizuje probíhající hluboké vybíjení akumulátoru.
Rezistor 100Ohm 0.25W (Amazon) (AliExpress) - chrání LED a omezuje její jas. Pro změnu jasu lze zvolit jinou hodnotu odporu.
6 paralelně zapojených rezistorů 51Ohm 10W - jmenovitý ekvivalentní odpor je 8.5Ohm. Při napětí přibližně 3.4V je proud asi 400mA; s vybíjením akumulátoru proud klesá.

Zařízení je umístěno v průhledné plastové krabičce, která se běžně používá na kancelářské potřeby.

Pro kontrolu výkonu, napětí a proudu na USB výstupu lze navíc použít USB wattmetr, například HiDANCE HDC-085C.