Estación de descarga para baterías Li-Ion

Requisitos principales y fundamentos del proyecto

Proceso de prueba de las baterías de iones de litio: El proceso de prueba consta de varias etapas: medir la resistencia interna, evaluar la caída de tensión bajo carga y determinar la capacidad de la batería. La batería se carga por completo y, 24 horas después, se somete a una prueba de carga a 1A. En este proyecto, para baterías de 1500-4000mAh, utilizo el siguiente criterio: con una carga de 1A, la tensión no debe caer inmediatamente por debajo de 4V. Si ocurre, descarto la batería. Las baterías que superan esta etapa se descargan hasta 3V mediante una carga electrónica para medir su capacidad. La medición de la resistencia interna también ayuda a detectar baterías defectuosas antes de realizar ciclos de carga y descarga.
Manipulación segura de las baterías descartadas: Las baterías descartadas aún contienen energía residual. Si se dañan o se cortocircuitan, pueden sobrecalentarse e incendiarse. Antes de llevarlas a un punto de recogida especializado o a una instalación de reciclaje, se deben aislar los terminales con cinta no conductora o colocar cada batería en una bolsa separada y protegerla de posibles daños. En este proyecto, además, elimino la energía residual mediante una descarga controlada.
Finalidad de la estación de descarga:
- Recuperar y aprovechar la energía restante de las baterías.
- Descargar las baterías de forma profunda y controlada para reducir su energía residual antes de llevarlas a un centro de reciclaje especializado.

Diseño de la estación de descarga

Funcionamiento del dispositivo y componentes utilizados en el proyecto

La estación de descarga consta de dos compartimentos independientes, con terminales separados en lados opuestos de la carcasa.

Compartimento de recuperación de energía: descarga la batería de forma controlada y permite aprovechar su energía residual. Incorpora protección contra la inversión de polaridad mediante un diodo ideal; la tensión de la batería puede controlarse con un voltímetro.
Compartimento de descarga profunda: está destinado a descargar de forma profunda y controlada las baterías descartadas antes de enviarlas a reciclar. Como carga, se utilizan seis resistencias conectadas en paralelo; un LED indica que la descarga está en curso.

En la primera fotografía de arriba aparecen numerados los siguientes componentes principales:

Pulsador metálico momentáneo de 12mm - se utiliza para encender el voltímetro.
BMS 1S 10A - evita la sobredescarga de la batería en el compartimento de recuperación de energía y protege las celdas en buen estado de una descarga excesiva.
Módulo XL74610 - funciona como diodo ideal y protege los componentes del dispositivo frente a la inversión de polaridad. Según las especificaciones del módulo, admite hasta 15A sin disipador a 12V y 25°C en una prueba de 30 minutos. Los diodos de silicio convencionales y los diodos Schottky son menos adecuados aquí debido a su mayor caída de tensión. Como alternativa al diodo ideal, también puede utilizarse (el circuito de protección descrito aquí).
Voltímetro 2-wire 0.28in - muestra la tensión de la batería y se enciende al pulsar el botón.
USB boost module TPS61088 (input 2.8-4.5V) - admite QC 2.0/3.0, FCP y AFC; también se identifica como DCP. La potencia máxima de salida es de hasta 24W (5V/3A, 9V/2A, 12V/2A). El módulo lleva disipadores para mejorar la refrigeración.
LED verde de 3mm - indica que la batería se está descargando profundamente.
Resistencia 100Ohm 0.25W (Amazon) (AliExpress) - protege el LED y limita su brillo. Para modificar el brillo, se puede elegir una resistencia de otro valor.
6 resistencias 51Ohm 10W conectadas en paralelo - la resistencia equivalente nominal es de 8.5Ohm. Con una tensión de aproximadamente 3.4V, la corriente es de unos 400mA; la corriente disminuye a medida que se descarga la batería.

El dispositivo está alojado en una caja de plástico transparente, de las que suelen utilizarse para guardar material de oficina.

Para controlar la potencia, la tensión y la corriente en la salida USB, también se puede utilizar un vatímetro USB, por ejemplo, HiDANCE HDC-085C.