Stazione di scarica per accumulatori Li-Ion

Requisiti principali e premesse del progetto

Procedura di test degli accumulatori agli ioni di litio: La procedura di test comprende diverse fasi: misurazione della resistenza interna, valutazione della caduta di tensione sotto carico e determinazione della capacità dell'accumulatore. L'accumulatore viene caricato completamente, poi dopo 24 ore viene eseguito un test sotto carico con una corrente di 1A. In questo progetto, per gli accumulatori con capacità di 1500-4000mAh, uso il seguente criterio: sotto un carico di 1A la tensione non deve scendere immediatamente sotto 4V. Se accade, l'accumulatore viene scartato. Gli accumulatori che superano questa fase vengono scaricati fino a 3V mediante un carico elettronico per misurarne la capacità. La misurazione della resistenza interna aiuta anche a individuare gli accumulatori difettosi prima dei cicli di carica/scarica.
Gestione sicura degli accumulatori scartati: Gli accumulatori scartati contengono ancora energia residua. Un danneggiamento o un cortocircuito può causare surriscaldamento e incendio. Prima di consegnarli a un centro specializzato di raccolta o riciclo, occorre isolare i terminali con nastro non conduttivo oppure mettere ogni accumulatore in un sacchetto separato e proteggerlo dai danni. In questo progetto, l'energia residua viene inoltre eliminata mediante una scarica controllata.
Scopo della stazione di scarica:
- Recuperare e utilizzare l'energia residua degli accumulatori.
- Scaricare gli accumulatori in modo profondo e controllato per ridurre l'energia residua prima di consegnarli a un centro specializzato per il riciclo.

Struttura della stazione di scarica

Funzionamento del dispositivo e componenti utilizzati nel progetto

La stazione di scarica è composta da due vani indipendenti, con terminali separati sui lati opposti del contenitore.

Vano di recupero dell'energia: questo vano scarica l'accumulatore in modo controllato, permettendo di utilizzare l'energia residua. È dotato di protezione contro l'inversione di polarità basata su un diodo ideale; la tensione dell'accumulatore può essere controllata con un voltmetro.
Vano di scarica profonda: serve a scaricare in modo profondo e controllato gli accumulatori scartati prima del riciclo. Come carico si usano sei resistori collegati in parallelo; un LED indica che la scarica è in corso.

La prima fotografia qui sopra mostra, numerati, i seguenti componenti principali:

Pulsante metallico momentaneo da 12mm - serve ad accendere il voltmetro.
BMS 1S 10A - impedisce la scarica eccessiva dell'accumulatore nel vano di recupero dell'energia, proteggendo le celle funzionanti dalla sovrascarica.
Modulo XL74610 - funziona come diodo ideale e protegge i componenti del dispositivo dall'inversione di polarità. Per il modulo sono dichiarati fino a 15A senza dissipatore a 12V e 25°C in un test di 30 minuti. I normali diodi al silicio e i diodi Schottky sono meno indicati in questo caso a causa della maggiore caduta di tensione. In alternativa al diodo ideale si può usare: lo schema di protezione descritto qui.
Voltmetro 2-wire 0.28in - mostra la tensione dell'accumulatore e si accende premendo il pulsante.
USB boost module TPS61088 (input 2.8-4.5V) - supporta QC 2.0/3.0, FCP e AFC; viene riconosciuto anche come DCP. La potenza massima in uscita arriva fino a 24W (5V/3A, 9V/2A, 12V/2A). Sul modulo sono montati dissipatori per migliorarne il raffreddamento.
LED verde da 3mm - indica che la scarica profonda dell'accumulatore è in corso.
Resistore 100Ohm 0.25W (Amazon) (AliExpress) - protegge il LED e ne limita la luminosità. Per modificare la luminosità si può scegliere un resistore di valore diverso.
6 resistori 51Ohm 10W collegati in parallelo - la resistenza equivalente nominale è di 8.5Ohm. A una tensione di circa 3.4V, la corrente è di circa 400mA; man mano che l'accumulatore si scarica, la corrente diminuisce.

Il dispositivo è alloggiato in una scatola di plastica trasparente, normalmente usata per la cancelleria.

Per monitorare potenza, tensione e corrente all'uscita USB si può usare anche un wattmetro USB, ad esempio: HiDANCE HDC-085C.