Ontlaadstation voor Li-Ion-accu's

Belangrijkste eisen en uitgangspunten van het project

Testprocedure voor lithium-ionaccu's: De testprocedure bestaat uit meerdere stappen: het meten van de interne weerstand, het beoordelen van de spanningsval onder belasting en het bepalen van de accucapaciteit. De accu wordt volledig opgeladen en na 24 uur volgt een belastingstest met 1A. In dit project hanteer ik voor accu's met een capaciteit van 1500-4000mAh het volgende criterium: bij een belasting van 1A mag de spanning niet direct onder 4V zakken. Als dat wel gebeurt, wordt de accu afgekeurd. Accu's die deze stap doorstaan, worden met een elektronische belasting tot 3V ontladen om de capaciteit te meten. Door ook de interne weerstand te meten, kunnen defecte accu's al vóór de laad- en ontlaadcycli worden herkend.
Veilig omgaan met afgekeurde accu's: Afgekeurde accu's bevatten nog restenergie. Beschadiging of kortsluiting kan leiden tot oververhitting en brand. Voordat ze naar een gespecialiseerd inzamelpunt of recyclingbedrijf gaan, moeten de polen met niet-geleidende tape worden geïsoleerd, of moet elke accu afzonderlijk worden verpakt en tegen beschadiging worden beschermd. In dit project wordt de restenergie bovendien door gecontroleerde ontlading verminderd.
Doel van het ontlaadstation:
- De resterende energie van accu's terugwinnen en gebruiken.
- Accu's worden diep ontladen om hun restenergie te verminderen voordat ze naar een gespecialiseerd recyclingbedrijf gaan.

Opbouw van het ontlaadstation

Werking van het apparaat en gebruikte onderdelen

Het ontlaadstation bestaat uit twee onafhankelijke compartimenten met afzonderlijke aansluitklemmen aan tegenovergestelde zijden van de behuizing.

Compartiment voor energieterugwinning: dit compartiment ontlaadt de accu gecontroleerd, zodat de restenergie kan worden gebruikt. Het heeft een beveiliging tegen omgekeerde polariteit op basis van een ideale diode; de accuspanning kan met een voltmeter worden gecontroleerd.
Compartiment voor diepe ontlading: dit is bedoeld om afgekeurde accu's gecontroleerd diep te ontladen voordat ze voor recycling worden ingeleverd. Als belasting worden zes parallel geschakelde weerstanden gebruikt; een LED geeft aan dat het ontladen nog bezig is.

Op de eerste foto hierboven zijn de volgende belangrijkste onderdelen te zien en genummerd:

Metalen 12mm-drukknop zonder vergrendeling - wordt gebruikt om de voltmeter in te schakelen.
BMS 1S 10A - voorkomt overontlading van de accu in het compartiment voor energieterugwinning en beschermt zo bruikbare cellen tegen te ver ontladen.
XL74610-module - werkt als een ideale diode en beschermt de onderdelen van het apparaat tegen aansluiting met omgekeerde polariteit. Voor de module wordt tot 15A zonder koellichaam bij 12V en 25°C opgegeven in een test van 30 minuten. Gewone siliciumdiodes en Schottky-diodes zijn hier minder geschikt vanwege hun grotere spanningsval. Een alternatief voor de ideale diode is ook de hier beschreven beveiligingsschakeling.
Voltmeter 2-wire 0.28in - geeft de accuspanning weer en wordt ingeschakeld door op de knop te drukken.
USB boost module TPS61088 (input 2.8-4.5V) - ondersteunt QC 2.0/3.0, FCP en AFC; wordt ook als DCP herkend. Het maximale uitgangsvermogen bedraagt 24W (5V/3A, 9V/2A, 12V/2A). Op de module zijn koellichamen aangebracht voor betere koeling.
Groene 3mm-LED - geeft aan dat de accu diep wordt ontladen.
Weerstand 100Ohm 0.25W (Amazon) (AliExpress) - beschermt de LED en begrenst de helderheid ervan. Voor meer helderheid kan een weerstand met een andere waarde worden gekozen.
6 parallel geschakelde weerstanden 51Ohm 10W - de nominale equivalente weerstand is 8.5Ohm. Bij een spanning van ongeveer 3.4V is de stroom circa 400mA; naarmate de accu verder ontlaadt, neemt de stroom af.

Het apparaat is ondergebracht in een transparante kunststof doos die doorgaans voor kantoorbenodigdheden wordt gebruikt.

Om het vermogen, de spanning en de stroom aan de USB-uitgang te controleren, kan daarnaast een USB-wattmeter worden gebruikt, bijvoorbeeld HiDANCE HDC-085C.