Utladningsstasjon for Li-Ion-batterier

Viktige krav og bakgrunnen for prosjektet

Testing av litiumionbatterier: Testprosedyren omfatter flere trinn: måling av indre motstand, vurdering av spenningsfallet under belastning og bestemmelse av batteriets kapasitet. Batteriet lades helt opp, og etter 24 timer utføres en belastningstest med en strøm på 1A. I dette prosjektet bruker jeg følgende kriterium for batterier med en kapasitet på 1500-4000mAh: Ved en belastning på 1A skal spenningen ikke umiddelbart falle under 4V. Hvis det skjer, kasseres batteriet. Batterier som består dette trinnet, utlades til 3V med en elektronisk last for å måle kapasiteten. Måling av indre motstand bidrar også til å oppdage defekte batterier før lade- og utladingssykluser gjennomføres.
Sikker håndtering av kasserte batterier: Kasserte batterier inneholder fortsatt restenergi. Skade eller kortslutning kan føre til overoppheting og brann. Før batteriene leveres til et spesialisert innsamlingssted eller til gjenvinning, bør polene isoleres med ikke-ledende tape, eller hvert batteri legges i en egen pose og beskyttes mot skade. I dette prosjektet fjernes restenergien i tillegg gjennom kontrollert utlading.
Formålet med utladningsstasjonen:
- Samle opp og bruk energien som er igjen i batteriene.
- Dyp, kontrollert utlading av batteriene for å redusere restenergien før de leveres til spesialisert gjenvinning.

Utladningsstasjonen består av to uavhengige rom med separate poler på motsatte sider av kabinettet.

Rom for energiuttak: Dette rommet utlader batteriet kontrollert, slik at restenergien kan brukes. Det har beskyttelse mot tilkobling med feil polaritet basert på en ideell diode; batterispenningen kan overvåkes med et voltmeter.
Rom for dyputlading: Dette rommet er beregnet på kontrollert dyputlading av kasserte batterier før de leveres til gjenvinning. Seks parallellkoblede motstander brukes som last; en LED viser at utladingen pågår.

På det første bildet ovenfor er følgende hovedkomponenter vist og nummerert:

Metalltrykknapp 12mm uten låsing - brukes til å slå på voltmeteret.
BMS 1S 10A - hindrer overutlading av batteriet i rommet for energiuttak og beskytter fungerende celler mot for kraftig utlading.
Modul XL74610 - fungerer som en ideell diode og beskytter enhetens komponenter mot tilkobling med feil polaritet. Modulen er oppgitt å tåle opptil 15A uten kjøleribbe ved 12V og 25°C i en 30-minutters test. Vanlige silisiumdioder og Schottky-dioder er mindre egnet her på grunn av større spenningsfall. Som et alternativ til den ideelle dioden kan man bruke beskyttelseskretsen som er beskrevet her.
Voltmeter 2-wire 0.28in - viser batterispenningen og slås på når knappen trykkes inn.
USB boost module TPS61088 (input 2.8-4.5V) - støtter QC 2.0/3.0, FCP og AFC; registreres også som DCP. Maksimal utgangseffekt er opptil 24W (5V/3A, 9V/2A, 12V/2A). Modulen har kjøleribber for bedre kjøling.
3mm grønn LED - viser at batteriet dyputlades.
Motstand 100Ohm 0.25W (Amazon) (AliExpress) - beskytter LED-en og begrenser lysstyrken. En annen motstandsverdi kan velges for å endre lysstyrken.
6 parallellkoblede motstander 51Ohm 10W - den nominelle ekvivalente motstanden er 8.5Ohm. Ved en spenning på omtrent 3.4V er strømmen cirka 400mA; strømmen avtar etter hvert som batteriet utlades.

Enheten er plassert i en gjennomsiktig plastboks som vanligvis brukes til kontorrekvisita.

For å overvåke effekt, spenning og strøm på USB-utgangen kan man i tillegg bruke et USB-wattmeter, for eksempel HiDANCE HDC-085C.