Stacja rozładowywania akumulatorów Li-Ion

Główne wymagania i założenia projektu

Proces testowania akumulatorów litowo-jonowych: Procedura testowania obejmuje kilka etapów: pomiar rezystancji wewnętrznej, ocenę spadku napięcia pod obciążeniem oraz określenie pojemności akumulatora. Akumulator jest w pełni ładowany, a po 24 godzinach przeprowadzany jest test pod obciążeniem prądem 1A. W tym projekcie dla akumulatorów o pojemności 1500-4000mAh stosuję następujące kryterium: przy obciążeniu prądem 1A napięcie nie powinno od razu spaść poniżej 4V. Jeśli tak się stanie, akumulator zostaje odrzucony. Akumulatory, które przejdą ten etap, są rozładowywane do 3V za pomocą obciążenia elektronicznego w celu pomiaru pojemności. Pomiar rezystancji wewnętrznej pomaga również wykryć wadliwe akumulatory przed przeprowadzeniem cykli ładowania i rozładowywania.
Bezpieczne postępowanie z odrzuconymi akumulatorami: Odrzucone akumulatory nadal zawierają resztkową energię. Uszkodzenie lub zwarcie może doprowadzić do przegrzania i pożaru. Przed oddaniem do specjalistycznego punktu zbiórki lub recyklingu należy zaizolować styki taśmą nieprzewodzącą albo umieścić każdy akumulator w osobnym woreczku i zabezpieczyć go przed uszkodzeniem. W tym projekcie resztkowa energia jest dodatkowo usuwana przez kontrolowane rozładowanie.
Przeznaczenie stacji rozładowywania:
- Odzyskiwanie i wykorzystanie energii pozostałej w akumulatorach.
- Głębokie, kontrolowane rozładowywanie akumulatorów w celu zmniejszenia ilości energii resztkowej przed oddaniem ich do specjalistycznego recyklingu.

Budowa stacji rozładowywania

Zasada działania urządzenia i elementy użyte w projekcie

Stacja rozładowywania składa się z dwóch niezależnych komór z osobnymi stykami po przeciwnych stronach obudowy.

Komora odzyskiwania energii: w tej komorze akumulator jest rozładowywany w kontrolowany sposób, co pozwala wykorzystać pozostałą energię. Komora jest wyposażona w zabezpieczenie przed odwrotną polaryzacją oparte na diodzie idealnej; napięcie akumulatora można monitorować za pomocą woltomierza.
Komora głębokiego rozładowania: służy do kontrolowanego głębokiego rozładowywania odrzuconych akumulatorów przed oddaniem ich do recyklingu. Obciążenie stanowi sześć rezystorów połączonych równolegle; dioda LED sygnalizuje trwające rozładowywanie.

Na pierwszym zdjęciu powyżej pokazano i ponumerowano następujące główne elementy:

Metalowy przycisk chwilowy 12mm - służy do włączania woltomierza.
BMS 1S 10A - zapobiega nadmiernemu rozładowaniu akumulatora w komorze odzyskiwania energii, chroniąc sprawne ogniwa.
Moduł XL74610 - działa jak dioda idealna i chroni elementy urządzenia przed podłączeniem z odwrotną polaryzacją. Według deklaracji moduł może pracować przy prądzie do 15A bez radiatora przy 12V i 25°C w 30-minutowym teście. Zwykłe diody krzemowe i diody Schottky'ego są tu mniej odpowiednie ze względu na większy spadek napięcia. Jako alternatywę dla diody idealnej można zastosować układ zabezpieczający opisany tutaj.
Woltomierz 2-wire 0.28in - wyświetla napięcie akumulatora i włącza się po naciśnięciu przycisku.
USB boost module TPS61088 (input 2.8-4.5V) - obsługuje QC 2.0/3.0, FCP i AFC; jest również wykrywany jako DCP. Maksymalna moc wyjściowa wynosi do 24W (5V/3A, 9V/2A, 12V/2A). Na module zamontowano radiatory, aby poprawić chłodzenie.
Zielona dioda LED 3mm - sygnalizuje trwające głębokie rozładowywanie akumulatora.
Rezystor 100Ohm 0.25W (Amazon) (AliExpress) - chroni diodę LED i ogranicza jej jasność. Aby zmienić jasność, można wybrać rezystor o innej wartości.
6 rezystorów 51Ohm 10W połączonych równolegle - nominalna rezystancja zastępcza wynosi 8.5Ohm. Przy napięciu około 3.4V prąd wynosi około 400mA; w miarę rozładowywania akumulatora prąd maleje.

Urządzenie umieszczono w przezroczystym plastikowym pudełku, zwykle używanym do przechowywania artykułów biurowych.

Do monitorowania mocy, napięcia i prądu na wyjściu USB można dodatkowo użyć watomierza USB, na przykład HiDANCE HDC-085C.