Estação de descarga para baterias Li-Ion

Requisitos principais e pressupostos do projeto

Processo de teste de baterias de iões de lítio: O procedimento de teste inclui várias etapas: medir a resistência interna, avaliar a queda de tensão sob carga e determinar a capacidade da bateria. A bateria é totalmente carregada e, passadas 24 horas, é submetida a um teste sob carga com uma corrente de 1A. Neste projeto, utilizo o seguinte critério para baterias com capacidade de 1500-4000mAh: sob uma carga de 1A, a tensão não deve descer imediatamente abaixo de 4V. Se isso acontecer, a bateria é rejeitada. As baterias que passam esta etapa são descarregadas até 3V com uma carga eletrónica para medir a capacidade. A medição da resistência interna também ajuda a identificar baterias defeituosas antes dos ciclos de carga/descarga.
Manuseamento seguro das baterias rejeitadas: As baterias rejeitadas ainda contêm energia residual. Danificá-las ou provocar um curto-circuito pode causar sobreaquecimento e incêndio. Antes de as entregar num ponto de recolha especializado ou para reciclagem, é necessário isolar os terminais com fita não condutora ou colocar cada bateria num saco separado e protegê-la contra danos. Neste projeto, a energia residual é também eliminada por meio de uma descarga controlada.
Finalidade da estação de descarga:
- Recolher e utilizar a energia restante das baterias.
- Descarga profunda e controlada das baterias para reduzir a energia residual antes da entrega para reciclagem especializada.

A estação de descarga é constituída por dois compartimentos independentes, com terminais separados em lados opostos da caixa.

Compartimento de recuperação de energia: este compartimento descarrega a bateria de forma controlada, permitindo utilizar a energia residual. Está equipado com proteção contra inversão de polaridade baseada num díodo ideal; a tensão da bateria pode ser monitorizada com um voltímetro.
Compartimento de descarga profunda: destina-se à descarga profunda controlada das baterias rejeitadas antes da entrega para reciclagem. A carga é constituída por seis resistências ligadas em paralelo; um LED indica que a descarga está em curso.

Na primeira fotografia acima, estão representados e numerados os seguintes componentes principais:

Botão metálico de pressão momentâneo de 12mm - é utilizado para ligar o voltímetro.
BMS 1S 10A - evita a descarga excessiva da bateria no compartimento de recuperação de energia, protegendo as células em bom estado de uma descarga demasiado profunda.
Módulo XL74610 - funciona como um diodo ideal e protege os componentes do dispositivo contra a inversão de polaridade. Para o módulo, é indicada uma corrente até 15A sem dissipador de calor a 12V e 25°C num teste de 30 minutos. Os díodos de silício comuns e os díodos Schottky são menos adequados aqui devido à maior queda de tensão. Como alternativa ao díodo ideal, pode utilizar-se o circuito de proteção descrito aqui.
Voltímetro 2-wire 0.28in - mostra a tensão da bateria e liga-se ao premir o botão.
USB boost module TPS61088 (input 2.8-4.5V) - suporta QC 2.0/3.0, FCP e AFC; também é reconhecido como DCP. A potência máxima de saída é de até 24W (5V/3A, 9V/2A, 12V/2A). O módulo tem dissipadores de calor instalados para melhorar o arrefecimento.
LED verde de 3mm - indica que a descarga profunda da bateria está em curso.
Resistência 100Ohm 0.25W (Amazon) (AliExpress) - protege o LED e limita o seu brilho. Para alterar o brilho, pode escolher-se uma resistência de outro valor.
6 resistências 51Ohm 10W ligadas em paralelo - a resistência equivalente nominal é de 8.5Ohm. Com uma tensão de cerca de 3.4V, a corrente é de aproximadamente 400mA; à medida que a bateria descarrega, a corrente diminui.

O dispositivo está colocado numa caixa de plástico transparente, habitualmente utilizada para material de escritório.

Para monitorizar a potência, a tensão e a corrente na saída USB, também se pode utilizar um wattímetro USB, por exemplo HiDANCE HDC-085C.