Разрядная станция для Li-Ion аккумуляторов

Основные требования и предпосылки проекта

Процесс тестирования литий-ионных аккумуляторов: Процедура тестирования включает несколько этапов: измерение внутреннего сопротивления, оценку падения напряжения под нагрузкой и определение емкости аккумулятора. Аккумулятор полностью заряжается, после чего через 24 часа проводится нагрузочный тест током 1A. В этом проекте для аккумуляторов емкостью 1500-4000mAh я использую следующий критерий: под нагрузкой 1A напряжение не должно сразу снижаться ниже 4V. Если это происходит, аккумулятор выбраковывается. Аккумуляторы, прошедшие этот этап, разряжаются до 3V с помощью электронной нагрузки для измерения емкости. Измерение внутреннего сопротивления также помогает выявить дефектные аккумуляторы до проведения циклов заряда/разряда.
Безопасное обращение с отбракованными аккумуляторами: Отбракованные аккумуляторы все еще содержат остаточную энергию. Повреждение или короткое замыкание может привести к перегреву и возгоранию. Перед передачей на специализированный пункт сбора или переработки клеммы следует изолировать непроводящей лентой или каждый аккумулятор поместить в отдельный пакет и защитить от повреждения. В этом проекте остаточная энергия дополнительно снимается контролируемым разрядом.
Назначение разрядной станции:
- Сбор и использование оставшейся энергии аккумуляторов.
- Глубокая контролируемая разрядка аккумуляторов для снижения остаточной энергии перед передачей на специализированную переработку.

Устройство разрядной станции

Порядок работы устройства и компоненты, используемые в проекте

Разрядная станция состоит из двух независимых отсеков с отдельными клеммами на противоположных сторонах корпуса.

Отсек извлечения энергии: этот отсек контролируемо разряжает аккумулятор, позволяя использовать остаточную энергию. Он оснащен защитой от подключения с обратной полярностью на основе идеального диода; напряжение аккумулятора можно контролировать с помощью вольтметра.
Отсек глубокого разряда: предназначен для контролируемой глубокой разрядки отбракованных аккумуляторов перед передачей на переработку. В качестве нагрузки используются шесть параллельно соединенных резисторов; светодиод показывает, что процесс разрядки продолжается.

На первой фотографии выше изображены и пронумерованы следующие ключевые компоненты:

Металлическая кнопка 12mm без фиксации - используется для включения вольтметра.
BMS 1S 10A - предотвращает переразряд аккумулятора в отсеке извлечения энергии, защищая исправные элементы от чрезмерного разряда.
Модуль XL74610 - работает как идеальный диод и защищает компоненты устройства от подключения с обратной полярностью. Для модуля заявлено до 15A без радиатора при 12V и 25°C в 30-минутном тесте. Обычные кремниевые диоды и диоды Шоттки здесь менее предпочтительны из-за большего падения напряжения. В качестве альтернативы идеальному диоду можно использовать схему защиты, описанную здесь.
Вольтметр 2-wire 0.28in - отображает напряжение аккумулятора и включается нажатием кнопки.
USB boost module TPS61088 (input 2.8-4.5V) - поддерживает QC 2.0/3.0, FCP и AFC; также определяется DCP. Максимальная выходная мощность - до 24W (5V/3A, 9V/2A, 12V/2A). На модуле установлены радиаторы для улучшения охлаждения.
3mm зеленый светодиод - показывает процесс глубокой разрядки аккумулятора.
Резистор 100Ohm 0.25W (Amazon) (AliExpress) - защищает светодиод и ограничивает его яркость. Для изменения яркости можно выбрать другой номинал резистора.
6 параллельно соединенных резисторов 51Ohm 10W - номинальное эквивалентное сопротивление составляет 8.5Ohm. При напряжении около 3.4V ток составляет примерно 400mA; по мере разряда аккумулятора ток уменьшается.

Устройство помещено в прозрачную пластиковую коробку, обычно используемую для канцелярских принадлежностей.

Для контроля мощности, напряжения и тока на USB-выходе можно дополнительно использовать USB-ваттметр, например HiDANCE HDC-085C.