Urladdningsstation för Li-Ion-batterier

Grundläggande krav och projektets bakgrund

Testning av litiumjonbatterier: Testningen omfattar flera steg: mätning av inre resistans, bedömning av spänningsfallet under belastning och bestämning av batteriets kapacitet. Batteriet laddas helt, och efter 24 timmar görs ett belastningstest med strömmen 1A. I det här projektet använder jag följande kriterium för batterier med kapaciteten 1500-4000mAh: vid belastning med 1A får spänningen inte omedelbart sjunka under 4V. Om det sker kasseras batteriet. Batterier som klarar detta steg laddas ur till 3V med en elektronisk last för att mäta kapaciteten. Mätning av den inre resistansen hjälper också till att upptäcka defekta batterier innan laddnings- och urladdningscykler genomförs.
Säker hantering av kasserade batterier: Kasserade batterier innehåller fortfarande restenergi. Skador eller kortslutning kan leda till överhettning och brand. Innan batterierna lämnas till en särskild insamlingsplats eller återvinning bör polerna isoleras med icke-ledande tejp, eller så bör varje batteri läggas i en separat påse och skyddas mot skador. I det här projektet avlägsnas restenergin dessutom genom kontrollerad urladdning.
Urladdningsstationens syfte:
- Samla upp och använd batteriernas återstående energi.
- Djup, kontrollerad urladdning av batterier för att minska restenergin innan de lämnas till specialiserad återvinning.

Urladdningsstationen består av två oberoende fack med separata anslutningar på motsatta sidor av höljet.

Fack för energiutvinning: detta fack laddar ur batteriet kontrollerat så att restenergin kan användas. Det har skydd mot omvänd polaritet baserat på en idealdiode; batterispänningen kan övervakas med en voltmeter.
Fack för djupurladdning: avsett för kontrollerad djupurladdning av kasserade batterier innan de lämnas till återvinning. Sex parallellkopplade motstånd används som last; en LED visar att urladdningen pågår.

På det första fotot ovan visas och numreras följande viktiga komponenter:

Metalltryckknapp 12mm utan låsning - används för att slå på voltmetern.
BMS 1S 10A - förhindrar överladdning av batteriet i facket för energiutvinning och skyddar fungerande celler mot alltför djup urladdning.
XL74610-modul - fungerar som en ideal diod och skyddar enhetens komponenter mot omvänd polaritet. Enligt specifikationen klarar modulen upp till 15A utan kylfläns vid 12V och 25°C i ett test på 30 minuter. Vanliga kiseldioder och Schottkydioder är mindre lämpliga här på grund av deras större spänningsfall. Som alternativ till den ideala dioden kan man använda skyddskretsen som beskrivs här.
Voltmeter 2-wire 0.28in - visar batterispänningen och slås på när knappen trycks in.
USB boost module TPS61088 (input 2.8-4.5V) - stöder QC 2.0/3.0, FCP och AFC; den identifieras även som DCP. Den maximala uteffekten är upp till 24W (5V/3A, 9V/2A, 12V/2A). Modulen har kylflänsar för bättre kylning.
Grön LED 3mm - visar att batteriet är djupurladdat.
Motstånd 100Ohm 0.25W (Amazon) (AliExpress) - skyddar LED:en och begränsar dess ljusstyrka. Ett motstånd med ett annat värde kan väljas för att ändra ljusstyrkan.
6 parallellkopplade motstånd 51Ohm 10W - den nominella ekvivalenta resistansen är 8.5Ohm. Vid en spänning på cirka 3.4V är strömmen ungefär 400mA; strömmen minskar när batteriet laddas ur.

Enheten är placerad i en genomskinlig plastlåda som vanligtvis används för kontorsmaterial.

För att övervaka effekt, spänning och ström vid USB-utgången kan man dessutom använda en USB-wattmeter, till exempel HiDANCE HDC-085C.