Li-ion akun suojapiiri
Li-ion akun suojapiiri suojaa litium akkua, tässä projektissa keskitytään piirilevyn suunnitteluun ja valmistukseen. Li-ion akkukennojen absoluuttinen käyttöjännite alue on yleisesti 2.5V – 4.2V. Akkukennot vaurioituvat jos nämä rajat ylitetään, akkukennot kestävät vielä paremmin jos akkua ei ladata ja pureta aivan äärirajoille. Jännitteille kannattaa jättää hieman ylimääräistä marginaalia, 3V – 4.1V on melko yleinen käyttöalue myös, tämä alue mahdollistaa noin 90% akun kapasiteetista ja parantaa akkukennojen elinikää huomattavasti.
Li-ion akun suojapiiri - Ensimmäinen versio
Ensimmäisessä versiossa haukattiin melko suuri pala ja yritettiin tehdä kerralla älykäs BMS ohjain joka käyttäisi TLE9012DQU piiriä ja mikrokontrolleria, sekä bluetooth yhteyttä. Tämä kuitenkin aiheutti paljon vaikeuksia ja datakommunikointi ei ollutkaan niin helposti toteutettavissa. Tämän kokeilun jälkeen päätettiin laskea hieman tavoitteita ja tehdä aluksi hardware tason BMS, joka ei sisällä erillistä älykkyyttä.
Suunniteltu 3D mallinnus
Kasattu piirilevy
Ensimmäinen versio - Yhteenveto
Useiden yritysten jälkeen kommunikointia ei saatu toimimaan mikrokontrollerin ja TLE9012DQU piirin välillä. TLE9012DQU käyttää uart dataväylää muokatuilla komennoilla, mutta näitä ei saatu toimimaan. Useiden yritysten jälkeen piirilevyn tavoitteita muutettiin ja päätettiin tehdä ensin normaali hardware tason BMS ilman erillisiä älykkäitä toimintoja ja ominaisuuksia.
Li-ion akun suojapiiri V2
Uusi piirilevy tehtiin käyttämällä TL431 jännitereferenssiä, pnp transistoreita ja teho vastuksia. Tarkoituksena oli suunnitella charge-only BMS joka, tasapainottaa akkukennoja ja katkaisee akun lataamisen jos jokin jännitteistä ylittää suojarajan.
Li-ion akun suojapiiri - Mittaus ja testaus
Elektroniikkapiirin toimintaa testattiin erillisellä testaus piirillä, joka oli valmistettu tätä projektia varten. Piirin testaaminen oikeilla litium -akkukennoilla olisi vaarallista vielä tässä kehitysvaiheessa, joten litium -akkukennot korvattiin superkondensaattoreilla. Superkondensaattorit yhdistettiin sarjaan ja näin simuloitiin oikean litium akun toimintaa.
Testin tulokset
Piirin tasapainotus toimi oikein, kun yksittäisen kennon jännite nousee yli 4.18V alkaa piiri kuluttamaan virtaa akkukennosta. Tasapainotus virta nousee tarvittaessa jopa 200mA. Latauspuolen mosfetin kytkennässä oli ollut virhe, eikä mosfetti päästänyt virtaa läpi, joten mosfetti jouduttiin ohittamaan tässä testissä.
