[DIY Project] Reverse Protected 18650 Lithium-Ion Charging Unit
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- Erstellungsdatum 11. Februar 2018
- Zuletzt aktualisiert 20. Juni 2020
[DIY Project] Reverse Protected 18650 Lithium-Ion Charging Unit
I started to design a simple 4in1 PCB for charging 18650 cells while looking at my actual charging rig attached to some wood!
Some time ago, i teached myself to design PCBs for hobby use. I really love PCB Design and started this little project.
Its a 4x Charger protected with a 3A diode and a 2A glass fuse.
I am using this for this porject: https://blog.seidel-philipp.de/xxl-powerhouse-diy-feldakku-aus-18650-zellen/
Features
- 4A charging current
- mounting holes
- easy soldering
- "clean" design
- reverse polarity protection with fuse and diode
- easy expandable (just connect them in series)
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I used the cheapest components to get the lowest price possible.
Estimated costs per board including hardware:
1x PCB $4.9 (you will get 10 boards ![[Image: 1f609.png]](https://static.xx.fbcdn.net/images/emoji.php/v9/fb0/1.5/16/1f609.png){kind=small}
)
4x TP4056 Aliexpress / Banggood
4x glass fuse 2A Aliexpress / Banggood
8x glass fuse holder Aliexpress / Banggood
4x diode (1N5402 3A 200 V, DO-41) Aliexpress / Banggood
1x 18650 holder Aliexpress / Banggood
16x RM2.54 Pin Header Aliexpress / Banggood
HOW TO ORDER
you can order the PCB from china:
- Go to FUSION PCB www.seeedstudio.com
- Upload gerber file (TP4056_4in1_charger_final.zip)
- verify order settings
* Base Material: FR-4
* No. of Layers: 2
* PCB Dimensions: 100mm x 100mm
* PCB Quantity: 10 (you will get 10 identical PCBs - thats the minimum quantity)
* No. of Different Designs: 1
* PCB Thickness: 1.6mm
* PCB Color: Red
* Surface Finish: HASL
* Minimum Solder Mask Dam: 0.4mm
* Copper Weight: 1oz
* Minimum Drill Hole Size: 0.3mm
* Trace Width / Spacing: 6/6 mil
* Blind or Buried Vias: No
* Plated Half-holes / Castellated Holes: No
* Impedance Control: No - add to cart
- pay the order! Done!
- share unused PCBs with the community! =)
These was my first design, but i already changed the cables to connect them in a better way!
Outdated: This was my first design. But i changed the way, how to connect all boards together. See above!
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Hi Leute,
ich weiss das ist schon ein etwas älterer Beitrag, hab aber trotzdem die Frage ob noch jemand Platinen hat die er nicht mehr benötigt und die abgeben würde. Danke im Voraus
LG
You should make a Version 2 using the TP4056 w/ protection modules, no need for the diodes or the fuses then
Halllo Leute
Hat vielleicht noch jemand PCBS übrig für mich die ihr nicht mehr verwendet?
Oder möchte jemand mitbestellen um Liefergebühren einzusparen?
schreibt mir einfach: checkpointer1234@gmail.com
Danke schonmal
Hast ne E-Mail 😉
hello Phillipe
im trying to download the file but nothing happens.
can you tell me what im doing wrong?
Please clear you browser cache and try again!
Hallo Philipp,
danke für das Board.
Ich habe eine Bitte:
Was sind das für Standoffs die du verwendet hast, oder kann ich da einfach irgendeinen „Draht“ nehmen? Welchen Durchmesser?
Hast du noch einen anderen Link für die Diode, der angegebene tut leider nicht mehr.
Gibt es auch auf Aliexpress einen passenden 18650 Halter?
Danke für die Updates!!
Hi Martin,
ich habe die Liste nun aktualisiert! Es sollte nun alles wieder verlinkt sein, auch zusätzlich die Standoffs!
Gruß,
Phil
Super, Danke für deine Hilfe!!
Do you have to put a diode on each tp4056?
yes
I’m looking for something like this but for 21700
Thanks Philipp for the reply. I ordered TP5100 two weeks ago before seeing your PCB. It will arrive anytime soon and I’ll try out as you suggested. My power supply will be the 12V rail of a PC power supply
Hello Philipp, danke fur die PCB. Ich habe mir die PCBs bestellt, habe bestellt aber dass ich TP5100 statt TP4056 habe. Can ich TP5100 statt TP4056 mit diesem PCB benutzen?
Leider kenne ich nicht wie ich das PCB mit TP5100 modifiziere, da ich PCB design nicht koene. (Mein Deutsch koennte verbessert werden; ich bin in den USA)
Hi Nicolas,
totally fine to write in english for me. 😉
I don’t know if the footprint of the TP5100 is the same as for the TP5046. Technically that Module should work just fine if you connect it with small wires instead of pin headers as long as you connect voltage i. and voltage out like on the TP5046.
Be also aware of the different input voltage.
Let me know if it worked out for you.
Greetings,
Phil
PS: Changing the PCB is a lot of work, tho. 😉
Hallo Patrick
Herzlichen Dank für deine Idee und dass du das zu Verfügung stellst. Betreffend Wärme. Ich hätte noch eine Idee. Im PCB könnten noch Löcher oder Schlitze ausgefräst werden, oder? Auch in den Plastikhalterungen. So könne um die Zelle herum auch Luft fliessen
Hey Rolf,
Ja, das währe durchaus möglich! Wenn ich mal eine neue Version veräffentliche, baue ich es mit ein!
Gruß,
Phil
Hallo Philipp,
schönes sauberes Design.Eine Anmerkung / Verbesserungsvorschlag habe ich noch. Den Verpolungsschutz könnte man mit einem MOSFET realisieren. Der Vorteile wären:
– lediglich ein Bauteil statt zwei (weniger zu löten und geringere Kosten)
– kein Wechsel einer Sicherung nach einer Verpolung
Hier sind die verschiedenen Varianten für den Verpolungsschutz beschrieben.
http://www.lothar-miller.de/s9y/categories/39-Verpolschutz
Ein N-Channel Mosfet könnte deine Diode und Sicherung ersetzten. Bei einer maximalen Spannung von unter 5V für die Zellen, kann auf den Widerstand und die Diode aus der Schaltung verzichtet werden.
Dieser Mosfet wäre z.B. verwendbar:
https://www.reichelt.de/mosfet-n-ch-40v-162a-200w-to-220ab-irf-1404-p41598.html?PROVID=2788&gclid=Cj0KCQjww8jcBRDZARIsAJGCSGtZ363OwRoTWbf3vU6k-Makb47thHe-nHgHtK-1y9iTF5pnW_VK8IgaAn9IEALw_wcB&&r=1
Schöne Grüße
Patrick
Hey Patrick, das ist eine gute Idee. Ich habe mich glaube ich damals für Diode und Sicherung entschieden, wegen dem sehr geringen Spannunsabfall. Ich bin auf dem Gebiet kein Profi aber bin offen für Änderungen, zumal die Glas-Sicherungen im Betrieb teilweise stören wenn man viele Zellen wechselt.
Wie sieht’s bei deiner Variante mit dem Spannunsabfall aus. Bzw könnte man nicht auch eine „resetable Fuse“ nehmen?
Gruß,
Phil
Hey Phil,
ein Sicherungsautomat wäre sicher auch möglich, ist aber vermutlich deutlich teurer. Die Schaltung eines N-Kanal MOSFET findest du hier:
http://rs20.mine.nu/w/2013/02/using-mosfets-as-blocking-diodes-reverse-polarity-protection/
Drain und Source einfach wie einen „Schalter“ vor den Minuspol der Zelle und Das Gate an den Pluspol anschließen.
Um den Spannungsabfall möglichst gering zu halten, sollte man einen MOSFET mit geringem Widerstand zwischen Drain und Source verwenden…
Wenn wir mit dem oben verlinkten IRF 1404 rechnen, haben wir ein RDS(on) von 4mΩ. also ist der Spannungsabfall bei 1A Strom rein rechnerisch 4mV. Hängt allerdings leider auch noch von Temperatur, etc ab. Aber wie man es auch dreht, ist es für unsere Anwendung mit dem TP4056 vernachlässigbar, würde ich sagen.
Einziges Problem: Wenn eine Zelle < 2V eingelegt wird, ist die minimale "Schaltspannung" Vgs nicht erreicht und er wird voraussichtlich nicht schützen. Zu niedrige Spannungen lade ich aber auch erstmal mit einem Labornetzteil mit geringem Strom soweit auf, bevor sie in den TP4056 kommen.
Schöne Grüße
Patrick
Sehr cool, wenn ich mal Zeit finde muss ich das mal ausprobieren! 🙂
Genau, Zellen unter 2V müssten dann vorher einmal „wiederbelebt“ werden. Wenn du mich unterstützen möchtest, könntest du eine fertige Schaltung mit TP4056 zeichnen und mir zukommen lassen, dann würde ich das ganze Mal nachbauen, testen und eine zweite Version herausbringen!
Gruß,
Phil
Hey,
ich habe die Schaltung soeben ausprobiert…bei meiner bisherigen Verwendung in einer Entladeschaltung zur Bestimmung der Kapazität hat die Schaltung funktioniert. Da jetzt der Charger als weitere Stromquelle dafür sorgt, dass am Gate des Mosfet immer Spannung anliegt, funktioniert es leider nicht so wie ich es mir vorgestellt habe,.
Habe aber bei deiner Idee eine rückstellbare Sicherung zu verwenden nochmal recherchiert…es gibt thermische Sicherungen für Boards, die bei Überlast zu heiß werden und damit einen sehr großen Widerstand erhalten -> Sicherung aktiv. Nimmt man die Zelle wieder raus, kühlt die Sicherung ab und man kann die Zelle wieder normal einlegen. Diese sicherungen heißen PPTC oder auch Polyfuse. z.B.:
https://www.reichelt.de/rueckstellende-sicherungen-max-40a-30v-8-7s-pfra-185-p35184.html?&trstct=pol_13
damit brauchst du also deine Schaltung nicht anpassen und trotzdem bleibt das Sicherung austauschen erspart.
Habe diese Seite gefunden, welche verschiedene Schaltungen für den TP4056 vorstellt. Die Versionen mit Mosfet sind allerdings aufwendiger.
http://blog.deconinck.info/post/2017/12/22/18650-Battery-charger-reverse-polarity-protection
Schöne Grüße
Patrick
Ich habe Links zu den verwendeten Bauteilen angehängt!
Hallo philipp,
Welche diode verwendest du denn?
Liebe Grüße Karl
Karl,
das ist eine Zenerdiode. Da reicht was generisches: Ausreichend spannungsfest und muss die 2A der Sicherung problemlos aushalten.
Beispiel:
https://www.reichelt.de/Z-Dioden-1-3W/ZD-16/3/index.html?ACTION=3&LA=446&ARTICLE=23072&GROUPID=2994&artnr=ZD+16&SEARCH=Zener%2Bdiode&trstct=pos_4
Sorry, ich hab das verwechselt – es ist natürlich eine Schottky-Diode (es geht Philipp hier um die kleinere Schwellenspannung von 0.4V).
Damit wäre diese hier geeignet:
https://www.conrad.de/de/schottky-diode-gleichrichter-on-semiconductor-sb530-do-201ad-30-v-einzeln-1265112.html