[DIY Project] Reverse Protected 18650 Lithium-Ion Charging Unit

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Create Date 11. Februar 2018
Last Updated 16. August 2018
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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)

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] )
4x TP4056 $0.74
4x glass fuse 2A $0.11
8x glass fuse holder $0.08
4x diode (IN5402 3A 200 V, DO-41)  $0.48
1x 18650 holder $0.90
------------------------------------
calculated price: $2.8 excluding possible shipping

real price: $7.21 and you still have 9 PCBs left to build more charges and hook them up in parallel.

 

HOW TO ORDER

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Outdated: This was my first design.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!

9 Antworten

  1. Patrick sagt:

    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

    • Phil sagt:

      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

      • Patrick sagt:

        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

        • Phil sagt:

          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

          • Patrick sagt:

            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

  2. Phil sagt:

    Ich habe Links zu den verwendeten Bauteilen angehängt!

  3. Karl sagt:

    Hallo philipp,
    Welche diode verwendest du denn?

    Liebe Grüße Karl

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