- Liittynyt
- 20.03.2026
- Viestejä
- 4
TLDR: Pitäis keksiä oma kunnollinen suojapiiri litiumionikennoille (tai löytää sellainen mut ei ole vielä löytynyt)
Minulla ei ole aiempaa kokemusta piirilevyjen suunnittelusta, mitä ohjelmaa/ohjelmia kannattaa käyttää ja missä/miten ne piirilevyt teetetään.
Kontekstina siis diy-projekti, tarkemmin kannettava akullinen virtalähde/powerbank mihin tulisi pari litiumionikennoa.
Akkukennot on hankittu, mutta virtapiiri akkujen lataukseen ja purkamiseen turvamekanismeilla puuttuu vielä.
Virtapiirin (tai lukuisten, jos yksi virtapiiri ei voi tehdä kaikkia näistä) pitäisi:
-Ladata akku usb:n kautta mielellään 80-90% asti (tai max 4V jännitteeseen)
-Syöttää 5V ulostulona, sekä USB-portin ja suuremmalla virralla toisen liitännän kautta
-Suojata oikosululta, ylivirralta, yli/alijännitteeltä, viimeisimmän kohdalla siis estää akkuja purkautumasta alle 3V jännitteeseen
Sellasia halpoja litiumakkujen lataus/purku moduuleita löytyy kyllä (esim. TP4056-sirulla), osassa on mukavasti vielä ylivirtasuojaus, usb-portti joka tukee sekä latausta että purkua yms.
Mutta kaikissa moduuleissa mitä oon löytänyt on samat ongelmat; ne eivät suojaa kennoja alipurkaukselta tarpeeksi hyvin, eivätkä lataa akkua täyttä alemmaksi.
Litiumionikennon jännitteen ei mielellään pitäisi mennä 3V alapuolelle, mutta lähes kaikki edellämainituista moduuleista käyttää tyypillisesti DW01-sirua mikä katkasee virran vasta kun jännite on 2.5V tai jopa matalampi. Sama alijänniteraja pätee suureen osaan kennojen sisäisistä suojapiireistä.
Kennojen jännite kyllä nousee jonkin verran virran katketessa, koska niiden jännite laskee kuormituksen aikana, etenkin jos virtakuorma on huomattava (ns.voltage sag). Tällöin suojapiirin katkaistessa virran 2.5V kohdalla kennon jännite voi nousta takaisin jopa 3V yläpuolelle, tosin jännitteen laskeminen 2.5V kohdalle edes hetkellisesti laskee akun käyttöikää.
Mutta jos virtakuorma on huomattavasti pienempi kuin kennojen virranantokyky, niin jännite ei nouse takaisin juuri ollenkaan virran katketessa.
Esimerkiksi jos kennon kapasiteetti on 5Ah, ulostulovirta on 1A eli 0.2C, suojapiiri aktivoituu 2.5V kohdalla, niin kennon jännite voi jäädä 2.6 voltin tienoille tai matalammalle. Kenno ei välttämättä mene heti käyttökelvottomaksi, mutta sen elinkaari lyhenee massiivisesti.
Kennon jännitteen pitäminen 3V - 4V välillä antaisi kennolle moninkertaisesti pidemmän käyttöiän (tai lataus/purkusyklien määrän) siihen verrattuna, jos kennon jännite olisi 2.7V - 4.2V. Kennosta hyödynnettävä kapasiteetti olisi toki pienempi, mutta purkuvirrasta riippuen kärsisi vain joitain prosentteja. (~95% jos purkuvirta 1C, ~90% jos purkuvirta 2C).
Lisäongelmana on se, että kennoissani on sisäänrakennettu suojapiiri, jonka tarkat jänniterajat ovat tuntemattomat. Tarkoitus olisi rinnankytkeä näitä kennoja, mutta jos akut yliladataan/ylipuretaan ja kennojen suojapiirit aktivoituvat eri aikaan (mikä on väistämätöntä koska kennojen ja yksittäisten komponenttien ominaisuuksissa on lieviä eriäväisyyksiä), niin kennojen välille saattaa syntyä jännite-eroja, jotka taas johtavat ei-toivottuihin seurauksiin kennojen tasapainottuessa kun suojapiirit avautuvat. Todennäköisesti kennot eivät tässäkään tapauksessa heti tuhoutuisi, mutta pidemmän päälle transienttivirrat varmasti vähentäisivät käyttöikää, enkä lähtökohtaisesti pidä mistään epävarmoista seurauksista.
Eli toisin sanoen ulkoisen suojapiirin tulisi aina aktivoitua ennen kennojen sisäisiä suojapiirejä, joka on mahdollista vain tiukentamalla jänniterajoja.
Jos käytän edellämainittuja moduuleja, niin laite kyllä toimisi ja saisin sen nopeammin valmiiksi. Mutta haluan panostaa laitteen turvallisuuteen sekä kennojen pitkäikäisyyteen ilman, että joutuisin valvomaan ja manuaalisesti katkaisemaan akkujen latauksen tai purkamisen.
Minulla ei ole aiempaa kokemusta piirilevyjen suunnittelusta, mitä ohjelmaa/ohjelmia kannattaa käyttää ja missä/miten ne piirilevyt teetetään.
Kontekstina siis diy-projekti, tarkemmin kannettava akullinen virtalähde/powerbank mihin tulisi pari litiumionikennoa.
Akkukennot on hankittu, mutta virtapiiri akkujen lataukseen ja purkamiseen turvamekanismeilla puuttuu vielä.
Virtapiirin (tai lukuisten, jos yksi virtapiiri ei voi tehdä kaikkia näistä) pitäisi:
-Ladata akku usb:n kautta mielellään 80-90% asti (tai max 4V jännitteeseen)
-Syöttää 5V ulostulona, sekä USB-portin ja suuremmalla virralla toisen liitännän kautta
-Suojata oikosululta, ylivirralta, yli/alijännitteeltä, viimeisimmän kohdalla siis estää akkuja purkautumasta alle 3V jännitteeseen
Sellasia halpoja litiumakkujen lataus/purku moduuleita löytyy kyllä (esim. TP4056-sirulla), osassa on mukavasti vielä ylivirtasuojaus, usb-portti joka tukee sekä latausta että purkua yms.
Mutta kaikissa moduuleissa mitä oon löytänyt on samat ongelmat; ne eivät suojaa kennoja alipurkaukselta tarpeeksi hyvin, eivätkä lataa akkua täyttä alemmaksi.
Litiumionikennon jännitteen ei mielellään pitäisi mennä 3V alapuolelle, mutta lähes kaikki edellämainituista moduuleista käyttää tyypillisesti DW01-sirua mikä katkasee virran vasta kun jännite on 2.5V tai jopa matalampi. Sama alijänniteraja pätee suureen osaan kennojen sisäisistä suojapiireistä.
Kennojen jännite kyllä nousee jonkin verran virran katketessa, koska niiden jännite laskee kuormituksen aikana, etenkin jos virtakuorma on huomattava (ns.voltage sag). Tällöin suojapiirin katkaistessa virran 2.5V kohdalla kennon jännite voi nousta takaisin jopa 3V yläpuolelle, tosin jännitteen laskeminen 2.5V kohdalle edes hetkellisesti laskee akun käyttöikää.
Mutta jos virtakuorma on huomattavasti pienempi kuin kennojen virranantokyky, niin jännite ei nouse takaisin juuri ollenkaan virran katketessa.
Esimerkiksi jos kennon kapasiteetti on 5Ah, ulostulovirta on 1A eli 0.2C, suojapiiri aktivoituu 2.5V kohdalla, niin kennon jännite voi jäädä 2.6 voltin tienoille tai matalammalle. Kenno ei välttämättä mene heti käyttökelvottomaksi, mutta sen elinkaari lyhenee massiivisesti.
Kennon jännitteen pitäminen 3V - 4V välillä antaisi kennolle moninkertaisesti pidemmän käyttöiän (tai lataus/purkusyklien määrän) siihen verrattuna, jos kennon jännite olisi 2.7V - 4.2V. Kennosta hyödynnettävä kapasiteetti olisi toki pienempi, mutta purkuvirrasta riippuen kärsisi vain joitain prosentteja. (~95% jos purkuvirta 1C, ~90% jos purkuvirta 2C).
Lisäongelmana on se, että kennoissani on sisäänrakennettu suojapiiri, jonka tarkat jänniterajat ovat tuntemattomat. Tarkoitus olisi rinnankytkeä näitä kennoja, mutta jos akut yliladataan/ylipuretaan ja kennojen suojapiirit aktivoituvat eri aikaan (mikä on väistämätöntä koska kennojen ja yksittäisten komponenttien ominaisuuksissa on lieviä eriäväisyyksiä), niin kennojen välille saattaa syntyä jännite-eroja, jotka taas johtavat ei-toivottuihin seurauksiin kennojen tasapainottuessa kun suojapiirit avautuvat. Todennäköisesti kennot eivät tässäkään tapauksessa heti tuhoutuisi, mutta pidemmän päälle transienttivirrat varmasti vähentäisivät käyttöikää, enkä lähtökohtaisesti pidä mistään epävarmoista seurauksista.
Eli toisin sanoen ulkoisen suojapiirin tulisi aina aktivoitua ennen kennojen sisäisiä suojapiirejä, joka on mahdollista vain tiukentamalla jänniterajoja.
Jos käytän edellämainittuja moduuleja, niin laite kyllä toimisi ja saisin sen nopeammin valmiiksi. Mutta haluan panostaa laitteen turvallisuuteen sekä kennojen pitkäikäisyyteen ilman, että joutuisin valvomaan ja manuaalisesti katkaisemaan akkujen latauksen tai purkamisen.
