Projekt: Mobiles Gerät mit einem 18650er-Lithium-Akku bauen

Egal ob eine klassische elektronische Schaltung oder ein Mikrocontroller-Board, irgendwann will jedes Projekt in die Freiheit entlassen werden. Die Stromversorgung ist dabei ein Knackpunkt, der erhebliche Kopfzerbrechen bereiten kann. Denn für manche Geräte ist die Versorgung mit einem Netzteil keine dauerhafte Lösung, wenn die Nutzung mobiler Natur ist. Deshalb fasst man dafür einen Akku- bzw. Batterie-Betrieb ins Auge. Im Batterie-Betrieb besteht der Wunsch nach einer Möglichkeit, den Akku wieder aufzuladen. Dafür wird ein Batterie-Management-System (BMS) benötigt. Vereinfacht gesagt, ein Ladecontroller, der über 3 Stromanschlüsse verfügt.

Batterie/Akku versorgt den Verbraucher.
Verbraucher wird durch Batterie oder Netzteil versorgt.
Netzteil versorgt den Verbraucher und lädt die Batterie auf.

Die folgende Beschreibung dient als Vorlage für eine mobile Stromversorgung für eine Schaltung, ein Projekt oder einen Aufbau. Dabei werden Komponenten verwendet, die sich leicht beschaffen lassen und zuverlässig funktionieren.

Aufbau

Aufbau: Mobiles Gerät mit einem 18650er-Lithium-Akku bauen

Bauteile

Ein mobiles Gerät kann sowohl über ein USB-C-Netzteil als auch über einen integrierten 18650-Lithium-Ionen-Akku betrieben werden. Eine passende Ladeschaltung ermöglicht das Laden des Akkus über USB-C und stellt über einen geregelten Ausgang die benötigte Versorgungsspannung von 5 Volt bereit.

Ladecontroller MH-CD42

Die Ladeschaltung muss sowohl das Laden des Akkus als auch die Entnahme von Energie zum Versorgen angeschlossener Geräte unterstützen. Im einfachsten Fall ist das ein Ladecontroller für Lithium-Ionen-Akkus für 3,7 Volt Nennspannung. Der Ladecontroller hat typischerweise einen Überlade-, Tiefentlade- und Überstromschutz sowie einen 5-Volt-Ausgang.

Empfehlenswert ist der Ladecontroller MH-CD42, der folgende elektrische Parameter hat:

Eingangsspannung: 4,5 bis 5,5 Volt
Ladestrom: bis zu 2,1 Ampere
Ausgangsspannung: 5,1 Volt
Ausgangsstrom: bis zu 2,1 Ampere

Grundsätzlich eignen sich auch andere Typen von unterschiedlichen Herstellern und Bezugsquellen.

Hinweis: Der Ladecontroller darf keine automatische Abschaltung bei einem zu geringem Stromverbrauch haben. Es sei denn der Stromverbrauch des mobilen Geräts liegt dauerhaft über der Abschaltschwelle.

Lithium-Zelle vom Typ 18650 mit Halterung

Für diese Powerbank eignet sich eine Lithium-Ionen Zelle vom Typ 18650 mit 3,7 V und einer beliebigen Kapazität (z. B. 1.800, 2.000, 2.600, 3.000, 3.400 mAh).
Nach Bedarf eine Halterung, wenn die Zelle wechselbar sein soll. Die Halterung sollte für die 18650er Bauform mit erhöhtem Pluspol-Kontakt geeignet sein.

Zusätzliche Bauteile

USB-C-Buchse für den 5-Volt-Ladeeingang zum Anschließen eines speisenden Netzteils zum Aufladen.
Nach Bedarf verschiedene Verbindungskabel, Steckbrett und Klemmleisten zum Verbinden des Akkus mit der Ladeschaltung und dem USB-Anschluss.

Gehäuse

Damit das Gesamt-Projekt mit Akku-Halterung, dem Lademodul und die Verkabelung elektrisch und mechanisch sicher verbaut ist, bedarf es eines Gehäuses, in das die Bauteile zusammen aufnehmen kann.