Bezspawowy akumulator litowy: 8 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:27

Jeśli interesujesz się elektroniką, powszechnym wyzwaniem do pokonania będzie znalezienie odpowiedniego źródła zasilania. Dotyczy to szczególnie wszystkich urządzeń przenośnych/projektów, które możesz chcieć zbudować, a tam bateria najprawdopodobniej będzie najlepszym wyborem dla tego źródła zasilania. Jeśli budujesz urządzenie o niskim poborze mocy, masz wiele opcji do wyboru, ale jeśli twój projekt jest energochłonnym małym robalem, możesz być ograniczony do baterii litowych. Pod wieloma względami baterie litowe są wspaniałym prezentem dla ludzkości od naukowców zajmujących się inteligentnymi bateriami i chłopcze, jestem wdzięczny za te prezenty.

Zestawy akumulatorów są potrzebne dla całej gamy produktów o wysokim zapotrzebowaniu na energię. Mogą to być przenośne głośniki, rowery elektryczne, deskorolki elektryczne, power banki, latarki, sprzęt RC i wiele, wiele więcej.

Jedynym problemem związanym z tymi akumulatorami (całkowicie ignorując ich wybredność ładowania/rozładowania i tendencję do zapalania się w przypadku niewłaściwego traktowania) jest to, że są one dość drogie w porównaniu z innymi gorszymi technologiami akumulatorów. Tak więc możliwość tworzenia własnych zestawów baterii za niewielką opłatą jest świetnym narzędziem do poważnych projektów.

Na szczęście baterie litowe są tak popularne, że są wokół nas. W tej instrukcji poprowadzę Cię przez proces tworzenia własnego zestawu baterii z baterii litowych 18650, usuniętych ze starych laptopów, których możesz użyć do zasilania swoich energochłonnych projektów.

Krok 1: Dlaczego to instruktażowe?

Więc co odróżnia tę instrukcję od wielu innych instrukcji dotyczących budowania zestawu baterii? Cóż, zauważyłem, że szukając sposobu na zbudowanie pakietu baterii, zwykle podaje się dwie opcje. Są to spawanie ogniw razem zgrzewarką punktową lub lutowanie ogniw razem. Nie wchodząc w szczegóły, istnieją oczywiście pewne zalety i wady tych opcji. Zaletą zgrzewania punktowego jest to, że zapewnia niezawodne połączenie przy niewielkim uszkodzeniu akumulatora. Wadą jest jednak to, że wymaga zgrzewarki punktowej, która może być dość kosztowna. Lutowanie jest znacznie tańsze i zapewni lepsze połączenie, ale kosztem uszkodzenia baterii z powodu przenikania ciepła do ogniwa. Inną wadą obu tych metod jest to, że są one dość trwałe i wymagają wylutowania lub wycięcia wypustek, aby umożliwić zmiany konfiguracji baterii. Więc wybieram trzecią opcję, która jest bezspawowym i potencjalnie nielutowanym pakietem baterii.

Zaprojektowałem te modułowe uchwyty na ogniwa, które pozwalają na zbudowanie dowolnego zestawu akumulatorów wielkości siatki bez użycia drogich zgrzewarek punktowych, bez uszkodzenia akumulatorów i ze swobodą zmiany konfiguracji zestawu akumulatorów lub łatwej wymiany pojedynczych ogniw w dowolnym momencie.

Krok 2: Zastrzeżenie

Zanim jednak zaczniemy, muszę poinformować, że baterie litowe, jakkolwiek wspaniałe mogą być, są dość niebezpieczne, jeśli nie są odpowiednio obsługiwane. Są to płatki śniegu z baterii, które eksplodują/eksplodują w piekielne płomienie, jeśli zostaną źle potraktowane, niszcząc Twój projekt, samochód, dom lub cokolwiek, co może być łatwopalne w jego zasięgu. Wysoka zawartość energii w tych bateriach może również spowodować poważne uszkodzenia w przypadku zwarcia. Nie biorę żadnej odpowiedzialności za jakąkolwiek uszkodzoną własność, żywą istotę lub istotę duchową/umysłową w wyniku czegoś, co poszło nie tak po tej instrukcji. Powinieneś to zrobić tylko wtedy, gdy masz odpowiednią wiedzę na temat baterii litowych i podjąłeś niezbędne środki ostrożności.

Krótko mówiąc, robisz to na własne ryzyko i nie biorę odpowiedzialności za nic, co może się nie udać. Jeśli nie chcesz nic ryzykować to proponuję kupić gotowe opakowanie wykonane przez profesjonalistów.

Ograniczenia:

Instrukcje tutaj skupiają się głównie na tworzeniu niezabezpieczonego zestawu akumulatorów, dlatego nie będą brane pod uwagę żadne rodzaje BMS ani inne pomiary bezpieczeństwa, które pozwoliłyby nam na bezpieczne użytkowanie zestawu akumulatorów. To jest pozostawione każdemu, kto chce to zbudować, aby rozwiązać.

Krok 3: Pozyskiwanie ogniw baterii 18650

Jeśli masz już akumulatory 18650 i interesuje Cię tylko proces tworzenia pakietu akumulatorów, możesz przejść do kroku „Budowanie pakietu”.

Jednym z najczęstszych typów baterii, z którymi się spotkasz, jest ogniwo 18650 (odtąd nazywane ogniwem), które jest najczęściej używanym typem baterii w laptopach. (Fakt, 18650 faktycznie opisuje rozmiar ogniwa, który ma średnicę 18 mm i długość 65,0 mm). Istnieją oczywiście inne komórki, takie jak 21700 i 26650, ale ze względu na ich popularność ta instrukcja skupi się tylko na typie komórek 18650.

Głównym źródłem darmowych 18650 punktów są bez wątpienia stare laptopy. Zwykle mieszczą one 6-9 ogniw w zależności od typu laptopa. Nawet ze złych baterii w laptopie są szanse, że tylko niektóre ogniwa będą uszkodzone, podczas gdy reszta może nadal nadawać się do użytku. Inne miejsca, w których można zdobyć ogniwa, to akumulatory do rowerów elektrycznych, power banki, a także sklepy internetowe, takie jak eBay i amazon, chociaż oczywiście nie będą one bezpłatne.

Gdy już zdobędziesz baterię laptopa, czas ją podważyć. UWAGA jednak, ponieważ nie chcesz przekłuwać ani zwierać żadnej z baterii. Zalecam użycie plastikowego narzędzia do podważania części. Jeśli nadal używasz metalowego przedmiotu, takiego jak śrubokręt, upewnij się, że robisz to delikatnie, aby nie spowodować żadnych wpadek.

Kiedy już masz swoje komórki, nadszedł czas, aby przetestować ich pojemność. W tym celu zalecam używanie ładowarki/testera akumulatorów, takiego jak OPUS BT-C3100 (link partnerski). Te poręczne małe urządzenia będą ładować/rozładowywać, testować i konserwować dla Ciebie ogniwa litowe, co jest świetne, jeśli planujesz używać ogniw litowych do projektów.

Krok 4: Pakiety baterii

Akumulatory buduje się z dwóch głównych powodów: w celu zwiększenia napięcia lub/i zwiększenia pojemności. Ogniwo to pojedyncza bateria w pakiecie, a gdy ogniwa są połączone szeregowo, napięcie jest dodawane. Gdy ogniwa są połączone równolegle, pojemność ogniw jest dodawana zamiast tego, naśladując w ten sposób akumulator o większej pojemności. Konfiguracja pakietu akumulatorów jest zwykle określana jako XsYp, gdzie X oznacza liczbę ogniw połączonych szeregowo, a Y liczbę ogniw połączonych równolegle. Mnożąc je otrzymujemy całkowitą liczbę komórek potrzebnych do naszego pakietu.

Zakres napięcia typowego 18650 wynosi od 4,2V do ~2,5V, więc jeśli chciałbyś pakiet 12V łączący trzy ogniwa szeregowo 3s1p dawałby 12,6V w pełni naładowane i do 7,5V całkowicie puste (chociaż nie jest to zalecane rozładowania ogniw poniżej 3V).

Pojemność ogniw różni się znacznie w zależności od modelu i producenta. Ale z ogromnej ilości baterii, które przetestowałem, oczekiwana pojemność używanych baterii do laptopów waha się od 2000 mAh do 3000 mAh. Oczywiście znajdziesz baterie o mniejszej pojemności niż ta i te, które generalnie wyrzucam.

Powiedzmy, że chcesz stworzyć power bank o pojemności 10000 mAh i masz kilka ogniw 2000 mAh… wtedy, zgadłeś, będziesz musiał połączyć pięć z nich równolegle w konfiguracji 1s5p, aby uzyskać 10000 mAh i oczywiście Regulator DC-DC, aby uzyskać napięcie 5V.

Jeśli chciałbyś na przykład 12V i co najmniej 10000mAh, to konfiguracja byłaby 3s5p, a to oznacza, że wymagana ilość ogniw to 15, aby stworzyć ten pakiet.

Tworzenie własnego pakietu baterii jest rzeczywiście bardzo przydatne, a w Internecie jest mnóstwo materiałów do czytania. Więc jeśli dopiero zaczynasz tworzyć pakiety, sugeruję, abyś przeprowadził na ten temat pewne badania, ponieważ ta instrukcja nie będzie zawierać wszystkich szczegółów na temat pakietów baterii i ich ograniczeń. Wskazówki dotyczące kilku rzeczy, które należy sprawdzić, to pobór prądu i podział prądu, BMS, ładowanie balansu, zapad napięcia, rezystancja wewnętrzna akumulatora, rozmiary zakładek, skład chemiczny akumulatora i niestabilność termiczna.

Krok 5: Budowanie paczki

Jest kilka rzeczy, które będą nam potrzebne do zbudowania tego zestawu akumulatorów.

Pierwszym krokiem budowania pakietu baterii jest podjęcie decyzji, jakiej konfiguracji chcesz/potrzebujesz. Decydują o tym wymagania dotyczące napięcia, pojemności i prądu. W tej instrukcji stworzymy akumulator 3s2p, który powinien dać baterię 12 V 4-5000 mAh.

Ponieważ będziemy drukować nasze uchwyty na komórki, drukarka 3D będzie niezwykle przydatna. To jest część, w której powinieneś wyciągnąć drukarkę 3D z tylnej kieszeni lub poprosić przyjaciela z drukarką o pomoc. Te uchwyty na komórki są dość małe, więc aby uzyskać odpowiednią tolerancję na ich łączenie, zalecałbym użycie dyszy 0,4 mm lub mniejszej. Pliki STL i modele można znaleźć pod poniższym linkiem, gdzie znajdziesz również instrukcje dotyczące drukowania.

Może być również potrzebne wiertło w zależności od wybranej metody montażu (więcej na ten temat w kolejnych slajdach)

Jak wspomniano wcześniej, spawanie nie będzie konieczne, a lutowanie będzie opcjonalne. Głównym zastosowaniem lutownicy byłoby podłączenie przewodów do akumulatora. Można tego jednak uniknąć, stosując zamiast tego zaciski pierścieniowe na przewodach lub po prostu stosując wypustki jako wyprowadzenia i ignorując wyprowadzenia poszczególnych ogniw (przewody równoważące).

Link do plików stl: pliki STL

Krok 6: Potrzebne części

Wydrukuj tyle uchwytów, ile potrzebujesz do swojego opakowania i zacznij pozyskiwać inne potrzebne części. W tej kompilacji będziemy musieli wydrukować łącznie sześć uchwytów na komórki. Wydrukuj również obudowę, pokrywę i opcjonalnie uchwyt, ponieważ obudowa sprawi, że akumulator będzie znacznie trwalszy i bardziej niezawodny.

Lista części:

• Zaczep niklowy (max szerokość 7,5mm)
• 2x śruby M5 (o długości co najmniej 100mm)
• 2x M5 skrzydełka
• 12x śruby i nakrętki M3*
• Przewody zaciskowe (czerwony i czarny)
• Bilansowanie leadów*

*Część opcjonalna

Krok 7: Złóż pakiet

Gdy masz już wszystkie części, nadszedł czas na złożenie paczki, co jest dość proste, ponieważ zadrukowane uchwyty na komórki można zatrzasnąć, aby uzyskać wymagany rozmiar paczki.

Uchwyty na ogniwa są zaprojektowane w taki sposób, że istnieje wiele sposobów wykorzystania ich do zbudowania pakietu baterii.

1. Pierwszą opcją jest przewleczenie zakładek przez uchwyt kuwety w celu połączenia wielu kuwet. Uchwyty zaprojektowano z pewną sprężystością, która powinna zapewnić właściwy kontakt z ogniwem akumulatora.
2. Drugą opcją jest użycie śrub M3 jako styków zaciskowych i dokręcenie zaczepów na śrubach za pomocą nakrętek. W tym celu przydatne może być wywiercenie otworów w zaczepach, aby umożliwić przejście śrubom M3. Dostarczyłem przyrząd, który pomoże w rozstawieniu podczas wiercenia tych otworów. Rozsądne może być użycie nylonowych nakrętek lub loctytu, aby zapobiec odkręcaniu się nakrętek, jeśli akumulator wytrzyma wibracje.

Ewentualne lutowanie wyprowadzeń i przewodów (takich jak wyprowadzenia balansujące) oraz wypustek łączących (w celu utworzenia połączeń szeregowych) należy wykonać na tym etapie, upewniając się, że odpowiednie wypustki są połączone.

Po wykończeniu pierwszej części (nazwijmy ją dolną) i przylutowaniu/podłączeniu odpowiednich przewodów, można ją umieścić w dolnej części obudowy. Będzie ciasno dopasowany. Ma to na celu stworzenie solidnej paczki i zmniejszenie niepotrzebnego dudnienia wewnątrz paczki.

Włóż baterie, upewniając się, że wszystkie pary równoległe mają ten sam poziom napięcia i że ogniwa mają podobną pojemność. Aby utworzyć połączenie szeregowe, para ogniw powinna być zwrócona w przeciwnym kierunku, co oznacza, że środkowa para powinna być zwrócona w kierunku przeciwnym do pozostałych dwóch par.

Włóż górne uchwyty kuwet do opakowania. Ten krok może wymagać poruszania się i manipulowania, aby wszystkie komórki prawidłowo wyrównały się w górnym uchwycie.

WAŻNY!

• Upewnij się, że masz właściwą polaryzację i orientację komórek, w przeciwnym razie istnieje ryzyko zwarcia komórek, a tym samym uwolnienia ich pełnego potencjału, co rzadko jest dobrą rzeczą.
• Jeśli używasz oczyszczonych ogniw ze starych baterii laptopa lub innych urządzeń elektronicznych, usuń wszystkie naklejki, pozostałości kleju lub cokolwiek innego, co może znajdować się na ogniwie, uważając, aby nie usunąć folii termokurczliwej. Chcesz, aby cela poruszała się swobodnie w uchwycie kuwety, aby zapewnić dobry kontakt zacisków.

Krok 8: Przetestuj pakiet

Delikatnie zakręć pokrywkę i voila! miejmy nadzieję, że masz działający akumulator. Oczywiście nadszedł czas, aby wyjąć multimetr i przetestować opakowanie, aby sprawdzić, czy dostarcza oczekiwane napięcie.

Jak widać na zdjęciach stworzyłem kilka akumulatorów z tymi uchwytami i muszę powiedzieć, że są naprawdę świetne. Teraz można budować pakiety, w których można z łatwością wymieniać uszkodzone ogniwa, zmieniać konfigurację i indywidualnie ładować ogniwa.

Jest jednak kilka rzeczy, o których warto wspomnieć o tym sposobie budowania paczek. Ponieważ połączenie nie jest połączone z komórkami, należy zachować szczególną ostrożność, aby upewnić się, że każda komórka ma właściwy kontakt. Jeśli ogniwa nie zapewniają prawidłowego kontaktu, mogą powstawać iskry, ponieważ akumulatory rozładowują się nierównomiernie. Inną rzeczą, o której należy pamiętać, jest to, że dzięki temu rozwiązaniu akumulator będzie mniej kompaktowy niż np. spawanie. Trzecią wadą jest to, że chociaż modułowa konstrukcja sprawia, że jest elastyczny, nadal ograniczasz się do konfiguracji wzoru siatki, a dostosowywanie kształtu akumulatora staje się przez to trudniejsze.

Ale jeśli żadna z wyżej wymienionych wad nie przeszkadza ci, to gratulacje za wykonanie instrukcji i być może będziesz w stanie rozwiązać wszystkie przyszłe wyzwania związane z mocą.

Pamiętaj, że używanie baterii litowych bez żadnej ochrony jest dość ryzykowne, dlatego zaleca się użycie odpowiedniego BMS (system monitorowania baterii), aby chronić pakiet przed nadmiernym ładowaniem/rozładowaniem, a także, jeśli w zestawie jest funkcja równoważenia, można go również użyć do ładowania paczka. Zobacz poniższe linki do moich sugerowanych BMS do użycia w małych paczkach.

12V BMS (opakowanie 3s)

16V BMS (opakowanie 4s)