Zestaw baterii litowej DIY 4S z BMS: 6 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:32

Obejrzałem i przeczytałem więcej niż jeden samouczek lub poradnik dotyczący baterii litowo-jonowych i akumulatorów, ale tak naprawdę nie widziałem takiego, który zawiera wiele szczegółów. Jako nowicjusz miałem problem ze znalezieniem dobrych odpowiedzi, więc wiele z tego było metodą prób i błędów (i iskier).

Kiedy zdecydowałem się zbudować akumulator z 18650 ogniw litowo-jonowych do projektu, rozebrałem starą baterię do laptopa, wyciągnąłem baterie, przylutowałem je razem z metalowymi paskami do pakietu akumulatorów. Jednak przy pierwszej próbie dowiedziałem się, że nie było to takie proste. Akumulatory litowo-jonowe nie przypominają akumulatorów niklowo-wodorkowych, kwasowo-ołowiowych lub niklowo-kadmowych. Są wrażliwe na nadmierne rozładowanie, nadmierne ładowanie i zwarcia i wymagają szczególnej ostrożności, aby nie dopuścić do przegrzania, stopienia lub wybuchu.

Dlaczego ich używać? Są naprawdę świetne w projektach, ponieważ mają wyższe napięcie niż inne chemikalia i utrzymują dużo energii, co oznacza, że można ich użyć mniej niż w przypadku korzystania z ogniw niklowo-wodorkowych lub niklowo-kadmowych (tylko 1,2 V). Z tego powodu akumulatory do elektronarzędzi i akumulatory do pojazdów elektrycznych są wykonane z ogniw litowo-jonowych. Występują we wszystkich kształtach, rozmiarach i pojemnościach. Wysokiej jakości ogniwa wytrzymują wysokie natężenia rozładowania powyżej 20 amperów i działają dobrze w konfiguracjach z wieloma ogniwami. Możesz je również dostać za tanio lub za darmo, jeśli się rozejrzysz, ponieważ prawie każdy laptop ma w sobie baterię litowo-jonową, którą ludzie czasami wyrzucają, ponieważ jest „martwy”, ale może pozostać w niej dużo życia.

Buduję pakiet 4S2P, który ma 4 ogniwa szeregowo i 2 równolegle na 8 ogniw. Daje to pełne napięcie ładowania 16,8 V, nominalne 14,8 V i rozładowaną wartość 12 V oraz podwaja pojemność ogniw szeregowych. Posiada również system zarządzania baterią, który jest niezbędny do ochrony ogniw i prawidłowego działania. Udało mi się ukończyć ten projekt za około 20 USD. Plus, zrobiłem to!

Więc zacznijmy! Zamieszczone zostaną linki do użytych przeze mnie materiałów.

Krok 1: Materiały, narzędzia i bezpieczeństwo

Ogniwa litowo-jonowe są dość nieszkodliwe, ale musisz podjąć pewne środki ostrożności. Unikaj ich zwierania i uważaj na lutownicę i narzędzia.

Do narzędzi potrzebujesz lutownicy o mocy co najmniej 30 W, multimetru cyfrowego, noża lub ściągacza izolacji, obcinaków bocznych lub obcinaków do płukania.

Następnie trochę dobrej jakości lutu, takiego jak ten: https://www.ebay.com/itm/Kester-44-Rosin-Core-Sold… To jedne z najlepszych, jakie można uzyskać dla elektroniki.

Innymi niezbędnymi przedmiotami są oczywiście baterie litowo-jonowe 18650, albo stary pakiet do laptopa, albo coś takiego:

Paski z czystego niklu, takie jak te:

System/płyta zarządzania baterią:

Złącza wtykowe balansu 4S:

Złącza Deans typu T (lub złącza XT60):

Ładowarka wagi do ładowania pakietu akumulatorów:

Inne różne elementy to drut 18G (średnica 1,02 mm), 26G (średnica 0,40 mm) do 24G (0,51 mm), taśma maskująca i/lub taśma elektryczna lub folia termokurczliwa.

Krok 2: Baterie

Najpierw będziesz potrzebować baterii litowo-jonowych o rozmiarze 18650. Ponieważ robię to tanio, szukałem starych baterii do laptopa i znalazłem 9-ogniwowy pakiet Della w magazynie za mniej niż 3 dolary. Ten pakiet składał się z dobrej jakości czerwonych ogniw marki Sanyo. Sprawdziłem arkusz danych i mają dość standardową pojemność 2200 mAh i są przystosowane do prądu rozładowania 4 amperów. Nie jest zły. Tak, były prawie martwe (poniżej 2 woltów na każdą komórkę), ale udało mi się je ożywić. Tworzę kolejny Instruktaż, który mówi ci, jak to zrobić. Możesz kupić zupełnie nowe ogniwa w serwisie eBay lub Amazon, ale mogą być drogie dla dobrych marek. Trzymaj się z dala od tych, które reklamują pojemność 5000 lub 9800 mAh. Są to prawdopodobnie markowe ogniwa, które nie przeszły testów kontroli jakości w fabryce i mogą mieć pojemność 1000, a nawet 900 mAh. Są one rebrandowane i odsprzedawane z rabatem. Jeśli używałeś starej baterii laptopa, musisz usunąć stare złącza z zacisków. Użyj do tego noży bocznych.

Krok 3: Łączenie komórek

Następnie potrzebujesz sposobu na sklejenie komórek. Możesz użyć stalowych zakładek lutowniczych lub pasków niklowanych. Używam taśm z czystego niklu, a nie ze stali niklowanej, ponieważ przy dużym poborze prądu stal ma większą odporność niż nikiel, co może powodować nagrzewanie się. Lutuję je do ogniw. Nie jest to zalecany sposób, ponieważ zbyt długie przytrzymywanie lutownicy na ogniwie uszkodzi ogniwo i spowoduje utratę pojemności. Najlepszym sposobem jest użycie specjalnie zaprojektowanej zgrzewarki punktowej, takiej jak ta:

Jednak o ile nie robisz wielu zestawów baterii i nie możesz uzasadnić wydania 200 USD lub więcej na jeden, lutowanie jest w porządku. Tylko bądź ostrożny.

Do lutownicy polecam przynajmniej 30 watową lutownicę i dobry lut. Dobry lut ma kluczowe znaczenie. Nie używaj do tego lutu bezołowiowego, ponieważ ma wyższą temperaturę topnienia. Ponadto słabsza lutownica nie nagrzeje się wystarczająco, aby prawidłowo związać ogniwa z paskami niklowymi.

Aby zbudować pakiet akumulatorów, łączymy szeregowo 4 ogniwa i dodajemy ogniwo równoległe, dzięki czemu mamy podwojone napięcie i pojemność na ogniwo. Zobacz powyższy schemat, aby dowiedzieć się, jak podłączyć ogniwa. Jedynym ograniczeniem jest to, że wszystkie komórki muszą być identyczne. Nawet w przypadku BMS nierówne pojemności spowodowałyby nierównomierne ładowanie i rozładowywanie jednego ogniwa, co mogłoby spowodować szybszą awarię tego ogniwa i innych. Dlatego dobrze jest używać baterii do laptopa, ponieważ zawsze używano ich razem.

Aby przylutować ogniwa, szorstkować dodatnie i ujemne zaciski ogniw i nałożyć niewielką ilość lutu. Następnie ułóż komórki w odpowiedniej kolejności dla połączenia szeregowego/równoległego, jak pokazano na schematach. W tym celu okleiłem ogniwa taśmą maskującą, ale można też użyć przekładek akumulatorowych.

Przytnij paski niklu na odpowiednią długość, aby połączyć ze sobą komórki. Użyłem do tego kilku obcinaków bocznych, ale działają również wycinaki do blachy lub blachy. Nałóż lut na każdy koniec paska i przylutuj pasek do zacisków akumulatora. Nie trzymaj lutownicy zbyt długo, tylko na tyle, aby stopić lut. Skleiłem ogniwa razem przed lutowaniem końcowych połączeń, aby utrzymać je prawidłowo wyrównane.

Krok 4: Połączenia płyty BMS i wagi

Aby jak najlepiej wykorzystać akumulator i zapobiec jego przedwczesnej awarii, musimy dodać sposób, aby upewnić się, że są one odpowiednio chronione i ładowane. Ogniwa litowo-jonowe lub polimerowe muszą być chronione przed zbyt niskim lub nadmiernym rozładowaniem, co może być naprawdę złe. Odbywa się to za pomocą systemu/płyty zarządzania baterią lub BMS. Jest to urządzenie, które łączy ochronę baterii dla wielu baterii ogniw, tak jak budujemy. Nazywa się to w skrócie systemem zarządzania baterią lub BMS. Jest to urządzenie, które chroni ogniwa przed nadmiernym i niedostatecznym rozładowaniem, skokami prądu i zwarciami. Istnieje wiele różnych typów i konfiguracji płyt BMS dla różnych aranżacji komórek i zastosowań. Używam płytki 4S BMS przystosowanej do prądu roboczego 10 A, co jest w porządku dla mojej aplikacji (latarka LED o mocy 100 W).

Podłączanie jest łatwe. Po zlutowaniu naszej baterii musimy zmierzyć multimetrem napięcia na ogniwach szeregowych. Powinieneś mieć 14,8 V dla dodatniego akumulatora, 3,7 V, 7,4 V i 11,1 V. Istnieje 5 połączeń dla wtyczki balansu 4S: jedno dla dodatniego akumulatora lub ogniwa #4, jedno dla ujemnego, ogniwa #1, ogniwa #2 i ogniwa #3. Zmierz je, umieszczając sondę ujemną po ujemnej stronie opakowania i mierząc w poprzek połączeń. Gdy wszystkie będą pasować, możesz przylutować przewody balansujące z każdego połączenia do odpowiednich padów na BMS.

Użyłem przewodu o rozmiarze 26 (średnica 0,40 mm) do połączeń balansu i 18 (średnica 1,02 mm) dla baterii +/- i wyjść obciążenia, ponieważ będą one obsługiwać prawie 10 amperów prądu. Możesz użyć mniejszych przewodów do połączeń balansu, ponieważ nie przenoszą prawie żadnego prądu, tylko odpowiednie napięcie z połączeń. Za to nie zszedłbym poniżej miernika 26. Po podłączeniu pakietu można podłączyć przewody wtyczki balansowej do odpowiednich wyjść akumulatora.

Krok 5: Ładowanie salda

Teraz, gdy mamy wszystko podłączone, możemy podłączyć nasz pakiet do ładowarki i upewnić się, że się ładuje. W ten sposób dowiesz się, czy twoje połączenia są nieprawidłowe, ponieważ twoja ładowarka nie ładuje się i ostrzega o nieprawidłowych połączeniach napięcia.

Na początek potrzebujemy ładowarki balansowej do akumulatorów litowych. Żadna inna ładowarka nie będzie działać na to, ponieważ musi mieć tryb balansu! Używam chińskiego klona SkyRC iMax B6. Nie, to nie jest prawdziwa okazja, ale znalazłem kopię, która działa dobrze. Podłącz dodatni i ujemny przewód akumulatora do ładowarki. Moja ładowarka ma wtyki bananowe ze złączem typu Deans T, które łączy się z różnymi złączami. Możesz użyć zacisków krokodylkowych lub drutu we wtyczce ładowarki, takiej jak Deans lub XT60. Używam złącza Deansa i podłączyłem je do wyjść na płytce balansu. Upewnij się, że jest to miejsce, w którym podłączasz ładowarkę, ponieważ BMS potrzebuje sygnału 12,6 V, aby się aktywować. Jeśli masz zamiar być wymienną baterią, podłącz wyjście do dowolnego złącza, z którego będzie korzystać Twoje urządzenie. Okablowanie mojego z konektorami widełkowymi i wtyczką Deans, ponieważ będzie ona w większości zamontowana na stałe do mojego projektu.

Twoja ładowarka może być inna, ale tak działa w przypadku prawie każdego klonu ładowarki SkyRC iMax B6. Podłącz przewód wagi do gniazda 4S na ładowarce. Działa tylko w jedną stronę i jest oznaczony dla dodatniej i ujemnej strony baterii. Podłącz przewód ładowarki i ustaw tryb ładowania na „Balans”. Upewnij się, że ładowarka jest również ustawiona w trybie „4S”. Ponieważ jest to pakiet 4400 mAh, lubię ustawiać prąd ładowania na 1/2 lub mniej maksymalnego prądu znamionowego, czyli od 2 do 2,2 amperów. Używam 1.5 bo to jest test. Te akumulatory są prawie w pełni naładowane, więc napięcia są wysokie. Kiedy jest uruchomiony, powinieneś zobaczyć, jak ogniwa serii 4 ładują się równo, w odległości od 0,1 do 0,2 V od siebie. Po zakończeniu ładowania wszystkie ogniwa powinny mieć to samo napięcie, które wynosi 4,2 wolta. Pakiet powinien odczytywać pełne napięcie ładowania 16,8 woltów. Przy napięciu znamionowym wynosi 14,8 V (3,7 V na ogniwo). Jeśli ładujesz go po raz pierwszy, zacznij od ustawienia niskiego prądu przy pierwszym ładowaniu, a następnie zwiększ go, gdy ładujesz go ponownie.

Krok 6: Wniosek

Otóż to! Stworzyłeś funkcjonalną i niezawodną baterię litowo-jonową podobną do pakietu 4S 5000 mAh LiPo za ułamek ceny! Tak, potrzebujesz ładowarki, ale jeśli masz starą baterię do laptopa, jakiś przewód, wtyczkę do ładowania i końcówki lutownicze, wszystko, czego potrzebujesz, to BMS, który kosztuje około 10 USD lub mniej, jeśli kupisz go od Chiny. Kosztowało mnie to około 24 USD. Byłoby jeszcze taniej, gdybym dostał to wszystko z Chin, ale nie chciałem czekać miesiąca na dostawę części! Miałem już ładowarkę, lutownicę, multimetr, lut, narzędzia i przewody, więc wszystko co musiałem kupić to:

Bateria w laptopie

Płyta BMS

Wtyczki balansowe

Paski niklowe

Było to tańsze niż kupowanie pakietu LiPo i było bardziej praktyczne, ponieważ potrzebowałem czegoś, co zmieściłoby się w moim projekcie. Poza tym jest fajnie i wiele się przy tym nauczyłem!

Mam nadzieję, że podoba Ci się ten przewodnik, a przede wszystkim, że wiesz więcej niż przed przeczytaniem. To moja pierwsza próba, więc proszę o komentarz i daj mi znać, jak mi się udało lub może być lepiej na przyszłość! Dziękuje za przeczytanie!