Litijumska baterija bez zavarivanja: 8 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:04

Ako se bavite elektronikom, zajednički izazov koji ćete prevladati bit će pronalaženje odgovarajućeg izvora energije. Ovo posebno vrijedi za sve prijenosne uređaje/projekte koje biste htjeli izgraditi, a tamo će vam baterija najvjerojatnije biti najbolja za taj izvor napajanja. Ako gradite uređaj s niskom potrošnjom energije, imate brojne mogućnosti biranja, ali ako je vaš projekt mali gnjavaž gladan energije, možda ćete biti ograničeni na litijeve baterije. Litijumske baterije su na mnogo načina prekrasan dar čovječanstvu od pametnih ljudi naučnika o baterijama i zahvalan sam na ovim darovima.

Kompleti baterija potrebni su za čitav niz proizvoda sa visokim zahtjevima napajanja. To mogu biti prijenosni zvučnici, e-bicikli, električne skejtborde, baterije, baterijske lampe, RC stvari i još mnogo, mnogo više.

Jedini problem s ovim baterijama (potpuno zanemarujući njihovu izbirljivost punjenja/pražnjenja i tendenciju da gore u plamenu kada se s njima loše postupa) je to što su prilično skupe u usporedbi s drugim inferiornim tehnologijama baterija. Stoga je mogućnost jeftinog stvaranja vlastitih baterija odlično sredstvo za ozbiljne projekte.

Na našu sreću, litijumske baterije su toliko popularne da su svuda oko nas. Stoga ću vas u ovom uputstvu voditi kroz proces stvaranja vlastitog paketa baterija od 18650 litij -ionskih baterija, uklonjenih sa starih prijenosnih računara koje možete koristiti za napajanje svojih projekata koji su gladni energije.

Korak 1: Zašto ovo uputstvo?

Dakle, što ovo uputstvo razlikuje od mnogih drugih uputstava o izgradnji baterije? Pa, primijetio sam da se pri traženju načina za izradu baterije obično daju dvije mogućnosti. Oni služe za zavarivanje ćelija zajedno sa tačkastim zavarivačem ili za lemljenje ćelija zajedno. Bez da ulazimo u previše detalja, naravno da postoje neke prednosti i nedostaci ovih opcija. Profesionalac sa tačkastim zavarivanjem je taj što daje pouzdanu vezu uz malo oštećenja baterije. Nedostatak je međutim što zahtijeva tačkasti zavarivač koji može biti prilično skup. Lemljenje je mnogo jeftinije i stvorit će bolju vezu, ali po cijenu oštećenja baterije zbog prijenosa topline u ćeliju. Još jedan nedostatak zbog kojeg obje ove metode pate je to što su prilično postojane i zahtijevaju odlemljivanje ili rezanje jezičaka kako bi se omogućile promjene u konfiguraciji baterije. Stoga se odlučujem za treću opciju, a to je baterija bez zavarivanja i potencijalno lemljenje.

Dizajnirao sam ove modularne držače ćelija koji omogućuju izradu bilo koje baterije veličine mreže bez upotrebe skupih točkastih zavarivača, bez oštećenja baterija i sa slobodom da u bilo kojem trenutku s lakoćom ponovno konfiguriraju bateriju ili zamijene pojedine ćelije.

Korak 2: Odricanje odgovornosti

Prije nego što počnemo, moram vas obavijestiti da su litijske baterije, koliko god bile divne, prilično opasne ako se s njima ne rukuje pravilno. Ovo su pahuljice baterija i eksplodirat će/eksplodirati u paklenom plamenu ako se s njima maltretira, rušeći vaš projekt, automobil, kuću ili bilo što što bi moglo biti zapaljivo. Visok sadržaj energije ovih baterija može uzrokovati i ozbiljna oštećenja ako se spoje. Ne preuzimam nikakvu odgovornost za bilo kakvu oštećenu imovinu, živo biće ili duhovni/mentalni entitet koji je rezultat nečega što je pošlo po zlu nakon ovog uputstva. To biste trebali učiniti samo ako imate odgovarajuće znanje o litijumskim baterijama i ako ste poduzeli potrebne mjere opreza.

Ukratko, to radite na vlastitu odgovornost i ne preuzimam odgovornost u bilo čemu što može poći po zlu. Ako ne želite ništa riskirati, predlažem da kupite gotovo pakiranje koje su napravili profesionalci.

Ograničenja:

Ovdje se upute uglavnom fokusiraju na stvaranje nezaštićene baterije, pa se neće uzeti u obzir nikakve vrste BMS -a ili druga sigurnosna mjerenja koja bi nam omogućila da bateriju iskoristimo na siguran način. Ovo je prepušteno svakome ko želi ovo izgraditi da riješi.

Korak 3: Nabavite 18650 baterijskih ćelija

Ako već imate 18650 baterija i samo vas zanima proces stvaranja baterije, možete prijeći na korak "Izrada paketa".

Jedan od najčešćih tipova baterija na koje ćete naići će biti 18650 baterijska ćelija (od sada se naziva ćelija) koja je tip baterije koja se najčešće koristi u prijenosnim računalima. (Činjenica, 18650 zapravo opisuje veličinu ćelije promjera 18 mm i dužine 65,0 mm). Naravno, postoje i druge ćelije poput 21700 i 26650, ali zbog njihove popularnosti ovo uputstvo će se fokusirati samo na tip ćelija 18650.

Glavni izvor besplatnog bodovanja 18650 su bez sumnje stari prijenosni računari. Obično sadrže 6-9 ćelija, ovisno o tipu prijenosnog računara. Čak i zbog loših baterija za prijenosno računalo šanse su da će samo neke ćelije biti loše, dok bi ostale mogle biti još uvijek upotrebljive. Ostala mjesta za nabavku ćelija su iz baterija za e-bicikle, banaka za napajanje i internetskih trgovina poput eBay-a i amazona, iako to naravno neće biti besplatno.

Kad se uhvatite baterije za prijenosno računalo, vrijeme je da je otvorite. OPREZ, međutim, ne želite probušiti ili kratki spoj baterija. Moja preporuka je da upotrijebite plastični alat za radoznali dio. Ako i dalje koristite metalne predmete, poput odvijača, pazite da to učinite nježno kako ne biste izazvali nezgode.

Kad dobijete ćelije, vrijeme je da testirate njihov kapacitet. U tu svrhu preporučujem korištenje punjača/testera za baterije poput OPUS-a BT-C3100 (partnerska veza). Ovi praktični mali uređaji će vam puniti/prazniti, testirati i održavati vaše litijumske ćelije, što je odlično ako planirate koristiti litijumske ćelije za projekte.

Korak 4: Baterije

Baterije se proizvode iz dva glavna razloga: za povećanje napona ili/i za povećanje kapaciteta. Ćelija je pojedinačna baterija u pakiranju i kada se ćelije spoje u seriju dodaje se napon. Kada se ćelije paralelno povežu, umjesto toga se dodaje kapacitet ćelija čime se oponaša baterija većeg kapaciteta. Konfiguracija baterije obično se opisuje kao XsYp gdje X označava broj ćelija u seriji i Y, broj ćelija paralelno. Množenjem ovih dobivamo ukupan broj ćelija potrebnih za naše čopor.

Raspon napona tipičnih 18650 je između 4,2 V i ~ 2,5 V, pa ako želite bateriju od 12 V koja povezuje tri ćelije u seriji 3s1p dala bi 12,6 V potpuno napunjenu i do 7,5 V potpuno praznu (iako se ne preporučuje ćelije za pražnjenje ispod 3V).

Kapacitet ćelija jako varira od modela do proizvođača. No, s obzirom na ogromnu količinu baterija koje sam testirao, očekivani kapacitet rabljenih baterija za prijenosne računare kreće se od 2000mAh do 3000mAh. Naravno da ćete pronaći baterije manjeg kapaciteta od ovih i one koje općenito odbacujem.

Recimo da želite stvoriti power bank s kapacitetom od 10000mAh i da imate hrpu ćelija od 2000mAh … tada ćete, pogađate, morati spojiti pet njih paralelno 1s5p konfiguracijom da biste dobili tih 10000mAh i naravno DC-DC regulator za napajanje do 5V.

Na primjer, ako ste htjeli 12V i najmanje 10000mAh, tada bi konfiguracija bila 3s5p, a to znači da bi potrebna količina ćelija bila 15 za stvaranje tog paketa.

Stvaranje vlastitog paketa baterija zaista je vrlo korisno i postoji mnoštvo materijala za čitanje na Interwebu. Stoga, ako ste tek počeli stvarati pakete, predlažem da to malo istražite jer ova uputa neće pružiti sve detalje o baterijama i njihovim ograničenjima. Savjeti o nekoliko stvari koje treba potražiti su podjela struje i podjela struje, BMS, napunjenost ravnoteže, pad napona, unutrašnji otpor baterije, veličine jezičaka, hemija baterije i toplinska izolacija.

Korak 5: Izrada paketa

Postoji nekoliko stvari koje će nam biti potrebne za izradu ove baterije.

Prvi korak u izgradnji baterije je odlučiti koju konfiguraciju želite/trebate. O tome odlučuju zahtjevi napona, kapaciteta i struje. U ovom uputstvu stvarat ćemo bateriju od 3s2p koja bi trebala rezultirati baterijom od 12V do 4-5000mAh.

Budući da ćemo štampati naše držače ćelija, 3D štampač će biti nevjerovatno koristan. Dakle, ovo je dio u kojem trebate izvaditi 3D štampač iz zadnjeg džepa ili zamoliti prijatelja koji ima štampač da vam pomogne. Ovi držači ćelija su prilično mali pa da biste dobili odgovarajuću toleranciju za njihovo spajanje, preporučio bih upotrebu mlaznice od 0,4 mm ili manje. Datoteke STL i modela mogu se pronaći na donjoj poveznici gdje ćete pronaći i upute za ispis.

Bušilica bi također mogla biti potrebna ovisno o odabranoj metodi montaže (više o tome u kasnijim slajdovima)

Kao što je već spomenuto, zavarivanje neće biti potrebno, a lemljenje neće biti obavezno. Glavna upotreba lemilice bila bi pričvršćivanje kabela na bateriju. Međutim, to se može izbjeći korištenjem prstenastih stezaljki na žicama umjesto toga ili samo da jezičci djeluju kao vodiči, a zanemaruju se pojedinačni vodiči ćelije (balansirani vodiči).

Veza do stl datoteka: STL datoteke

Korak 6: Potrebni dijelovi

Odštampajte onoliko držača koliko je potrebno za vaše pakovanje i počnite da nabavljate ostale potrebne dijelove. Za ovu verziju trebat ćemo ispisati ukupno šest držača ćelija. Odštampajte i kućište, poklopac i opcionalno držač jer će kućište bateriju učiniti mnogo izdržljivijom i pouzdanijom.

Lista dijelova:

• Jezičak od nikla (maksimalna širina 7,5 mm)
• 2x M5 vijka (dužine najmanje 100 mm)
• 2x orah M5
• 12x M3 vijci i matice*
• Terminali (crveni i crni)
• Balansiranje provodnika*

*Opcioni deo

Korak 7: Sastavite paket

Nakon što nabavite sve dijelove, vrijeme je za sastavljanje pakiranja, a to je prilično jednostavno jer se odštampani držači ćelija mogu umetnuti jedan u drugi kako bi se stvorila potrebna veličina pakovanja.

Držači ćelija dizajnirani su na takav način da postoji više načina korištenja za izradu baterije.

1. Prva opcija je provući jezičke kroz držač ćelije za povezivanje više ćelija. Držači su dizajnirani s određenom opružnošću koja bi trebala osigurati pravilan kontakt s baterijskom ćelijom.
2. Druga je mogućnost koristiti vijke M3 kao kontakte priključaka i pričvrstiti jezičke na vijke pomoću matica. U tu svrhu može biti korisno izbušiti rupe na jezičcima kako bi se omogućilo prolazak vijaka M3. Osigurao sam šablon koji će vam pomoći pri razmaku pri bušenju ovih rupa. Bilo bi pametno upotrijebiti najlonske matice ili loctite kako biste spriječili odvrtanje matica ako baterija podnese vibracije.

Svako lemljenje kabela i žica (poput balansiranja kabela) i spojnih jezičaka (za stvaranje serijskih veza) treba obaviti u ovoj fazi, pazeći da su spojeni pravi jezičci.

Nakon što prvi dio (nazovimo ga donji dio) završi i odgovarajuće elektrode budu lemljene/pričvršćene, može se postaviti u dno kućišta. Bit će usko pristajanje. Ovo je namjerno za stvaranje robusnog pakiranja i smanjenje nepotrebnog tutnjanja unutar pakiranja.

Umetnite baterije pazeći da svi paralelni parovi budu na istom naponskom nivou i da ćelije imaju isti kapacitet. Za stvaranje serijske veze ćelijski par bi trebao biti okrenut naizmjenično, što znači da bi srednji par trebao biti okrenut suprotno od druga dva para.

Umetnite gornje držače ćelija u pakovanje. Ovaj korak bi mogao zahtijevati neko vrckanje i petljanje kako bi se sve ćelije pravilno poravnale u gornji držač.

BITAN!

• Potrudite se da pravilno odredite polaritet i orijentaciju ćelija. U protivnom riskirate da ćelije skratite, a time i oslobodite njihov puni potencijal, što je rijetko dobra stvar.
• Ako koristite očišćene ćelije sa starih baterija za prijenosno računalo ili drugih elektroničkih uređaja, uklonite sve naljepnice, ostatke ljepila ili bilo što drugo što bi moglo biti na ćeliji, pazeći da ne uklonite skupljajući omot. Želite da se ćelija slobodno kreće u držaču ćelije kako bi se omogućio dobar kontakt terminala.

Korak 8: Testirajte paket

Lagano zašrafite poklopac i voila! nadamo se da imate ispravnu bateriju. Naravno, sada je vrijeme da izvadite multimetar i testirate pakovanje kako biste vidjeli da li isporučuje očekivani napon.

Kao što se može vidjeti na slikama, stvorio sam nekoliko baterija sa ovim držačima i moram reći da su zaista odlični. Sada je moguće izgraditi pakete u kojima možete s lakoćom zamijeniti loše ćelije, promijeniti konfiguraciju i pojedinačno napuniti ćelije.

Međutim, postoje neke stvari vrijedne spomena o ovom načinu izgradnje čopora. Budući da veza nije vezana za ćelije, potrebno je poduzeti dodatnu pažnju kako bi se osiguralo da svaka ćelija ostvaruje pravilan kontakt. Ako ćelije ne stvaraju odgovarajuće kontaktne iskre, mogu se stvoriti iskre jer se baterije nejednako prazne. Još jedna stvar koju treba imati na umu je da će ovo rješenje rezultirati manje kompaktnom baterijom u usporedbi sa zavarivanjem, na primjer. Treći nedostatak je to što, iako modularna konstrukcija čini fleksibilnost, ipak ste ograničeni na konfiguracije uzorka mreže, pa prilagođavanje oblika baterije postaje teže.

Ali ako vam ništa od gore navedenih nedostataka ne smeta, čestitamo što ste uspjeli prebroditi upute i možda ćete uspjeti riješiti sve svoje buduće izazove moći.

Upamtite da je korištenje litij -ionskih baterija bez ikakve zaštite prilično rizično pa se preporučuje upotreba odgovarajućeg BMS -a (sistema za nadzor baterije) za zaštitu pakiranja od prekomjernog punjenja/pražnjenja, a ako je uključena i funkcija uravnoteženja, tada se može koristiti i za punjenje čopor. Pogledajte donje veze mojih predloženih BMS -ova za upotrebu u malim pakiranjima.

12V BMS (pakovanje od 3s)

16V BMS (pakovanje od 4s)