DIY 4S litijumska baterija sa BMS -om: 6 koraka

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

Gledao sam i pročitao više od jednog vodiča ili uputa o litij-ionskim baterijama i baterijama, ali zapravo nisam vidio onu koja vam daje mnogo detalja. Kao početnik, imao sam problema s pronalaženjem dobrih odgovora, pa je mnogo toga bilo pokušaj i greška (i iskre).

Kad sam odlučio izgraditi bateriju od 18650 litij -ionskih ćelija za projekt, odvojio sam staru bateriju za prijenosno računalo, izvadio baterije i lemio ih zajedno s metalnim trakama u bateriju. Međutim, u prvom pokušaju sam saznao da to nije tako lako. Litijum -jonske baterije nisu poput nikl -metal -hidridnih, olovnih ili kadmijumskih baterija. Osjetljivi su na prekomjerno pražnjenje, prekomjerno punjenje i kratke spojeve te im je potrebna posebna briga kako se ne bi pregrijali, otopili ili eksplodirali.

Zašto ih koristiti? Zaista su odlični za projekte jer imaju veći napon od ostalih kemikalija i drže puno energije, što znači da ih možete koristiti manje nego da ste koristili nickle metal hidride ili ćelije kadmijuma (samo 1,2 volta). Baterije za električne alate i baterije za električna vozila su iz tog razloga izrađene od litij -ionskih ćelija. Dolaze u svim oblicima, veličinama i kapacitetima. Ćelije visokog kvaliteta mogu izdržati velike brzine pražnjenja od preko 20 ampera i dobro raditi u više konfiguracija ćelija. Možete ih nabaviti i jeftino ili besplatno ako pogledate okolo jer gotovo svaki laptop ima litijum -jonsku bateriju koju ljudi ponekad bace jer je „mrtva“, ali u njoj može ostati još mnogo života.

Pravim paket 4S2P koji ima 4 ćelije u nizu i 2 paralelno za 8 ćelija. Ovo će vam dati puni napon punjenja od 16,8 volti, nominalnih 14,8 volti i pražnjenje od 12 volti, te udvostručiti kapacitet serijskih ćelija. Takođe ima sistem upravljanja baterijom, koji je neophodan za zaštitu ćelija i pravilan rad. Uspio sam završiti ovaj projekt za oko 20 USD. Plus, uspeo sam!

Dakle, počnimo! Linkovi na materijale koje sam koristio će biti uključeni.

Korak 1: Materijali, alati i sigurnost

Litij -ionske ćelije prilično su bezopasne, ali morate poduzeti neke mjere opreza. Izbjegavajte njihovo skraćivanje i budite oprezni s lemilicom i alatom.

Za alate vam je potrebno lemilica od najmanje 30 vati, digitalni multimetar, skidači noža ili žice, bočni rezači ili noževi za ispiranje.

Zatim, nekoliko kvalitetnih lemljenja poput ovog: https://www.ebay.com/itm/Kester-44-Rosin-Core-Sold… Ovo je jedno od najboljih koje možete dobiti za elektroniku.

Ostali potrebni predmeti su, naravno, nekih 18650 litij-ionskih baterija, bilo staro pakiranje za prijenosno računalo, ili neke poput ovih:

Čiste nickle trake poput ovih:

Sistem/ploča za upravljanje baterijom:

4S priključci za balans utikač:

Dekanski konektori T-tipa (ili konektori XT60):

Balansni punjač za punjenje baterije:

Ostali razni predmeti bili su žica promjera 18,02 (1,02 mm), žica promjera 26 (promjera 0,40 mm) do žica 24 mm (0,51 mm), maskirna traka i ili električna traka ili termoskupljajuća folija.

Korak 2: Baterije

Prvo će vam trebati neke litijum-jonske baterije veličine 18650. Budući da ovo radim jeftino, potražio sam stare baterije za prijenosno računalo i na skladištu za štednje našao 9-ćelijski paket Dell za manje od 3 USD. Ovo pakiranje sastavljeno je od nekih kvalitetnih crvenih ćelija marke Sanyo. Provjerio sam tehnički list i oni su prilično standardnog kapaciteta 2200 mAh i ocijenjeni su za struju pražnjenja od 4 ampera. Nije loše. Da, bili su prilično mrtvi (ispod 2 volta u svakoj ćeliji), ali uspio sam ih oživjeti. Pravim još jedan Instructable koji vam govori kako to učiniti. Nove ćelije možete kupiti na eBayu ili Amazonu, ali za dobre marke mogu biti skupe. Klonite se onih koji oglašavaju kapacitet od 5000 ili 9800 mAh. Vjerovatno se radi o ćelijama robnih marki koje su u tvornici pale na testovima kontrole kvalitete i mogu imati kapacitet od 1000 ili čak 900 mAh. Rebrendiraju se i prodaju s popustom. Ako ste koristili staru bateriju za prijenosno računalo, morate ukloniti stare konektore sa priključaka. Za to upotrijebite bočne rezače.

Korak 3: Povezivanje ćelija

Zatim vam je potreban način da zalijepite ćelije zajedno. Možete koristiti čelične lemilice ili trake za lemljenje. Koristim čiste nickle trake, a ne čelik sa presvučenim vlaknima, jer pri velikoj struji čelik ima veći otpor od nikla, što može uzrokovati nakupljanje topline. Lemim ih na ćelije. Ovo nije preporučeni način jer ako lemilicu držite predugo na ćeliji, oštetit će ćeliju i izgubiti kapacitet. Najbolji način je da koristite namjenski točkasti zavarivač poput ovog:

Međutim, osim ako ne napravite puno baterija i ne možete opravdati potrošnju 200 USD ili više za jedno, lemljenje je u redu. Samo budi oprezan.

Za lemilicu preporučujem peglu od najmanje 30 vati i dobro lemljenje. Dobro lemljenje je kritično. Za to nemojte koristiti lemljenje bez olova jer ima višu temperaturu taljenja. Također, slabije lemilica neće se zagrijati dovoljno da pravilno poveže ćelije s trakama za ubijanje.

Da bismo izgradili bateriju, uzimamo 4 ćelije u nizu i dodajemo paralelnu ćeliju, tako da imamo dvostruki napon i kapacitet po ćeliji. Pogledajte gornji dijagram za povezivanje ćelija. Jedini ograničavajući faktor je da sve ćelije moraju biti identične. Čak i sa BMS -om, nejednaki kapaciteti uzrokovali bi da se jedna ćelija nejednako puni i prazni, što bi moglo uzrokovati brži otkaz te ćelije i ostalih. Zbog toga je dobro koristiti baterije za prijenosno računalo jer su se uvijek koristile zajedno.

Za lemljenje ćelija, izravnajte pozitivne i negativne terminale ćelija i nanesite malu količinu lemljenja. Zatim rasporedite ćelije u pravilan redoslijed za serijsku/paralelnu vezu kako je prikazano na dijagramima. Za to sam zalijepio ćelije ljepljivom trakom, ali možete koristiti i odstojnike za baterije.

Odrežite nickle trake na odgovarajuću dužinu da povežete ćelije zajedno. Za to sam koristio neke bočne rezače, ali i kosilice ili rezači lima rade. Nanesite lemljenje na svaki kraj trake i lemite traku na priključke baterije. Lemilicu nemojte držati predugo, tek toliko da se lemilo istopi. Zalijepio sam ćelije prije lijepljenja konačnih veza kako bih ih ispravno poravnao.

Korak 4: BMS veze ploče i ravnoteže

Da biste izvukli maksimum iz baterije i spriječili njeno prerano otkazivanje, potrebno je dodati način na koji ćete biti sigurni da su zaštićeni i pravilno napunjeni. Litij -ionske ili polimerne ćelije moraju biti zaštićene od pražnjenja ispod ili preko, što može biti jako loše. To radi sistem za upravljanje baterijom ili ploča ili BMS. To je uređaj koji kombinira zaštitu baterija za više ćelijskih baterija kakve gradimo. Zove se sistem upravljanja baterijom ili skraćeno BMS. To je uređaj koji štiti ćelije od prekomjernog i ispod pražnjenja, strujnih skokova i kratkih spojeva. Postoji mnogo različitih vrsta i konfiguracija BMS ploča za različite rasporede ćelija i aplikacije. Koristim 4S BMS ploču za radnu struju od 10 ampera, što je sasvim u redu za moju primjenu (LED svjetiljka od 100 vati).

Povezivanje je jednostavno. Nakon što je naša baterija spojena zajedno, moramo mjeriti napone u serijskim ćelijama multimetrom. Trebali biste imati 14,8 volti za pozitivnu bateriju, 3,7 volti, 7,4 volti i 11,1 volti. Postoji 5 priključaka za 4S balansni utikač: jedan za pozitivnu bateriju ili ćeliju #4, jedan za negativnu, ćeliju #1, ćeliju #2 i ćeliju #3. Izmjerite ih stavljanjem negativne sonde na negativnu stranu pakiranja i mjerenjem preko spojeva. Nakon što se svi podudaraju, možete lemiti žice vage sa svake veze na odgovarajuće podloge na BMS -u.

Koristio sam žicu od 26 mjerača (.40 mm promjera) za priključke vage, a 18 mjerač (promjer 1,02 mm) za izlaze akumulatora +/- i opterećenja jer će raditi s gotovo 10 ampera struje. Za priključke vage možete koristiti manje žice jer one ne podnose gotovo nikakvu struju, već samo odgovarajući napon s priključaka. Ne bih za ovo otišao ispod 26 mjerača. Nakon što spojite paket, možete spojiti kabele za balansne utičnice na odgovarajuće izlaze iz baterije.

Korak 5: Balansno punjenje

Sada kada smo sve spojili, možemo spojiti naš paket na punjač i uvjeriti se da se puni. Tako ćete znati jesu li vaše veze pogrešne, jer se vaš punjač neće puniti i upozoriti vas na pogrešne naponske veze.

Za početak nam je potreban punjač za balansiranje litijumskih baterija. Nijedan drugi punjač neće raditi za ovo jer mora imati način rada za balansiranje! Koristim kineski klon SkyRC -a iMax B6. Ne, nije stvarna stvar, ali otkrio sam da kopija radi sasvim u redu. Spojite pozitivne i negativne vodiče baterije na punjač. Moj punjač ima banana utikače s konektorom tipa Deans T koji se povezuje s različitim konektorima. Možete koristiti aligatorske kopče ili žicu u utikaču za punjač poput Dekana ili XT60. Koristim konektor za dekane i spojio sam ga na izlaze na ploči za ravnotežu. Ovdje priključite punjač jer BMS -u je potreban signal od 12,6 V da bi se aktivirao. Ako namjeravate da ovo bude izmjenjiva baterija, spojite izlaz na bilo koji priključak koji će vaš uređaj koristiti. Ožičavam rudnik konektorima za lopate i Dekanovim utikačem jer će se uglavnom trajno montirati na moj projekt.

Vaš punjač može biti drugačiji, ali ovako funkcionira za gotovo sve klone SkyRC iMax B6 punjača. Utaknite balansni vod u 4S utičnicu na punjaču. Radi samo na jedan način i označen je za pozitivne i negativne strane baterije. Priključite kabel punjača i postavite način punjenja na "Balans". Provjerite je li punjač također postavljen na "4S" način rada. Budući da je ovo paket od 4400 mAh, volim postaviti struju punjenja na 1/2 ili manje od maksimalne struje, dakle 2 do 2,2 ampera. Koristim 1.5 jer je ovo test. Ove baterije su prilično napunjene, pa su i naponi visoki. Dok radi, trebali biste vidjeti 4 serije ćelija koje se pune jednako, unutar 0,1 do 0,2 volta jedna od druge. Kad se punjenje završi, sve ćelije trebaju biti na istom naponu, koji iznosi 4,2 volta. Paket bi trebao očitavati napon punog punjenja od 16,8 volti. Kad je na nominalnom naponu, iznosi 14,8 volti (3,7 volti po ćeliji). Ako ga punite prvi put, počnite s postavkom niske struje za prvo punjenje, a zatim ga pojačajte kada ga ponovo punite.

Korak 6: Zaključak

To je to! Napravili ste funkcionalnu i pouzdanu litij -ionsku bateriju sličnu 4S 5000 mAh LiPo paketu za djelić cijene! Da, potreban vam je punjač, ali ako imate staru bateriju za prijenosno računalo, žicu, utikač za punjenje i jezičke za lemljenje, sve što vam je potrebno je BMS za pokretanje koji košta oko 10 USD ili manje ako ga kupite Kina. To me koštalo oko 24 USD. Bilo bi još jeftinije da sam sve nabavio iz Kine, ali nisam želio čekati mjesec dana da dijelovi stignu ovdje! Već sam imao punjač, lemilicu, multimetar, lemljenje, alat i žice, pa sam sve morao kupiti:

Laptop baterija

BMS ploča

Utikači za balansiranje

Nickle strip

Bilo je jeftinije od kupovine LiPo paketa i bilo je praktičnije jer mi je trebalo nešto što bi se uklopilo u moj projekt. Povrh toga, zabavno je i naučio sam mnogo radeći to!

Nadam se da vam se sviđa ovaj vodič, a najviše od svega, nadam se da znate više nego što ste znali prije nego što ste ga pročitali. Ovo je moj prvi pokušaj, pa komentirajte i javite mi kako sam prošao, ili bi moglo biti bolje za budućnost! Hvala na čitanju!