Μπαταρία λιθίου DIY 4S με BMS: 6 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:37

Έχω παρακολουθήσει και διαβάσει περισσότερα από ένα σεμινάρια ή οδηγίες για τις μπαταρίες ιόντων λιθίου και τις μπαταρίες, αλλά δεν έχω δει πραγματικά ένα που να σας δίνει πολλές λεπτομέρειες. Ως αρχάριος, είχα πρόβλημα να βρω καλές απαντήσεις, οπότε πολλά από αυτά ήταν δοκιμή και λάθος (και σπινθήρες).

Όταν αποφάσισα να δημιουργήσω μια μπαταρία από 18650 κυψέλες ιόντων λιθίου για ένα έργο, αφαίρεσα την παλιά μπαταρία του φορητού υπολογιστή μου, έβγαλα τις μπαταρίες, τις κόλλησα μαζί με μεταλλικές λωρίδες σε μια μπαταρία. Ωστόσο, έμαθα στην πρώτη μου προσπάθεια ότι δεν ήταν τόσο εύκολο. Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου δεν μοιάζουν με μπαταρίες υδριδίου μετάλλου νικελίου, οξέος μολύβδου ή νικελίου καδμίου. Είναι ευαίσθητα σε υπερβολική εκφόρτιση, υπερφόρτιση και βραχυκύκλωμα και χρειάζονται ιδιαίτερη προσοχή για να μην υπερθερμανθούν, λιώσουν ή εκραγούν.

Γιατί να τα χρησιμοποιήσω; Είναι πραγματικά υπέροχα για έργα επειδή έχουν υψηλότερη τάση από άλλες χημικές ουσίες και διαθέτουν πολλή ενέργεια, πράγμα που σημαίνει ότι μπορείτε να χρησιμοποιήσετε λιγότερες από ό, τι αν χρησιμοποιούσατε υδρίδιο νικελίου μετάλλου ή κύτταρα νικελίου καδμίου (μόνο 1,2 βολτ). Οι μπαταρίες ηλεκτρικών εργαλείων και οι ηλεκτρικές μπαταρίες οχημάτων είναι κατασκευασμένες από στοιχεία ιόντων λιθίου για αυτόν τον λόγο. Έρχονται σε όλα τα σχήματα και μεγέθη και δυνατότητες. Τα υψηλής ποιότητας κύτταρα μπορούν να αντέξουν υψηλούς ρυθμούς εκφόρτισης άνω των 20 αμπέρ και λειτουργούν καλά σε πολλαπλές διαμορφώσεις κυψελών. Μπορείτε επίσης να τα πάρετε φθηνά ή δωρεάν αν κοιτάξετε γύρω σας, επειδή σχεδόν κάθε φορητός υπολογιστής έχει μπαταρία ιόντων λιθίου που οι άνθρωποι μερικές φορές πετάνε επειδή είναι «νεκρός», αλλά μπορεί να έχει πολλή ζωή.

Δημιουργώ ένα πακέτο 4S2P που έχει 4 κελιά σε σειρά και 2 παράλληλα για 8 κελιά. Αυτό θα σας δώσει μια πλήρη τάση φόρτισης 16,8 βολτ, ένα ονομαστικό 14,8 βολτ και μια εκφορτισμένη ονομαστική τάση 12 βολτ, και θα διπλασιάσει τη χωρητικότητα των κυψελών σειράς. Διαθέτει επίσης σύστημα διαχείρισης μπαταριών, απαραίτητο για την προστασία των κυττάρων και τη σωστή λειτουργία του. Wasμουν σε θέση να ολοκληρώσω αυτό το έργο για περίπου $ 20 USD. Επιπλέον, τα κατάφερα!

Λοιπόν, ας ξεκινήσουμε! Θα συμπεριληφθούν σύνδεσμοι για τα υλικά που χρησιμοποίησα.

Βήμα 1: Υλικά, εργαλεία και ασφάλεια

Τα κύτταρα ιόντων λιθίου είναι αρκετά ακίνδυνα, αλλά πρέπει να λάβετε κάποιες προφυλάξεις. Αποφύγετε τη βραχυκύκλωσή τους και προσέξτε με το κολλητήρι και τα εργαλεία.

Για τα εργαλεία, χρειάζεστε ένα συγκολλητικό σίδερο τουλάχιστον 30 watt, ένα ψηφιακό πολύμετρο, απογυμνωτές μαχαιριού ή σύρματος, πλευρικούς κοπτήρες ή κοπτήρες.

Στη συνέχεια, κάποια καλή ποιότητα συγκόλλησης όπως αυτή: https://www.ebay.com/itm/Kester-44-Rosin-Core-Sold… Αυτό είναι από τα καλύτερα που μπορείτε να πάρετε για τα ηλεκτρονικά.

Τα άλλα απαραίτητα στοιχεία είναι, φυσικά, μερικές μπαταρίες ιόντων λιθίου 18650, είτε ένα παλιό πακέτο φορητού υπολογιστή, είτε μερικά παρόμοια με αυτά:

Καθαρές λωρίδες νικελίου όπως αυτές:

Σύστημα/πίνακας διαχείρισης μπαταριών:

Υποδοχές βύσματος ισορροπίας 4S:

Deans συνδετήρες τύπου T (ή συνδετήρες XT60):

Φορτιστής ισορροπίας για φόρτιση της μπαταρίας:

Άλλα είδη ήταν σύρμα 18 gauge (διάμετρος 1,02 mm), σύρμα 26 gauge (διάμετρος 0,40 mm) έως 24 gauge (0,51 mm), ταινία κάλυψης ή ηλεκτρική ταινία ή φιλμ θερμοσυρρίκνωσης.

Βήμα 2: Οι μπαταρίες

Πρώτον, θα χρειαστείτε μπαταρίες ιόντων λιθίου μεγέθους 18650. Επειδή το κάνω αυτό φθηνά, έψαξα για παλιές μπαταρίες φορητού υπολογιστή και βρήκα ένα πακέτο Dell 9 κελιών στο χώρο αποθήκευσης για λιγότερο από 3 $. Αυτό το πακέτο αποτελείτο από κάποια καλής ποιότητας κόκκινα κύτταρα μάρκας Sanyo. Έλεγξα το φύλλο δεδομένων και είναι αρκετά τυπικά χωρητικότητας 2200 mAh και ονομαστικό για ρεύμα εκφόρτισης 4 αμπέρ. Όχι άσχημα. Ναι, ήταν λίγο πολύ νεκροί (κάτω από 2 βολτ κάθε κελί), αλλά μπόρεσα να τα αναζωογονήσω. Φτιάχνω ένα άλλο Instructable που σας λέει πώς να το κάνετε αυτό. Μπορείτε να αγοράσετε ολοκαίνουργια κελιά στο eBay ή στο Amazon, αλλά μπορεί να είναι ακριβά για τις καλές μάρκες. Μείνετε μακριά από αυτά που διαφημίζουν χωρητικότητα 5000 ή 9800 mAh. Είναι πιθανώς επώνυμα κύτταρα που απέτυχαν στις δοκιμές ποιοτικού ελέγχου στο εργοστάσιο και μπορεί να έχουν χωρητικότητα 1000 ή και 900 mAh. Επανακυκλοφορούν και ξαναπωλούνται με έκπτωση. Εάν χρησιμοποιήσατε μια παλιά μπαταρία φορητού υπολογιστή, πρέπει να αφαιρέσετε τις παλιές υποδοχές από τους ακροδέκτες. Χρησιμοποιήστε τους πλευρικούς κόφτες για να το κάνετε αυτό.

Βήμα 3: Σύνδεση των κελιών

Στη συνέχεια, χρειάζεστε έναν τρόπο για να κολλήσετε τα κύτταρα μεταξύ τους. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε χαλύβδινες κολλήσεις ή λωρίδες νικελίου. Χρησιμοποιώ καθαρές λωρίδες νικελίου, όχι χάλυβα με επινικελωμένο χάλυβα, επειδή σε υψηλά ρεύματα, ο χάλυβας έχει μεγαλύτερη αντίσταση από το νικέλιο, η οποία μπορεί να προκαλέσει συσσώρευση θερμότητας. Τα συγκολλάω στις κυψέλες. Αυτός δεν είναι ο προτεινόμενος τρόπος γιατί αν κρατήσετε το συγκολλητικό σίδερο στο κελί για πολύ καιρό, θα βλάψει το κελί και θα του προκαλέσει απώλεια χωρητικότητας. Ο καλύτερος τρόπος είναι να χρησιμοποιήσετε έναν ειδικά κατασκευασμένο συγκολλητή σημείου όπως αυτό:

Ωστόσο, αν δεν κάνετε πολλά πακέτα μπαταριών και δεν μπορείτε να δικαιολογήσετε τη δαπάνη 200 ή περισσότερων δολαρίων για ένα, η συγκόλληση είναι εντάξει. Απλά πρόσεχε.

Για το κολλητήρι, προτείνω τουλάχιστον ένα σίδερο 30 watt και καλή συγκόλληση. Η καλή συγκόλληση είναι κρίσιμη. Μην χρησιμοποιείτε κόλλα χωρίς μόλυβδο για αυτό γιατί έχει υψηλότερη θερμοκρασία τήξης. Επίσης, ένα ασθενέστερο συγκολλητικό σίδερο δεν θα ζεσταθεί αρκετά για να κολλήσει σωστά τα κύτταρα στις λωρίδες του νικελίου.

Για να φτιάξουμε την μπαταρία, παίρνουμε 4 κυψέλες σε σειρά και προσθέτουμε μια παράλληλη κυψέλη, οπότε έχουμε διπλή τάση και χωρητικότητα ανά κελί. Δείτε το παραπάνω διάγραμμα για τον τρόπο σύνδεσης των κελιών. Ο μόνος περιοριστικός παράγοντας είναι ότι όλα τα κύτταρα πρέπει να είναι πανομοιότυπα. Ακόμη και με το BMS, οι άνισες ικανότητες θα προκαλούσαν ένα κύτταρο να φορτίζεται και να εκφορτίζεται άνισα και αυτό θα μπορούσε να προκαλέσει την ταχύτερη αποτυχία αυτού του κυττάρου και των άλλων. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο είναι καλό να χρησιμοποιείτε μπαταρίες φορητού υπολογιστή, καθώς χρησιμοποιούνται πάντα μαζί.

Για να κολλήσετε τα κύτταρα, τραβήξτε τα θετικά και αρνητικά τερματικά των κυψελών και εφαρμόστε μια μικρή ποσότητα συγκόλλησης. Στη συνέχεια, τακτοποιήστε τα κελιά στη σωστή σειρά για τη σειρά/παράλληλη σύνδεση, όπως φαίνεται στα διαγράμματα. Έχω κολλήσει τα κελιά μαζί με ταινία κάλυψης για αυτό, αλλά μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε αποστάτες μπαταρίας.

Κόψτε τις λωρίδες νικελίου στο σωστό μήκος για να συνδέσετε τα κελιά μεταξύ τους. Χρησιμοποίησα κάποιους πλαϊνούς κόφτες για αυτό, αλλά δουλεύουν επίσης μανταλάκια από κασσίτερο ή κόφτες από λαμαρίνα. Εφαρμόστε κόλλα σε κάθε άκρο της λωρίδας και κολλήστε τη λωρίδα στους ακροδέκτες της μπαταρίας. Μην κρατάτε το κολλητήρι για πολύ, αρκεί να λιώσει η συγκόλληση. Κολλήσα τα κελιά μαζί πριν συγκολλήσω τις τελικές συνδέσεις για να τα κρατήσω σωστά.

Βήμα 4: Συνδέσεις BMS Board και Balance

Για να αξιοποιήσετε στο έπακρο τη μπαταρία και να την αποτρέψετε πρόωρα, πρέπει να προσθέσετε έναν τρόπο για να βεβαιωθείτε ότι προστατεύονται και φορτίζονται σωστά. Τα ιόντα λιθίου ή τα πολυμερή κύτταρα πρέπει να προστατεύονται από κάτω ή από υπερβολική εκφόρτιση, κάτι που μπορεί να είναι πολύ κακό. Αυτό γίνεται από σύστημα/πίνακα διαχείρισης μπαταρίας ή BMS. Είναι μια συσκευή που συνδυάζει προστασία μπαταρίας για μπαταρίες πολλαπλών κυψελών όπως κατασκευάζουμε. Ονομάζεται σύστημα διαχείρισης μπαταρίας ή για συντομία BMS. Είναι μια συσκευή που προστατεύει τα κύτταρα από υπερβολική και χαμηλή εκφόρτιση, αιχμές ρεύματος και βραχυκυκλώματα. Υπάρχουν πολλοί διαφορετικοί τύποι και διαμορφώσεις σανίδων BMS για διαφορετικές διατάξεις και εφαρμογές κυψελών. Χρησιμοποιώ μια πλακέτα 4S BMS ονομαστική για ρεύμα εργασίας 10 amp, κάτι που είναι καλό για την εφαρμογή μου (φακός LED 100 watt).

Η σύνδεση του είναι εύκολη. Μόλις η μπαταρία μας συγκολληθεί μαζί, πρέπει να μετρήσουμε τις τάσεις στις κυψέλες της σειράς με ένα πολύμετρο. Θα πρέπει να έχετε 14.8 βολτ για θετική μπαταρία, 3.7V βολτ, 7.4V βολτ και 11.1 βολτ. Υπάρχουν 5 συνδέσεις για ένα βύσμα ισορροπίας 4S: μία για θετική μπαταρία ή κελί #4, μία για αρνητική, κελί #1, κελί #2 και κελί #3. Μετρήστε τα βάζοντας τον αρνητικό αισθητήρα στην αρνητική πλευρά της συσκευασίας και μετρώντας τις συνδέσεις. Μόλις ταιριάζουν όλα, μπορείτε να κολλήσετε τα καλώδια ζυγοστάθμισης από κάθε σύνδεση στα σωστά μαξιλάρια στο BMS.

Χρησιμοποίησα σύρμα 26 gauge (διάμετρο 0,40 mm) για τις συνδέσεις ζυγοστάθμισης και 18 gauge (1,02 mm διάμετρο) για τις μπαταρίες +/- και εξόδους φορτίου, καθώς θα χειρίζονται σχεδόν 10 αμπέρ ρεύματος. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε μικρότερο καλώδιο για τις συνδέσεις ζυγοστάθμισης, επειδή δεν χειρίζονται σχεδόν καθόλου ρεύμα, μόνο την αντίστοιχη τάση από τις συνδέσεις. Δεν θα πήγαινα κάτω από το 26 gauge όμως για αυτό. Μόλις συνδέσετε τη συσκευασία, μπορείτε να συνδέσετε τα καλώδια βύσματος ισορροπίας στις κατάλληλες εξόδους της μπαταρίας.

Βήμα 5: Φόρτιση ισορροπίας

Τώρα που έχουμε όλα συνδεδεμένα, μπορούμε να συνδέσουμε το πακέτο μας στο φορτιστή και να βεβαιωθούμε ότι φορτίζεται. Έτσι θα γνωρίζετε εάν οι συνδέσεις σας είναι λανθασμένες, επειδή ο φορτιστής σας δεν θα φορτίσει και θα σας προειδοποιήσει για εσφαλμένες συνδέσεις τάσης.

Για να ξεκινήσουμε, χρειαζόμαστε έναν φορτιστή ισορροπίας για μπαταρίες λιθίου. Κανένας άλλος φορτιστής δεν θα λειτουργήσει για αυτό γιατί πρέπει να έχει λειτουργία ισορροπίας! Χρησιμοποιώ έναν κινέζικο κλώνο του SkyRC iMax B6. Όχι, δεν είναι η πραγματική συμφωνία, αλλά βρήκα ότι το αντίγραφο λειτουργεί καλά. Συνδέστε τα θετικά και τα αρνητικά καλώδια της μπαταρίας στον φορτιστή. Ο φορτιστής μου έχει βύσματα μπανάνας με βύσμα τύπου Deans T που συνδέεται με διάφορους συνδετήρες. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε κλιπ αλιγάτορα ή σύρμα σε βύσμα φορτιστή όπως το Deans ή το XT60. Χρησιμοποιώ μια υποδοχή Deans και τη συνδέω με τις εξόδους στον πίνακα ισορροπίας. Βεβαιωθείτε ότι συνδέετε το φορτιστή επειδή το BMS χρειάζεται σήμα 12,6 volt για να ενεργοποιηθεί. Εάν σκοπεύετε να είναι μια αφαιρούμενη μπαταρία, τότε συνδέστε την έξοδο σε όποιο σύνδεσμο θα χρησιμοποιήσει η συσκευή σας. Συνδέω το καλώδιο με συνδετήρες και βύσμα Deans γιατί θα είναι μονίμως μονταρισμένο στο έργο μου.

Ο φορτιστής σας μπορεί να είναι διαφορετικός, αλλά έτσι λειτουργεί για σχεδόν κάθε κλώνο του φορτιστή SkyRC iMax B6. Συνδέστε το καλώδιο ζυγοστάθμισης στην υποδοχή 4S του φορτιστή. Πηγαίνει μόνο με έναν τρόπο και επισημαίνεται για τις θετικές και αρνητικές πλευρές της μπαταρίας. Συνδέστε το καλώδιο φόρτισης και ρυθμίστε τη λειτουργία φόρτισης σε "Ισορροπία". Βεβαιωθείτε ότι ο φορτιστής έχει επίσης ρυθμιστεί στη λειτουργία "4S". Επειδή πρόκειται για ένα πακέτο 4400 mAh, μου αρέσει να ρυθμίζω το ρεύμα φόρτισης στο 1/2 ή λιγότερο της μέγιστης βαθμολογίας ρεύματος, οπότε 2 έως 2,2 αμπέρ. Χρησιμοποιώ 1,5 γιατί είναι δοκιμή. Αυτές οι μπαταρίες είναι σχεδόν πλήρως φορτισμένες, επομένως οι τάσεις είναι υψηλές. Όταν λειτουργεί, θα πρέπει να δείτε τα 4 κύτταρα της σειράς να φορτίζονται εξίσου, μεταξύ 0,1 και 0,2 βολτ το ένα από το άλλο. Όταν τελειώσει η φόρτιση, όλες οι κυψέλες πρέπει να έχουν την ίδια τάση, η οποία είναι 4,2 βολτ. Η συσκευασία πρέπει να διαβάζει τάση πλήρους φόρτισης 16,8 βολτ. Όταν είναι στην ονομαστική τάση, είναι 14,8 βολτ (3,7 βολτ ανά κελί). Εάν το φορτίζετε για πρώτη φορά, ξεκινήστε με μια ρύθμιση χαμηλού ρεύματος για την πρώτη φόρτιση και, στη συνέχεια, αυξήστε το όταν το φορτίσετε ξανά.

Βήμα 6: Συμπέρασμα

Αυτό είναι! Έχετε φτιάξει μια λειτουργική και αξιόπιστη μπαταρία ιόντων λιθίου παρόμοια με ένα πακέτο LiPo 4S 5000 mAh για ένα κλάσμα του κόστους! Ναι, χρειάζεστε έναν φορτιστή, αλλά εάν έχετε μια παλιά μπαταρία φορητού υπολογιστή γύρω σας, λίγο καλώδιο, βύσμα φόρτισης και καρτέλες συγκόλλησης, τότε το μόνο που χρειάζεστε είναι να ξεκινήσει το BMS που κοστίζει περίπου $ 10 ή λιγότερο αν το αγοράσετε από Κίνα. Αυτό μου κόστισε περίπου $ 24 USD. Θα ήταν ακόμα φθηνότερο αν τα έπαιρνα όλα από την Κίνα, αλλά δεν ήθελα να περιμένω ένα μήνα για να φτάσουν τα ανταλλακτικά εδώ! Είχα ήδη φορτιστή, κολλητήρι, πολύμετρο, συγκόλληση, εργαλεία και σύρματα, οπότε το μόνο που έπρεπε να αγοράσω ήταν:

Μπαταρία φορητού υπολογιστή

Πίνακας BMS

Βύσματα ισορροπίας

Λωρίδες Nickle

Wasταν φθηνότερο από την αγορά ενός πακέτου LiPo και ήταν πιο πρακτικό επειδή χρειαζόμουν κάτι για να ταιριάξω στο έργο μου. Επιπλέον, είναι διασκεδαστικό και έμαθα πολλά να το κάνω!

Ελπίζω να σας άρεσε αυτός ο οδηγός και κυρίως, ελπίζω να γνωρίζετε περισσότερα από όσα ξέρατε πριν τον διαβάσετε. Είναι η πρώτη μου προσπάθεια, οπότε παρακαλώ σχολιάστε και πείτε μου πώς τα κατάφερα, ή θα μπορούσε να είναι καλύτερη για το μέλλον! Ευχαριστώ για την ανάγνωση!