Sveisefri litiumbatteripakke: 8 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:20

Hvis du er interessert i elektronikk, vil en vanlig utfordring å overvinne være å finne en passende strømkilde. Dette gjelder spesielt for alle bærbare enheter/prosjekter du kanskje vil bygge, og der vil et batteri mest sannsynlig være det beste alternativet for den strømkilden. Hvis du bygger en enhet med lav effekt, har du mange alternativer å velge mellom, men hvis prosjektet ditt er en strømhungrig liten bugger, kan du være begrenset til litiumbatterier. På mange måter er litiumbatterier en fantastisk gave til menneskeheten fra smarte batteriforskere og jeg er takknemlig for disse gavene.

Batteripakker er nødvendige for en hel rekke produkter med høye strømkrav. Disse kan være bærbare høyttalere, e-sykler, elektriske skateboards, strømbanker, lommelykter, RC-ting og mye, mye mer.

Det eneste problemet med disse batteriene (helt ignorerer deres valg av lade/utladning og tendens til å gå opp i flammer når de blir behandlet) er at de er ganske dyre i forhold til andre dårligere batteriteknologier. Så det å være i stand til å lage dine egne batteripakker for en billig penge er en flott mulighet for seriøse prosjekter.

Heldigvis for oss er litiumbatterier så populære at de er rundt oss. Så i denne instruksen vil jeg veilede deg gjennom prosessen med å lage din egen batteripakke fra 18650 litiumbatterier, fjernet fra gamle bærbare datamaskiner som du kan bruke til å drive dine energisultne prosjekter.

Trinn 1: Hvorfor dette instruerbart?

Så hva skiller dette instruerbart fra de mange andre instruksjonene om å bygge en batteripakke? Vel, jeg har lagt merke til at når jeg søker etter en måte å bygge en batteripakke på, er det vanligvis to alternativer. Disse skal sveise cellene sammen med en punktsveiser eller lodde cellene sammen. Uten å gå for mye i detalj, er det selvfølgelig noen fordeler og ulemper med disse alternativene. Fordelen med punktsveising er at den gir en pålitelig binding med liten skade på batteriet. Ulempen er imidlertid at den krever en punktsveiser som kan være ganske kostbar. Lodding er mye billigere og vil skape en bedre tilkobling, men på bekostning av skade på batteriet på grunn av varmeoverføringen til cellen. En annen ulempe som begge disse metodene lider av er at de er ganske permanente, noe som krever avlodding eller kutting av tapper for å tillate endringer i batteriets konfigurasjon. Så jeg velger et tredje alternativ, som er en sveiseløs og potensielt loddeløs batteripakke.

Jeg designet disse modulære celleholdere som gjør det mulig å bygge en hvilken som helst batteripakke uten rutenett uten bruk av dyre punktsveisere, uten skader på batteriene og med frihet til å konfigurere batteripakken eller bytte enkeltceller når som helst med letthet.

Trinn 2: Ansvarsfraskrivelse

Før vi begynner, må jeg imidlertid informere deg om at litiumbatterier, uansett hvor fantastiske de er, er ganske farlige hvis de ikke håndteres riktig. Dette er snøfnuggene til batterier og vil eksplodere/bryte ut i helvetes flammer hvis de blir mishandlet, og tar ned prosjektet, bilen, huset eller det som kan være brannfarlig innen rekkevidde. Det høye energiinnholdet i disse batteriene kan også skape noen alvorlige skader hvis de blir korte. Jeg tar ikke noe ansvar for skadet eiendom, levende skapning eller åndelig/mental enhet som følge av at noe går galt etter dette instruerbare. Du bør bare gjøre dette hvis du har tilstrekkelig kunnskap om litiumbatterier og har tatt de nødvendige forholdsregler.

Kort sagt, du gjør dette på egen risiko, og jeg tar ikke ansvar for noe som kan gå galt med dette. Hvis du ikke vil risikere noe, foreslår jeg at du kjøper en ferdig pakke laget av fagfolk.

Begrensninger:

Instruksjonene her vil hovedsakelig fokusere på å lage en ubeskyttet batteripakke, derfor vil det ikke bli tatt hensyn til noen form for BMS eller andre sikkerhetsmålinger som gjør at vi kan bruke batteriet på en sikker måte. Dette er overlatt til den som ønsker å bygge dette for å løse.

Trinn 3: Kjøp 18650 battericeller

Hvis du allerede har 18650 batterier og du bare er interessert i å lage en batteripakke, kan du gå til trinnet "Bygg pakken".

En av de vanligste batteritypene du kommer over vil være 18650 battericelle (fra nå av referert til som celle), som er batteritypen som oftest brukes i bærbare datamaskiner. (Faktum, 18650 beskriver faktisk størrelsen på cellen som har en diameter på 18 mm og en lengde på 65,0 mm). Det er selvfølgelig andre celler som 21700 og 26650, men på grunn av deres popularitet vil denne instruksjonsfilen bare fokusere på 18650 -celletypen.

Hovedkilden for gratis 18650 er uten tvil gamle bærbare datamaskiner. Disse holder vanligvis 6-9 celler, avhengig av den bærbare typen. Selv med dårlige bærbare batterier er det bare noen av cellene som er dårlige, mens resten fortsatt kan brukes. Andre steder å hente celler er fra e-sykkelbatterier, kraftbanker og også nettbutikker som eBay og Amazon, selv om disse selvfølgelig ikke vil være gratis.

Når du har fått tak i et bærbart batteri, er det på tide å lirke det opp. FORSIKTIG ettersom du ikke vil punktere eller kortsette noen av batteriene. Min anbefaling er å bruke et plastverktøy til den nysgjerrige delen. Hvis du fortsatt bruker en metallgjenstand, som en skrutrekker, må du gjøre det forsiktig for ikke å forårsake uhell.

Når du har cellene dine, er det på tide å teste kapasiteten til dem. For det anbefaler jeg å bruke en batterilader/tester som OPUS BT-C3100 (tilknyttet lenke). Disse praktiske små enhetene vil lade/tømme, teste og vedlikeholde litiumcellene dine for deg, noe som er flott hvis du planlegger å bruke litiumceller til prosjekter.

Trinn 4: Batteripakker

Batteripakker er bygget av to hovedårsaker: å øke spenningen eller/og for å øke kapasiteten. En celle er et individuelt batteri i en pakke, og når celler er seriekoblet, blir spenningen lagt til. Når celler kobles parallelt, blir cellens kapasitet i stedet lagt til og etterligner dermed et batteri med høyere kapasitet. Konfigurasjonen av en batteripakke beskrives vanligvis som XsYp hvor X angir antall celler i serie og Y, antall celler parallelt. Ved å multiplisere disse får vi det totale antallet celler som trengs for pakken vår.

Spenningsområdet til en typisk 18650 er mellom 4,2V og ~ 2,5V, så hvis du ville ha en 12V batteripakke som kobler tre celler i serie 3s1p, vil det gi 12,6V fulladet og ned til 7,5V helt tomt (Selv om det ikke anbefales å utslippsceller under 3V).

Kapasiteten i cellene varierer sterkt mellom modell og produsent. Men fra den store mengden batterier jeg har testet, varierer den forventede kapasiteten for brukte bærbare batterier fra 2000mAh til 3000mAh. Selvfølgelig finner du batterier med lavere kapasitet enn dette og de jeg vanligvis kaster.

Så la oss si at du vil opprette en kraftbank med en kapasitet på 10000mAh og du har en haug med 2000mAh celler … så du gjettet det, du må koble til fem av dem i parallell 1s5p -konfigurasjon for å få den 10000mAh og selvfølgelig en DC-DC regulator for å få den til 5V.

Hvis du for eksempel ønsket 12V og minst 10000mAh, ville konfigurasjonen være 3s5p, og det betyr at den nødvendige mengden celler ville være 15 for å lage den pakken.

Å lage din egen batteripakke er virkelig veldig nyttig, og det er tonnevis med lesestoff der ute på interweb. Så hvis du er ny i å lage pakker, foreslår jeg at du gjør noen undersøkelser om det, siden denne instruksjonsboken ikke vil gi alle detaljer om batteripakker og deres begrensninger. Tips om noen få ting å se opp er nåværende tegning og strømdeling, BMS, balanselading, spenningssakk, batteriets indre motstand, kategoristørrelser, batterikjemi og termisk løp.

Trinn 5: Bygg pakken

Det er et par ting som vil kreves for at vi skal bygge denne batteripakken.

Det første trinnet med å bygge batteripakken er å bestemme hvilken konfigurasjon du vil/trenger. Dette avgjøres av spenning, kapasitet og gjeldende krav. I denne instruksen vil vi lage en 3s2p batteripakke som skal resultere i et 12V 4-5000mAh batteri.

Siden vi skal skrive ut våre celleholdere, vil en 3D -skriver være utrolig nyttig. Så dette er delen der du skal piske ut en 3D -skriver fra baklommen eller be en vennlig venn med en skriver om å hjelpe deg. Disse celleholderne er ganske små, så for å få riktig toleranse for å snappe dem sammen vil jeg anbefale å bruke en 0,4 mm dyse eller mindre. STL- og modellfilene finner du på lenken nedenfor, hvor du også finner utskriftsinstruksjoner.

En drill kan også være nødvendig avhengig av valgt monteringsmetode (mer om dette i senere lysbilder)

Som nevnt tidligere vil ingen sveising være nødvendig, og lodding er valgfritt. Hovedbruken for et loddejern ville være å feste ledninger til batteripakken. Dette kan imidlertid unngås ved å bruke ringterminaler på ledninger i stedet eller bare la tappene fungere som avledninger og ignorere individuelle celleledninger (balanseringsledninger).

Lenke til stl-filer: STL-filer

Trinn 6: Nødvendige deler

Skriv ut så mange holdere som nødvendig for pakken din, og begynn å kjøpe de andre delene som trengs. For denne bygningen må vi skrive ut totalt seks celleholdere. Skriv også ut kabinettet, lokket og eventuelt festet, da kabinettet vil gjøre batteripakken mye mer holdbar og pålitelig.

Deleliste:

• Nikkelflik (maks bredde på 7, 5 mm)
• 2x M5 skruer (minst 100 mm lange)
• 2x M5 vingemutter
• 12x M3 skruer og muttere*
• Terminalledninger (rød og svart)
• Balansering av kundeemner*

*Valgfri del

Trinn 7: Sett sammen pakken

Når du har alle delene, er det på tide å sette sammen pakken, og dette er ganske enkelt, ettersom de trykte celleholderne kan klikkes inn i hverandre for å lage nødvendig pakningsstørrelse.

Celleholderne er utformet på en slik måte at det er flere måter å bruke dem til å bygge en batteripakke.

1. Det første alternativet er å tre faner gjennom celleholderen for å koble flere celler. Holderne er designet med en viss fjærhet som skal sikre riktig kontakt med battericellen.
2. Det andre alternativet er å bruke M3 -skruer som terminalkontakter og stram tappene til skruene med muttere. For dette kan det være nyttig å bore hull i tappene slik at M3 -skruene kan gå gjennom. Jeg har levert en jigg som vil hjelpe med avstanden når du borer disse hullene. Det kan være lurt å bruke nylonmuttere eller loctite for å forhindre at mutrene skrus av hvis batteriet tåler vibrasjoner.

All lodding av ledninger og ledninger (som balanseringsledninger) og tilkoblingsfaner (for å opprette seriekoblinger) bør gjøres på dette stadiet, og sørg for at de riktige fanene er koblet til.

Når den første delen (la oss kalle den den nederste delen) er ferdig og de riktige ledningene er loddet/festet, kan den plasseres i bunnen av kabinettet. Det vil passe tett. Dette er med vilje for å lage en robust pakke og redusere unødvendig rumling inne i pakken.

Sett inn batteriene, og kontroller at alle parallelle par er på samme spenningsnivå og at cellene har lignende kapasitet. For å opprette serieforbindelse bør celleparet vende vekslende retning, noe som betyr at det midterste paret skal vende motsatt av de to andre parene.

Sett de øverste celleholderne inn i pakningen. Dette trinnet kan kreve litt vrikking og fikling for å få alle cellene til å justere riktig inn i toppholderen.

VIKTIG!

• Sørg for at du får polariteten og orienteringen til cellene riktig, ellers risikerer du å kortslutte cellene og dermed frigjøre deres fulle potensial, noe som sjelden er bra.
• Hvis du bruker celler som er fjernet fra gamle bærbare batterier eller andre elektroniske enheter, må du fjerne alle klistremerker, limrester eller annet som kan være på cellen, og vær forsiktig så du ikke fjerner krympepakken. Du vil at cellen skal bevege seg fritt i celleholderen for å gi god kontakt med terminalene.

Trinn 8: Test pakken

Skru forsiktig på lokket og voila! du har forhåpentligvis en batteripakke som fungerer. Selvfølgelig er det nå på tide å ta ut multimeteret og teste pakken for å se at den leverer den forventede spenningen.

Som det kan sees på bildene har jeg laget noen batteripakker med disse holderne, og jeg må si at de er veldig flotte. Det er nå mulig å bygge pakker der du enkelt kan bytte ut dårlige celler, endre konfigurasjon og lade celler individuelt.

Det er imidlertid noen ting som er verdt å nevne om denne måten å bygge pakker på. Siden forbindelsen ikke er bundet til cellene, må du være ekstra forsiktig for å sikre at hver celle får riktig kontakt. Hvis cellene ikke skaper riktige kontaktgnister kan det oppstå ettersom batteriene lades ut ujevnt. En annen ting å huske på er at denne løsningen vil resultere i en mindre kompakt batteripakke sammenlignet med sveising for eksempel. Den tredje ulempen er at selv om den modulære konstruksjonen gjør den fleksibel, er du fortsatt begrenset til rutenettmønsterkonfigurasjoner, og det blir dermed vanskeligere å tilpasse formen på batteripakken.

Men hvis ingen av de ovennevnte ulempene plager deg, så gratulerer med at du har gjort det gjennom instruksjonene, og kan du være i stand til å løse alle dine fremtidige maktutfordringer.

Husk at bruk av litiumbatterier uten beskyttelse er ganske risikabelt, så en anbefaling er å bruke et passende BMS (batteriovervåkingssystem) for å beskytte pakken mot overlading/utladning, og også hvis en balanseringsfunksjon er inkludert, kan den også brukes til å lade Pakken. Se lenker nedenfor til mitt foreslåtte BMS for små pakker.

12V BMS (3s pakke)

16V BMS (4s pakke)