DIY 4S litiumbatteripakke med BMS: 6 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:24

Jeg har sett og lest mer enn én opplæring eller veiledning om litiumionbatterier og batteripakker, men jeg har egentlig ikke sett en som gir deg mange detaljer. Som nybegynner hadde jeg problemer med å finne gode svar, så mye av dette var prøving og feiling (og gnister).

Da jeg bestemte meg for å bygge en batteripakke av 18650 litiumionceller for et prosjekt, tok jeg fra meg det gamle bærbare batteriet, tok ut batteriene, loddet dem sammen med metallstrimler til en batteripakke. Imidlertid lærte jeg på mitt første forsøk at det ikke var så lett. Litiumionbatterier er ikke som nikkelmetallhydrid, blysyre eller nikkelkadmiumbatterier. De er følsomme for overutladning, overlading og kortslutning, og trenger spesiell forsiktighet for å unngå at de overopphetes, smelter eller eksploderer.

Hvorfor bruke dem? De er veldig gode for prosjekter fordi de har en høyere spenning enn andre kjemikalier og holder mye energi, noe som betyr at du kan bruke færre av dem enn hvis du brukte nikkelmetallhydrid eller nikkelkadmiumceller (bare 1,2 volt). Elektriske verktøybatterier og elektriske bilbatterier er laget av litiumionceller av den grunn. De kommer i alle former og størrelser og kapasiteter. Høykvalitetsceller tåler høye utslippshastigheter på over 20 ampere, og fungerer godt i flere cellekonfigurasjoner. Du kan også få dem billig eller gratis hvis du ser deg rundt fordi stort sett alle bærbare datamaskiner har et litiumionbatteri i det som noen ganger kaster fordi det er "dødt", men det kan ha mye liv igjen.

Jeg bygger en 4S2P -pakke som har 4 celler i serie og 2 parallelt for 8 celler. Dette vil gi deg en full ladningsspenning på 16,8 volt, en nominell 14,8 volt og en utladet effekt på 12 volt, og doble kapasiteten til seriecellene. Den har også et batteristyringssystem, som er nødvendig for å beskytte cellene og holde det til å fungere riktig. Jeg klarte å fullføre dette prosjektet for rundt $ 20 USD. I tillegg klarte jeg det!

Så, la oss komme i gang! Lenker til materialene jeg brukte vil bli inkludert.

Trinn 1: Materialer, verktøy og sikkerhet

Litiumionceller er ganske ufarlige, men du må ta noen forhåndsregler. Unngå å korte dem ut, og vær forsiktig med loddejernet og verktøyene.

For verktøyene trenger du et loddejern på minst 30 watt, et digitalt multimeter, kniv- eller trådavisker, sidekutter eller spyleskjær.

Deretter litt loddetinn av god kvalitet som dette: https://www.ebay.com/itm/Kester-44-Rosin-Core-Sold… Dette er noe av det beste du kan få for elektronikk.

De andre nødvendige elementene er selvfølgelig noen 18650 litiumionbatterier, enten en gammel bærbar pakke, eller noen som disse:

Rene nikkelstrimler som disse:

Et batteristyringssystem/-kort:

4S balansepluggkontakter:

Dekaner T-type kontakter (eller XT60-kontakter):

Balanse lader for å lade batteripakken:

Andre diverse ting var 18 gauge (1,02 mm diameter), 26 gauge (.40 mm diameter) til 24 gauge (.51 mm) wire, maskeringstape og eller elektrisk tape eller varmekrympefilm.

Trinn 2: Batteriene

Først trenger du noen 18650 størrelse litiumionbatterier. Fordi jeg gjør dette billig, så jeg etter gamle bærbare batterier og fant en 9-cellers Dell-pakke på bruktbutikken for mindre enn $ 3. Denne pakken består av noen røde kvalitetsceller fra Sanyo. Jeg sjekket databladet, og de er ganske standard 2200 mAh kapasitet og vurdert til 4 ampere utladningsstrøm. Ikke verst. Ja, de var ganske døde (under 2 volt hver celle), men jeg klarte å gjenopplive dem. Jeg lager en annen instruerbar som forteller deg hvordan du gjør dette. Du kan kjøpe helt nye celler på eBay eller Amazon, men de kan være dyre for de gode merkene. Hold deg unna de som annonserer kapasitet på 5000 eller 9800 mAh. De er sannsynligvis navnemerker som mislyktes kvalitetskontrolltester på fabrikken og kan ha 1000 eller til og med 900 mAh kapasitet. De merkes på nytt og selges på nytt med rabatt. Hvis du brukte et gammelt bærbart batteri, må du fjerne de gamle kontaktene fra terminalene. Bruk sidekutterne for å gjøre dette.

Trinn 3: Koble til cellene

Deretter trenger du en måte å feste cellene sammen. Du kan bruke stålloddetapper eller nikkelstrimler. Jeg bruker rene nikkelstrimler, ikke nikkelbelagt stål fordi stål ved høyere strømtrekk har høyere motstand enn nikkel, noe som kan forårsake varmeoppbygging. Jeg lodder dem til cellene. Dette er ikke den anbefalte måten fordi hvis du holder loddejernet på cellen for lenge, vil det skade cellen og føre til at den mister kapasitet. Den beste måten er å bruke en spesialtilpasset punktsveiser som denne:

Men med mindre du lager mange batteripakker og kan rettferdiggjøre å bruke $ 200 eller mer for en, er lodding fint. Bare vær forsiktig.

Til loddejernet anbefaler jeg minst 30 watt jern og godt loddetinn. God lodding er kritisk. Ikke bruk blyfritt loddetinn til dette fordi det har en høyere smeltetemperatur. Et svakere loddejern blir heller ikke varmt nok til å binde cellene til nikkelstrimlene.

For å bygge batteripakken tar vi 4 celler i serie og legger til en parallell celle, så vi har dobbel spenning og kapasitet per celle. Se diagrammet ovenfor for hvordan du skal koble til cellene. Den eneste begrensende faktoren er at alle cellene må være identiske. Selv med BMS vil ulik kapasitet føre til at en celle lades og utlades ulikt, og dette kan føre til at cellen og de andre mislykkes raskere. Derfor er det godt å bruke bærbare batterier, siden de alltid har vært brukt sammen.

For å lodde cellene, grov opp de positive og negative terminalene til cellene og påfør en liten mengde loddetinn. Deretter ordner du cellene i riktig rekkefølge for serie/parallellforbindelsen som vist i diagrammene. Jeg teipet cellene sammen med malertape for dette, men du kan også bruke batteriavstandsstykker.

Klipp nikkelstrimlene til riktig lengde for å koble cellene sammen. Jeg brukte noen sidekuttere til dette, men tinnklipper eller plateskjærere fungerer også. Påfør loddetinn på hver ende av stripen, og lodd stripen til batteripolene. Ikke hold loddejernet for lenge, akkurat nok til å smelte loddet. Jeg teipet cellene sammen før jeg loddet de siste tilkoblingene for å holde dem justert riktig.

Trinn 4: BMS Board og Balance Connections

For å få mest mulig ut av batteripakken og unngå at den svikter for tidlig, må vi legge til en måte å sikre at de er beskyttet og ladet ordentlig. Litiumion- eller polymerceller må beskyttes mot under- eller overutladning, noe som kan være veldig ille. Dette gjøres av et batteristyringssystem/-kort, eller BMS. Det er en enhet som kombinerer batteribeskyttelse for flere cellebatterier som vi bygger. Det kalles et batteristyringssystem eller BMS for kort. Det er en enhet som beskytter cellene mot utladning over og under, nåværende pigger og kortslutninger. Det er mange forskjellige typer og konfigurasjoner av BMS -kort for forskjellige cellearrangementer og applikasjoner. Jeg bruker et 4S BMS -kort som er klassifisert for en 10 amp arbeidsstrøm, noe som er fint for applikasjonen min (100 watt LED -lommelykt).

Det er enkelt å koble den til. Når batteriet er loddet sammen, må vi måle spenningene over seriecellene med et multimeter. Du bør ha 14,8 volt for batteripositiv, 3,7 V volt, 7,4 V volt og 11,1 volt. Det er 5 tilkoblinger for en 4S balanseplugg: en for batteripositiv eller celle #4, en for negativ, celle #1, celle #2 og celle #3. Mål disse ved å sette den negative sonden på den negative siden av pakningen, og måle på tvers av tilkoblingene. Når alle matcher, kan du lodde balansetrådene fra hver tilkobling til de riktige putene på BMS.

Jeg brukte 26 gauge wire (.40 mm diameter) for balanseforbindelsene, og 18 gauge (1.02 mm diameter) for batteriet +/- og lastutganger siden de vil håndtere nesten 10 ampere strøm. Du kan bruke mindre ledning for balanseforbindelsene, siden de ikke håndterer nesten noen strøm, bare den respektive spenningen fra tilkoblingene. Jeg ville ikke gå under 26 gauge skjønt for dette. Når du har koblet pakken, kan du koble balansepluggledningene til de riktige batteriutgangene.

Trinn 5: Balanse lading

Nå som vi har alt tilkoblet, kan vi koble pakken til laderen og sørge for at den lades. Slik vet du om tilkoblingene dine er feil, fordi laderen din ikke vil lade og advare deg om feil spenningstilkoblinger.

For å starte trenger vi en balanselader for litiumbatterier. Ingen annen lader vil fungere for dette fordi den må ha en balansemodus! Jeg bruker en kinesisk klon av SkyRC iMax B6. Nei, det er ikke real-deal, men jeg syntes at kopien fungerte helt fint. Koble batteriets positive og negative ledninger til laderen. Laderen min har bananplugger med en Deans T-type kontakt som kan kobles til forskjellige kontakter. Du kan bruke krokodilleklips eller ledninger i en laderplugg som en Deans eller XT60. Jeg bruker en Deans -kontakt, og koblet den til utgangene på balansekortet. Sørg for at det er her du kobler laderen fordi BMS trenger et 12,6 volt signal for å aktivere seg selv. Hvis du har tenkt at dette skal være et flyttbart batteri, må du koble utgangen til kontakten som enheten bruker. Jeg kobler min med spadekontakter og en Deans -plugg fordi den stort sett blir permanent montert på prosjektet mitt.

Laderen din kan være annerledes, men slik fungerer den for stort sett alle kloner av SkyRC iMax B6 -laderen. Koble balanseledningen til 4S -kontakten på laderen. Det går bare på en måte, og er markert for de positive og negative sidene av batteriet. Koble laderkabelen, og sett lademodus til "Balanse". Sørg for at laderen også er satt til "4S" -modus. Fordi dette er en pakke på 4400 mAh, liker jeg å sette ladestrømmen til 1/2 eller mindre av maksimalstrømmen, så 2 til 2,2 ampere. Jeg bruker 1,5 fordi dette er en test. Disse batteriene er stort sett fulladede, så spenningene er høye. Når den kjører, bør du se de fire seriens celler lades likt, innen 0,1 til 0,2 volt fra hverandre. Når ladingen er ferdig, skal alle cellene ha samme spenning, som er 4,2 volt. Pakken skal lese en full ladningsspenning på 16,8 volt. Når den er på den nominelle spenningen, er den 14,8 volt (3,7 volt per celle). Hvis du lader den for første gang, starter du med en lav strøminnstilling for den første ladningen, og deretter øker den når du lader den igjen.

Trinn 6: Konklusjon

Det er det! Du har laget et funksjonelt og pålitelig litiumionbatteri som ligner en 4S 5000 mAh LiPo -pakke for en brøkdel av kostnaden! Ja, du trenger en lader, men hvis du har et gammelt laptopbatteri liggende, noen ledninger, ladeplugg og loddetapper, er alt du trenger å komme i gang som koster rundt $ 10 USD eller mindre hvis du kjøper det fra Kina. Dette kostet meg omtrent $ 24 USD. Det ville vært enda billigere hvis jeg fikk alt fra Kina, men jeg ville ikke vente en måned på at delene skulle komme hit! Jeg hadde laderen, loddejernet, multimeteret, loddetinn, verktøy og ledninger allerede, så alt jeg måtte kjøpe var:

Laptop -batteri

BMS bord

Balanse plugger

Nikkelstrimler

Det var billigere enn å kjøpe en LiPo -pakke og var mer praktisk fordi jeg trengte noe for å passe inn i prosjektet mitt. På toppen av det er det morsomt, og jeg lærte mye å gjøre det!

Jeg håper du liker denne guiden og mest av alt, jeg håper du vet mer enn du gjorde før du leste den. Det er mitt første forsøk, så vær så snill å kommenter og gi meg beskjed om hvordan jeg gjorde det, eller kan bli bedre for fremtiden! Takk for at du leste!