Svejsløs litiumbatteri: 8 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:25

Hvis du er til elektronik, vil en fælles udfordring at overvinde være at finde en passende strømkilde. Dette gælder især for alle bærbare enheder/projekter, du måske vil bygge, og der vil et batteri sandsynligvis være det bedste bud på den strømkilde. Hvis du bygger en enhed med lav effekt, har du mange muligheder at vælge imellem, men hvis dit projekt er en strømhungrig lille bugger, kan du være begrænset til litiumbatterier. På mange måder er lithiumbatterier en vidunderlig gave til menneskeheden fra smarte batteriforskere og jeg er taknemmelig for disse gaver.

Batteripakker er nødvendige for en lang række produkter med høje strømkrav. Disse kunne være bærbare højttalere, e-cykler, elektriske skateboards, powerbanker, lommelygter, RC-ting og meget, meget mere.

Det eneste problem med disse batterier (fuldstændig ignorering af deres betænkelighed/afladning og tendens til at gå op i flammer, når de ikke behandles) er, at de er ret dyre i forhold til andre ringere batteriteknologier. Så at være i stand til at oprette dine egne batteripakker til en billig pris er en god mulighed for seriøse projekter.

Heldigvis for os er litiumbatterier så populære, at de er rundt omkring os. Så i denne instruktive guide vil jeg guide dig gennem processen med at oprette din egen batteripakke fra 18650 litiumbatterier, fjernet fra gamle bærbare computere, som du kan bruge til at drive dine energisultne projekter.

Trin 1: Hvorfor dette instruerbart?

Så hvad adskiller dette instruerbare fra de mange andre instruktioner om at bygge en batteripakke? Nå, jeg har bemærket, at når der søges efter en måde at bygge et batteri på, er der normalt to muligheder. Disse skal svejse cellerne sammen med en punktsvejser eller at lodde cellerne sammen. Uden at gå for meget i detaljer er der naturligvis nogle fordele og ulemper ved disse muligheder. Fordelen ved punktsvejsning er, at det giver en pålidelig binding med lidt skade på batteriet. Ulempen er dog, at den kræver en punktsvejser, som kan være ganske dyr. Lodning er meget billigere og vil skabe en bedre forbindelse, men på bekostning af beskadigelse af batteriet på grund af varmeoverførslen til cellen. En anden ulempe, som begge disse metoder lider under, er, at de er ret permanente, hvilket kræver aflodning eller afskæring af faner for at muliggøre ændringer i batteriets konfiguration. Så jeg vælger en tredje mulighed, som er en svejsefri og potentielt loddeløs batteripakke.

Jeg har designet disse modulopbyggede celleholdere, der gør det muligt at bygge enhver batteripakke i gitterstørrelse uden brug af dyre punktsvejsere, uden at beskadige batterierne og med friheden til let at rekonfigurere batteripakken eller udskifte enkeltceller.

Trin 2: Ansvarsfraskrivelse

Inden vi begynder, skal jeg dog informere dig om, at litiumbatterier, uanset hvor vidunderlige de er, er ret farlige, hvis de ikke håndteres korrekt. Disse er batteriernes snefnug og eksploderer/brister i helvedes flammer, hvis de bliver mishandlet, og fjerner dit projekt, din bil, dit hus eller hvad der nu kan være brandfarligt inden for rækkevidde. Det høje energiindhold i disse batterier kan også forårsage alvorlig skade, hvis det bliver kort. Jeg påtager mig intet ansvar for beskadigede ejendele, levende væsener eller åndelig/mental enhed som følge af at noget går galt efter dette instruerbare. Du bør kun gøre dette, hvis du har tilstrækkeligt kendskab til litiumbatterier og har taget de nødvendige forholdsregler.

Kort sagt gør du dette på egen risiko, og jeg tager intet ansvar i noget, der kan gå galt med dette. Hvis du ikke vil risikere noget, foreslår jeg, at du køber en færdig pakke lavet af fagfolk.

Begrænsninger:

Instruktionerne her vil hovedsageligt fokusere på at oprette en ubeskyttet batteripakke, derfor vil der ikke blive taget hensyn til nogen form for BMS eller andre sikkerhedsmålinger, der gør det muligt for os at bruge batteriet på en sikker måde. Dette er overladt til den, der ønsker at bygge dette for at løse.

Trin 3: Køb 18650 battericeller

Hvis du allerede har 18650 batterier, og du bare er interesseret i processen med at oprette en batteripakke, kan du springe til trinnet "Bygning af pakken".

En af de mest almindelige batterityper, du vil støde på, er 18650 battericelle (kaldet celle fra nu af), som er den batteritype, der oftest bruges i bærbare computere. (Faktum, 18650 beskriver faktisk cellens størrelse, som har en diameter på 18 mm og en længde på 65,0 mm). Der er selvfølgelig andre celler som 21700 og 26650, men på grund af deres popularitet vil denne instruerbare kun fokusere på 18650 celletypen.

Hovedkilden til at score gratis 18650 er uden tvivl gamle bærbare computere. Disse holder normalt 6-9 celler afhængigt af den bærbare type. Selv fra dårlige bærbare batterier er chancerne kun nogle af cellerne dårlige, mens resten stadig kan bruges. Andre steder at hente celler er fra e-cykelbatterier, powerbanker og også onlinebutikker som eBay og Amazon, selvom disse naturligvis ikke er gratis.

Når du har fået fat i et bærbart batteri, er det tid til at lirke det op. FORSIGTIG, da du ikke ønsker at punktere eller kortslutte nogen af batterierne. Min anbefaling er at bruge et plastværktøj til den nysgerrige del. Hvis du stadig bruger en metalgenstand, som en skruetrækker, skal du sørge for at gøre det forsigtigt for ikke at forårsage uheld.

Når du har dine celler, er det tid til at teste kapaciteten af dem. Til det anbefaler jeg at bruge en batterioplader/tester som OPUS BT-C3100 (tilknyttet link). Disse praktiske små enheder oplader/aflader, tester og vedligeholder dine litiumceller for dig, hvilket er fantastisk, hvis du planlægger at bruge lithiumceller til projekter.

Trin 4: Batteripakker

Batteripakker er bygget af to hovedårsager: at øge spændingen eller/og for at øge kapaciteten. En celle er et individuelt batteri i en pakke, og når cellerne er forbundet i serie, tilføjes spændingen. Når celler forbindes parallelt, tilføjes cellernes kapacitet i stedet, hvilket efterligner et batteri med højere kapacitet. Konfigurationen af en batteripakke beskrives normalt som XsYp, hvor X angiver antal celler i serie og Y, antal celler parallelt. Ved at gange disse får vi det samlede antal celler, der er nødvendige til vores pakke.

Spændingsområdet for en typisk 18650 er mellem 4,2V og ~ 2,5V, så hvis du ville have en 12V batteripakke, der forbinder tre celler i serie 3s1p, ville det give 12,6V fuldt opladet og ned til 7,5V helt tomt (Selvom det ikke anbefales at udladningsceller nede under 3V).

Kapacitet i celler varierer meget mellem model og producent. Men fra den store mængde batterier, jeg har testet, spænder den forventede kapacitet for brugte bærbare batterier fra 2000mAh til 3000mAh. Selvfølgelig finder du batterier med lavere kapacitet end dette og dem, jeg generelt kasserer.

Så lad os sige, at du vil oprette en powerbank med en kapacitet på 10000mAh, og du har en flok 2000mAh -celler … så gættede du det, du skal forbinde fem af dem i parallel 1s5p -konfiguration for at få den 10000mAh og selvfølgelig en DC-DC regulator for at få den til 5V.

Hvis du f.eks. Ønskede 12V og mindst 10000mAh, ville konfigurationen være 3s5p, og det betyder, at den nødvendige mængde celler ville være 15 for at oprette den pakke.

At oprette din egen batteripakke er virkelig meget nyttig, og der er masser af læsestof derude på interweb. Så hvis du er ny til at oprette pakker, foreslår jeg, at du undersøger det, da denne instruktionsbog ikke vil give alle detaljer om batteripakker og deres begrænsninger. Tips til et par ting at slå op er strømtrækning og strømdeling, BMS, balanceladning, spændingsfald, batteriets indre modstand, fanestørrelser, batterikemi og termisk løb.

Trin 5: Byg pakken

Der er et par ting, der skal til for at vi kan bygge denne batteripakke.

Det første trin i opbygningen af batteripakken er at beslutte, hvilken konfiguration du ønsker/har brug for. Dette afgøres af spænding, kapacitet og aktuelle krav. I denne instruks vil vi oprette en 3s2p batteripakke, der skal resultere i et 12V 4-5000mAh batteri.

Da vi vil udskrive vores celleholdere, vil en 3D -printer være utrolig nyttig. Så det er den del, hvor du skal piske en 3D -printer ud af baglommen eller bede en venlig ven med en printer om at hjælpe dig. Disse celleholdere er ret små, så for at få den korrekte tolerance for at snappe dem sammen vil jeg anbefale at bruge en 0,4 mm dyse eller mindre. STL- og modelfilerne findes på nedenstående link, hvor du også finder udskrivningsinstruktioner.

En boremaskine kan også være nødvendig afhængigt af den valgte monteringsmetode (mere om dette i senere dias)

Som nævnt før er ingen svejsning nødvendig, og lodning er valgfri. Den vigtigste anvendelse til et loddejern ville være at fastgøre ledninger til batteripakken. Dette kan dog undgås ved i stedet at bruge ringterminaler på ledninger eller bare få fanerne til at fungere som afledninger og ignorere individuelle celleledninger (balanceringskabler).

Link til stl-filer: STL-filer

Trin 6: Nødvendige dele

Udskriv så mange holdere som nødvendigt til din pakke, og begynd at skaffe de nødvendige dele. Til denne build skal vi udskrive i alt seks celleholdere. Udskriv også kabinettet, låget og eventuelt monteringen, da kabinettet vil gøre batteriet meget mere holdbart og pålideligt.

Liste over dele:

• Nikkelfane (maks. Bredde på 7, 5 mm)
• 2x M5 skruer (mindst 100 mm lange)
• 2x M5 vingemøtrikker
• 12x M3 skruer og møtrikker*
• Terminalledninger (rød og sort)
• Afvejning af kundeemner*

*Valgfri del

Trin 7: Saml pakken

Når du har alle delene, er det tid til at samle pakken, og dette er ret ligetil, da de trykte celleholdere kan klikkes ind i hinanden for at skabe den nødvendige pakningsstørrelse.

Celleholderne er designet på en sådan måde, at der er flere måder at bruge dem til at bygge en batteripakke.

1. Den første mulighed er at trænge faner gennem celleholderen for at forbinde flere celler. Holderne er designet med en vis fjedring, der skal sikre korrekt kontakt med battericellen.
2. Den anden mulighed er at bruge M3 -skruer som terminalkontakter og stramme tapperne til skruerne ved hjælp af møtrikker. Til dette kan det være nyttigt at bore huller i tapperne, så M3 -skruerne kan gå igennem. Jeg har leveret en jig, der hjælper med afstanden, når man borer disse huller. Det kan være klogt at bruge nylonmøtrikker eller loctite for at forhindre, at møtrikkerne skrues af, hvis batteriet tåler vibrationer.

Enhver lodning af ledninger og ledninger (som afbalanceringskabler) og forbindelsesfaner (for at oprette serieforbindelser) bør udføres på dette trin, og sørg for at de rigtige faner er forbundet.

Når den første del (lad os kalde den nederste del) er færdig, og de korrekte blytråde er loddet/fastgjort, kan den placeres i bunden af kabinettet. Det vil være en stram pasform. Dette er med vilje til at skabe en robust pakke og reducere unødvendig rumlen inde i pakken.

Isæt batterierne, og sørg for, at alle parallelle par er på samme spændingsniveau, og at cellerne har lignende kapacitet. For at oprette serieforbindelse skal celleparret vende i skiftende retning, hvilket betyder, at det midterste par skal vende modsat af de to andre par.

Sæt de øverste celleholdere i pakken. Dette trin kan kræve noget vrik og fiks for at få alle cellerne til at flugte korrekt ind i den øverste holder.

VIGTIG!

• Sørg helt for, at du får polariteten og orienteringen af cellerne rigtigt, ellers risikerer du at kortslutte cellerne og dermed frigive deres fulde potentiale, hvilket sjældent er en god ting.
• Hvis du bruger rensede celler fra gamle bærbare batterier eller andre elektroniske enheder, skal du sørge for at fjerne alle klistermærker, limrester eller andet, der kan være på cellen, og pas på ikke at fjerne krympepakningen. Du vil have, at cellen skal bevæge sig frit i celleholderen for at muliggøre god kontakt mellem terminalerne.

Trin 8: Test pakken

Skru forsigtigt låget på og voila! du forhåbentlig har dig selv en fungerende batteripakke. Selvfølgelig er det nu tid til at tage dit multimeter ud og teste pakken for at se, at den leverer den forventede spænding.

Som det kan ses på billederne, har jeg oprettet et par batteripakker med disse holdere, og jeg må sige, at de er virkelig flotte. Det er nu muligt at bygge pakker, hvor du let kan skifte dårlige celler ud, ændre konfiguration og lade celler individuelt.

Der er dog nogle ting, der er værd at nævne om denne måde at bygge pakker på. Da forbindelsen ikke er bundet til cellerne, skal der udvises ekstra omhu for at sikre, at hver celle får korrekt kontakt. Hvis cellerne ikke får ordentlig kontakt, kan der opstå gnister, da batterierne aflades ujævnt. En anden ting at huske på er, at denne løsning vil resultere i en mindre kompakt batteripakke sammenlignet med svejsning f.eks. Den tredje ulempe er, at selvom den modulære konstruktion gør den fleksibel, er du stadig begrænset til gittermønsterkonfigurationer, og det bliver dermed sværere at tilpasse formen på batteripakken.

Men hvis ingen af de ovennævnte ulemper generer dig, så tillykke med at have gennemgået instruktionerne, og måske kan du løse alle dine fremtidige magtudfordringer.

Husk, at brug af lithiumbatterier uden nogen beskyttelse er ret risikabelt, så en anbefaling er at bruge et passende BMS (batteriovervågningssystem) til at beskytte pakken mod overopladning/afladning, og også hvis en balanceringsfunktion er inkluderet, kan den også bruges til at oplade pakken. Se links nedenfor for mit foreslåede BMS, der skal bruges til små pakker.

12V BMS (3s pakke)

16V BMS (4s pakke)