Lithiová baterie Weldless: 8 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:18

Pokud máte rádi elektroniku, pak je běžnou výzvou překonat nalezení vhodného zdroje energie. To platí zejména pro všechna přenosná zařízení/projekty, které byste mohli chtít stavět, a tam bude s největší pravděpodobností nejlepší volbou pro tento zdroj energie baterie. Pokud stavíte zařízení s nízkým výkonem, máte na výběr z mnoha možností, ale pokud je váš projekt energeticky nenáročný, můžete se omezit na lithiové baterie. V mnoha ohledech jsou lithiové baterie úžasným darem lidstva od lidí, kteří vědí chytré baterie a já jsem za tyto dary vděčný.

Akumulátory jsou potřebné pro celou řadu produktů s vysokými nároky na výkon. Mohou to být přenosné reproduktory, elektrokola, elektrické skateboardy, powerbanky, baterky, RC věci a mnoho, mnoho dalšího.

Jediným problémem těchto baterií (zcela ignorující jejich vybíravost nabíjení/vybíjení a tendenci při špatném zacházení vzplanout) je, že jsou ve srovnání s jinými nižšími bateriovými technologiemi poměrně drahé. Možnost vytvořit si levně vlastní bateriové sady je tedy skvělým pomocníkem pro seriózní projekty.

Naštěstí pro nás jsou lithiové baterie tak populární, že jsou všude kolem nás. V tomto návodu vás tedy provedu procesem vytváření vlastní sady baterií z lithiových baterií 18650, uklizených ze starých notebooků, které můžete použít k napájení projektů, které mají hlad po energii.

Krok 1: Proč tento návod?

Čím se tedy tento návod liší od mnoha dalších pokynů k sestavení baterie? Všiml jsem si, že při hledání způsobu, jak sestrojit bateriový modul, jsou obvykle uvedeny dvě možnosti. Ty mají svařit články dohromady bodovým svářečem nebo články pájet dohromady. Aniž bychom zašli do přílišných podrobností, s těmito možnostmi samozřejmě existují určitá pro a proti. Pro bodové svařování je to, že poskytuje spolehlivé spojení s malým poškozením baterie. Podmínkou však je, že to vyžaduje bodový svářeč, což může být docela nákladné. Pájení je mnohem levnější a vytvoří lepší spojení, ale za cenu poškození baterie v důsledku přenosu tepla do článku. Další nevýhodou, kterou obě tyto metody trpí, je to, že jsou zcela trvalé a vyžadují odspájení nebo řezání poutek, aby bylo možné provést změny v konfiguraci baterie. Takže jsem se rozhodl pro třetí možnost, kterou je bezvařitelná a potenciálně nepájivá baterie.

Navrhl jsem tyto modulární držáky článků, které umožňují sestavení libovolné mřížkové baterie bez použití drahých bodových svářeček, bez poškození baterií a se svobodou kdykoli snadno překonfigurovat sadu baterií nebo vyměnit jednotlivé články.

Krok 2: Prohlášení

Než však začneme, musím vás informovat, že lithiové baterie, ať jsou jakkoli nádherné, jsou při správném zacházení docela nebezpečné. Jedná se o sněhové vločky baterií, které při špatném zacházení explodují/vzplanou do pekelných plamenů, přičemž zničí váš projekt, auto, dům nebo cokoli, co může být v jeho dosahu hořlavé. Vysoký energetický obsah těchto baterií může při zkratu také způsobit vážné poškození. Nepřijímám žádnou odpovědnost za jakýkoli poškozený majetek, živého tvora nebo duchovní/duševní entitu v důsledku toho, že se podle tohoto pokynu něco pokazí. To byste měli provést pouze tehdy, pokud máte dostatečné znalosti o lithiových bateriích a přijali jste nezbytná opatření.

Stručně řečeno, děláte to na vlastní riziko a já nenesu žádnou odpovědnost za cokoli, co se s tím může pokazit. Pokud nechcete nic riskovat, doporučuji vám koupit hotový balíček vyrobený profesionály.

Omezení:

Zde uvedené pokyny se zaměří hlavně na vytvoření nechráněného bloku baterií, a proto nebude brán ohled na jakýkoli druh BMS nebo jiná bezpečnostní měření, která by nám umožnila používat akumulátor bezpečným způsobem. To je ponecháno na tom, kdo to chce vyřešit, aby to vyřešil.

Krok 3: Získání 18650 bateriových článků

Pokud již máte 18650 baterií a zajímá vás proces vytváření sady baterií, můžete přeskočit na krok „Sestavení sady“.

Jedním z nejběžnějších typů baterií, se kterými se setkáte, bude bateriový článek 18650 (od nynějška označovaný jako článek), což je typ baterie, který se nejčastěji používá v přenosných počítačích. (Skutečnost, 18650 ve skutečnosti popisuje velikost buňky, která má průměr 18 mm a délku 65,0 mm). Existují samozřejmě další buňky jako 21700 a 26650, ale kvůli jejich popularitě se tento instruktáž zaměří pouze na typ buněk 18650.

Hlavním zdrojem hodnocení 18650 zdarma jsou bezpochyby staré notebooky. Ty obvykle obsahují 6–9 buněk v závislosti na typu notebooku. I při špatných bateriích notebooků je pravděpodobné, že pouze některé články budou špatné, zatímco zbytek může být stále použitelný. Další místa k získání článků jsou z baterií pro elektrokola, powerbanky a také z internetových obchodů jako eBay a amazon, i když ty samozřejmě nebudou zdarma.

Jakmile se chytíte baterie notebooku, je čas ji otevřít. UPOZORNĚNÍ, protože nechcete propíchnout nebo zkratovat žádnou z baterií. Moje doporučení je použít pro zvedací část plastový nástroj. Pokud stále používáte kovový předmět, například šroubovák, udělejte to opatrně, aby nedošlo k nehodě.

Jakmile máte své buňky, je čas vyzkoušet jejich kapacitu. K tomu doporučuji použít nabíječku/tester baterií, jako je OPUS BT-C3100 (affiliate odkaz). Tato šikovná malá zařízení za vás budou nabíjet/vybíjet, testovat a udržovat vaše lithiové články, což je skvělé, pokud plánujete používat lithiové články pro projekty.

Krok 4: Balíčky baterií

Akumulátory jsou stavěny ze dvou hlavních důvodů: ke zvýšení napětí nebo/a ke zvýšení kapacity. Článek je samostatná baterie v balení a když jsou články zapojeny do série, napětí se přičte. Když jsou články zapojeny paralelně, místo toho se přidá kapacita článků, čímž se napodobí baterie s vyšší kapacitou. Konfigurace sady baterií je obvykle popsána jako XsYp, kde X označuje počet článků v sérii a Y, počet článků paralelně. Jejich vynásobením získáme celkový počet buněk potřebných pro naši smečku.

Rozsah napětí typického 18650 je mezi 4,2 V a ~ 2,5 V, takže pokud byste chtěli 12 V baterii spojující tři články v sérii 3s1p, dalo by 12,6 V plně nabitou a až 7,5 V zcela prázdnou (Ačkoli se nedoporučuje vybíjecí články pod 3 V).

Kapacita v buňkách se mezi modelem a výrobcem značně liší. Ale z velkého množství baterií, které jsem testoval, se očekávaná kapacita použitých baterií do notebooků pohybuje od 2 000 mAh do 3 000 mAh. Samozřejmě najdete baterie s nižší kapacitou, než je tato, a ty, které obecně zavrhuji.

Řekněme, že chcete vytvořit powerbanku s kapacitou 10 000 mAh a máte spoustu 2 000 mAh článků … pak, jak jste uhodli, budete muset připojit pět z nich v paralelní konfiguraci 1s5p, abyste získali 10 000 mAh a samozřejmě Regulátor DC-DC, aby se dostal na 5V.

Pokud byste například chtěli 12V a alespoň 10 000 mAh, pak by konfigurace byla 3s5p a to znamená, že požadované množství buněk bude 15 k vytvoření této sady.

Vytvoření vlastního bateriového bloku je opravdu velmi užitečné a na interwebu je spousta materiálů na čtení. Pokud jste tedy ve vytváření balíčků noví, navrhuji, abyste si s tím udělali malý průzkum, protože tento instruktážní dokument nebude poskytovat všechny podrobnosti o bateriových souborech a jejich omezeních. Tipy k několika věcem, které je třeba vyhledat, jsou odběr proudu a rozdělení proudu, BMS, vyvážení, pokles napětí, vnitřní odpor baterie, velikosti karet, chemie baterie a teplotní útěk.

Krok 5: Sestavení balíčku

K vybudování této baterie budeme potřebovat několik věcí.

Prvním krokem při sestavování baterie je rozhodnout se, jakou konfiguraci chcete/potřebujete. O tom rozhodují požadavky na napětí, kapacitu a proud. V tomto pokynu vytvoříme baterii 3s2p, která by měla vést k baterii 12V 4-5000mAh.

Protože budeme tisknout naše držáky buněk, bude 3D tiskárna neuvěřitelně užitečná. Toto je část, kde byste měli vytáhnout 3D tiskárnu ze zadní kapsy nebo požádat přátelského přítele s tiskárnou, aby vám pomohl. Tyto držáky buněk jsou poměrně malé, takže pro získání správné tolerance pro jejich přichycení k sobě bych doporučil použít 0,4 mm trysku nebo menší. Soubory STL a modely najdete na níže uvedeném odkazu, kde najdete také pokyny k tisku.

V závislosti na zvolené metodě montáže může být také zapotřebí vrták (více o tom v pozdějších slidech)

Jak již bylo zmíněno dříve, nebude nutné žádné svařování a pájení bude volitelné. Hlavním použitím páječky by bylo připojení vodičů k bateriovému bloku. Tomu se však lze vyhnout tím, že místo toho použijete prstencové svorky na vodičích nebo necháte jazýčky fungovat jako vodiče a ignorujete jednotlivé vodiče buněk (vyvažovací vodiče).

Odkaz na soubory STL: Soubory STL

Krok 6: Potřebné součásti

Vytiskněte tolik držáků, kolik je potřeba pro váš balíček, a začněte získávat další potřebné součásti. Pro toto sestavení budeme potřebovat vytisknout celkem šest držáků buněk. Také vytiskněte skříň, víko a volitelně držák, protože skříň bude mnohem odolnější a spolehlivější.

Seznam dílů:

• Nikl poutko (maximální šířka 7, 5 mm)
• 2x šrouby M5 (alespoň 100 mm dlouhé)
• 2x křídlové ořechy M5
• 12x šrouby a matice M3*
• Koncové vývody (červený a černý)
• Vyvažování vodičů*

*Volitelná část

Krok 7: Sestavte balíček

Jakmile máte všechny díly, je čas sestavit balíček a to je celkem jednoduché, protože držáky tištěných buněk lze do sebe nacvaknout a vytvořit požadovanou velikost balení.

Držáky článků jsou navrženy tak, že existuje několik způsobů, jak je použít k sestavení sady baterií.

1. První možností je provléknout záložky skrz držák buněk a připojit více buněk. Držáky jsou navrženy s určitou pružností, která by měla zajistit správný kontakt s článkem baterie.
2. Druhou možností je použít šrouby M3 jako kontakty svorek a dotáhnout jazýčky na šrouby pomocí matic. K tomu může být užitečné vyvrtat otvory do jazýčků, aby mohly projít šrouby M3. Poskytl jsem přípravek, který pomůže s roztečí při vrtání těchto otvorů. Může být moudré použít nylonové matice nebo loctite, aby se zabránilo odšroubování matic, pokud baterie vydrží vibrace.

V této fázi by mělo být provedeno jakékoli pájení vodičů a vodičů (jako jsou vyvažovací vodiče) a spojovacích jazýčků (k vytváření sériových připojení), přičemž se ujistěte, že jsou připojeny pravé jazýčky.

Jakmile je první část (říkejme tomu spodní část) hotová a správné olověné vodiče byly připájeny/připevněny, lze ji umístit do spodní části skříně. Bude to těsné. Účelem je vytvořit robustní balíček a omezit zbytečné vrčení uvnitř balíčku.

Vložte baterie a ujistěte se, že všechny paralelní páry jsou na stejné úrovni napětí a že články mají podobnou kapacitu. Chcete -li vytvořit sériové připojení, pár buněk by měl být otočen střídavým směrem, což znamená, že prostřední pár by měl být obrácen k opačnému než ostatní dva páry.

Vložte do držáku horní držáky buněk. Tento krok může vyžadovat určité kroutení a vrtění, aby se všechny buňky správně zarovnaly do horního držáku.

DŮLEŽITÉ!

• Ujistěte se, že získáte správnou polaritu a orientaci buněk, jinak riskujete zkratování buněk a tím uvolnění jejich plného potenciálu, což je zřídka dobrá věc.
• Pokud používáte vychytané články ze starých baterií notebooků nebo jiných elektronických zařízení, ujistěte se, že jste odstranili všechny nálepky, zbytky lepidla nebo cokoli jiného, co by na článku mohlo být, a dávejte pozor, abyste neodstranili smršťovací fólii. Chcete, aby se článek volně pohyboval v držáku článku, což umožňuje dobrý kontakt terminálů.

Krok 8: Otestujte balíček

Jemně našroubujte víčko a voilá! doufejme, že máte funkční baterii. Nyní je samozřejmě čas vytáhnout multimetr a otestovat balíček, abyste zjistili, zda dodává očekávané napětí.

Jak je vidět na obrázcích, vytvořil jsem několik bateriových sad s těmito držáky a musím říci, že jsou opravdu skvělé. Nyní je možné vytvářet balíčky, ve kterých můžete snadno vyměňovat špatné články, měnit konfiguraci a nabíjet články jednotlivě.

Existuje však několik věcí, které stojí za zmínku o tomto způsobu vytváření balíčků. Protože spojení není spojeno s buňkami, je třeba věnovat zvláštní pozornost tomu, aby zajistila, že každá buňka bude v správném kontaktu. Pokud články nevytvářejí správný kontakt, mohou se generovat jiskry, protože baterie se vybíjejí nerovnoměrně. Další věc, kterou je třeba mít na paměti, je, že toto řešení bude mít za následek například méně kompaktní sadu baterií ve srovnání se svařováním. Třetí nevýhodou je, že ačkoli je modulární konstrukce flexibilní, stále jste omezeni na konfigurace rastru a přizpůsobení tvaru baterie se tak stává obtížnějším.

Pokud vás ale žádná z výše uvedených nevýhod neobtěžuje, gratulujeme vám, že jste to zvládli podle pokynů a možná budete schopni vyřešit všechny své budoucí energetické výzvy.

Pamatujte, že používání lithiových baterií bez jakékoli ochrany je poměrně riskantní, a proto je doporučeno použít vhodný BMS (systém monitorování baterie) k ochraně balení před nadměrným nabitím/vybitím a pokud je součástí funkce vyvážení, lze jej také použít k nabíjení balíček. Viz odkazy níže na můj doporučený BMS, který lze použít pro malá balení.

12V BMS (balení 3 s)

16V BMS (4s balení)