Nezváraná lítiová batéria: 8 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:55

Ak máte radi elektroniku, spoločnou výzvou, ktorú musíte prekonať, je nájsť vhodný zdroj energie. To platí najmä pre všetky prenosné zariadenia/projekty, ktoré by ste mohli chcieť postaviť, a tam bude s najväčšou pravdepodobnosťou pre tento zdroj energie najvhodnejšou batériou. Ak staviate zariadenie s nízkym výkonom, máte na výber z mnohých možností, ale ak je váš projekt malým lakomcom, ktorý hladuje energiu, môžete byť obmedzený na lítiové batérie. Lítiové batérie sú v mnohých ohľadoch úžasným darom ľudstva od ľudí, ktorí vedia inteligentné batérie a ja som za tieto dary vďačný.

Batérie sú potrebné pre celý rad výrobkov s vysokými nárokmi na energiu. Môžu to byť prenosné reproduktory, elektrobicykle, elektrické skateboardy, energetické banky, baterky, RC veci a oveľa, oveľa viac.

Jediným problémom týchto batérií (úplne ignorujúc ich vyberavosť nabíjania/vybíjania a tendenciu vznietiť sa v plameňoch pri nesprávnom zaobchádzaní) je, že sú v porovnaní s inými horšími technológiami batérií dosť drahé. Takže možnosť vytvárať si vlastné lacné sady batérií je skvelým nástrojom pre vážne projekty.

Našťastie pre nás sú lítiové batérie také obľúbené, že sú všade okolo nás. V tomto návode vás teda prevediem procesom vytvárania vlastnej sady batérií z lítiových batérií 18650, vyčistených zo starých prenosných počítačov, ktoré môžete použiť na napájanie projektov, ktoré sú náročné na energiu.

Krok 1: Prečo tento návod?

Čím sa teda tento návod líši od mnohých ďalších pokynov na zostavenie batérie? Všimol som si, že pri hľadaní spôsobu, ako zostaviť batériu, sú spravidla k dispozícii dve možnosti. Tieto majú zvárať články dohromady bodovou zváračkou alebo články spájkovať dohromady. Bez toho, aby sme zachádzali príliš do detailov, má tieto možnosti samozrejme niekoľko výhod a nevýhod. Profesionál s bodovým zváraním je, že poskytuje spoľahlivé spojenie s malým poškodením batérie. Ide však o to, že to vyžaduje bodovú zváračku, čo môže byť dosť nákladné. Spájkovanie je oveľa lacnejšie a vytvorí lepšie spojenie, ale za cenu poškodenia batérie v dôsledku prenosu tepla do článku. Ďalšou nevýhodou, ktorou obidva tieto spôsoby trpia, je to, že sú celkom trvalé a vyžadujú odspájkovanie alebo odrezanie chlopní, aby bolo možné zmeniť konfiguráciu batérie. Rozhodol som sa teda pre tretiu možnosť, ktorou je nezváraná a potenciálne nespájkovateľná batéria.

Tieto modulárne držiaky článkov som navrhol tak, aby bolo možné zostaviť ľubovoľnú sieťovú batériu bez použitia drahých bodových zváračok, bez poškodenia batérií a so slobodou kedykoľvek ľahko prekonfigurovať batériu alebo vymeniť jednotlivé články.

Krok 2: Vylúčenie zodpovednosti

Skôr ako začneme, musím vás však informovať, že lítiové batérie, nech sú akékoľvek úžasné, sú celkom nebezpečné, ak s nimi nebudete správne zaobchádzať. Sú to snehové vločky batérií a pri nesprávnom zaobchádzaní explodujú/vzplanú v pekelné plamene, pričom zničia váš projekt, auto, dom alebo čokoľvek, čo môže byť v jeho dosahu horľavé. Vysoký energetický obsah týchto batérií môže tiež spôsobiť vážne poškodenie, ak sú skratované. Nepreberám žiadnu zodpovednosť za poškodený majetok, živého tvora alebo duchovnú/duševnú entitu v dôsledku toho, že sa niečo pokazí podľa tohto návodu. Mali by ste to urobiť iba vtedy, ak máte dostatočné znalosti o lítiových batériách a urobili ste potrebné opatrenia.

Stručne povedané, robíte to na vlastné riziko a nepreberám žiadnu zodpovednosť za čokoľvek, čo sa na tomto môže pokaziť. Ak nechcete nič riskovať, navrhujem vám kúpiť hotový balíček vyrobený profesionálmi.

Obmedzenia:

Tu uvedené pokyny sa budú zameriavať predovšetkým na vytvorenie nechráneného bloku batérií, a preto sa nebudú brať do úvahy žiadne druhy BMS ani iné bezpečnostné opatrenia, ktoré by nám umožnili bezpečné používanie akumulátora. To je ponechané na vyriešenie tomu, kto to chce postaviť.

Krok 3: Získanie batériových článkov 18650

Ak už máte 18650 batérií a zaujíma vás proces vytvárania batérie, môžete prejsť na krok „Zostavenie batérie“.

Jeden z najbežnejších typov batérií, s ktorými sa stretnete, bude batériový článok 18650 (odteraz sa označuje ako článok), ktorý je typom batérie, ktorý sa najčastejšie používa v prenosných počítačoch. (Skutočnosť, 18650 v skutočnosti popisuje veľkosť bunky, ktorá má priemer 18 mm a dĺžku 65,0 mm). Existujú samozrejme aj iné bunky ako 21700 a 26650, ale kvôli svojej popularite sa tento návod zameria iba na typ buniek 18650.

Hlavným zdrojom bezplatného skórovania 18650 sú bezpochyby staré prenosné počítače. V závislosti od typu prenosného počítača sa do nich obvykle zmestí 6 až 9 buniek. Aj keď sú zlé batérie prenosných počítačov pravdepodobné, iba niektoré bunky budú zlé, zatiaľ čo ostatné môžu byť stále použiteľné. Ďalšie miesta na získanie článkov sú batérie z elektrobicyklov, energetické banky a tiež internetové obchody ako eBay a amazon, aj keď tieto samozrejme nebudú zadarmo.

Keď chytíte batériu do prenosného počítača, musíte ju otvoriť. UPOZORNENIE, pretože nechcete prepichnúť alebo skratovať žiadnu z batérií. Moje odporúčanie je použiť na zvedavú časť plastový nástroj. Ak stále používate kovový predmet, napríklad skrutkovač, urobte to jemne, aby nedošlo k žiadnym nehodám.

Keď máte svoje bunky, je potrebné otestovať ich kapacitu. Na to odporúčam použiť nabíjačku/tester batérií, ako je OPUS BT-C3100 (pridružený odkaz). Tieto šikovné malé zariadenia za vás budú nabíjať/vybíjať, testovať a udržiavať vaše lítiové články, čo je skvelé, ak plánujete používať lítiové články na projekty.

Krok 4: Batérie

Batérie sú vyrobené z dvoch hlavných dôvodov: na zvýšenie napätia alebo/a zvýšenie kapacity. Bunka je samostatná batéria v balení a keď sú články zapojené do série, napätie sa zvýši. Keď sú články zapojené paralelne, namiesto toho sa pridá kapacita článkov, čím sa napodobní batéria s vyššou kapacitou. Konfigurácia batérie je obvykle opísaná ako XsYp, kde X označuje počet článkov v sérii a Y, počet článkov paralelne. Ich vynásobením získame celkový počet buniek potrebných pre naše balenie.

Rozsah napätia typického 18650 je medzi 4,2 V a ~ 2,5 V, takže ak by ste chceli batériu 12V spájajúcu tri články v sérii 3s1p, dalo by 12,6 V úplne nabitú a až 7,5 V úplne prázdnu (Aj keď sa neodporúča vybíjacie články pod 3 V).

Kapacita v článkoch sa medzi modelom a výrobcom značne líši. Ale z veľkého množstva batérií, ktoré som testoval, sa očakávaná kapacita použitých batérií do prenosných počítačov pohybuje od 2 000 mAh do 3 000 mAh. Samozrejme nájdete batérie s nižšou kapacitou ako je táto a batérie, ktoré spravidla vyraďujem.

Povedzme teda, že chcete vytvoriť energetickú banku s kapacitou 10 000 mAh a máte veľa 2 000 mAh článkov … potom, ako ste to uhádli, budete musieť pripojiť päť z nich v paralelnej konfigurácii 1s5p, aby ste získali 10 000 mAh a samozrejme Regulátor DC-DC ho dostane na 5V.

Ak by ste napríklad chceli 12 V a najmenej 10 000 mAh, konfigurácia by bola 3 s 5 p, čo znamená, že na vytvorenie tohto balíka bude požadovaného počtu článkov 15.

Vytvorenie vlastnej sady batérií je skutočne veľmi užitočné a na medzipriestore je veľa ton materiálu na čítanie. Ak ste teda vo vytváraní balíkov nováčik, navrhujem, aby ste si to poriadne preštudovali, pretože tento návod nebude poskytovať všetky podrobnosti o batériách a ich obmedzeniach. Tipy na niekoľko vecí, ktoré je potrebné vyhľadať, sú odber prúdu a rozdelenie prúdu, BMS, vyváženie, pokles napätia, vnútorný odpor batérie, veľkosti záložiek, chémia batérie a teplotné poruchy.

Krok 5: Zostavenie balíka

Na zostavenie tejto batérie potrebujeme niekoľko vecí.

Prvým krokom pri zostavovaní batérie je rozhodnúť sa, akú konfiguráciu chcete/potrebujete. O tom rozhodujú požiadavky na napätie, kapacitu a prúd. V tomto návode vytvoríme batériu 3s2p, ktorá by mala viesť k batérii 12V 4-5000mAh.

Pretože budeme tlačiť naše držiaky buniek, 3D tlačiareň bude veľmi užitočná. Toto je časť, kde by ste mali vytiahnuť 3D tlačiareň zo zadného vrecka alebo požiadať priateľa o priateľstvo s tlačiarňou, aby vám pomohol. Tieto držiaky článkov sú pomerne malé, takže na získanie správnej tolerancie pri ich prichytení k sebe by som odporučil použiť 0,4 mm trysku alebo menšiu. Súbory STL a model nájdete na nižšie uvedenom odkaze, kde nájdete aj pokyny na tlač.

V závislosti od zvoleného spôsobu montáže môže byť potrebná aj vŕtačka (viac o tom v neskorších snímkach)

Ako už bolo spomenuté, zváranie nebude potrebné a spájkovanie bude voliteľné. Hlavným účelom spájkovačky by bolo pripevnenie vodičov k batérii. Tomu sa však dá vyhnúť tým, že namiesto toho použijete prstencové svorky na vodičoch, alebo necháte zarážky pôsobiť ako zvody a ignorujete jednotlivé zvody buniek (vyvažovacie vodiče).

Odkaz na súbory STL: súbory STL

Krok 6: Potrebné diely

Vytlačte si toľko držiakov, koľko je potrebné pre váš balíček, a začnite získavať ostatné potrebné diely. Pre túto zostavu budeme potrebovať vytlačiť celkom šesť držiakov buniek. Vytlačte si tiež kryt, veko a voliteľne aj držiak, pretože puzdro zaistí, že batéria bude oveľa odolnejšia a spoľahlivejšia.

Zoznam položiek:

• Niklový štítok (maximálna šírka 7, 5 mm)
• 2x skrutka M5 (najmenej 100 mm dlhá)
• 2x krídlové orechy M5
• 12x skrutky a matice M3*
• Koncové vodiče (červený a čierny)
• Vyvažovanie elektród*

*Voliteľná časť

Krok 7: Zostavte balík

Keď máte všetky diely, je čas zostaviť balenie a je to celkom jednoduché, pretože držiaky vytlačených buniek je možné do seba zacvaknúť a vytvoriť tak požadovanú veľkosť balenia.

Držiaky článkov sú navrhnuté tak, že existuje niekoľko spôsobov ich použitia na zostavenie batérie.

1. Prvou možnosťou je prevlečenie záložiek cez držiak bunky na prepojenie viacerých buniek. Držiaky sú navrhnuté s určitou pružnosťou, ktorá by mala zaistiť správny kontakt s článkom batérie.
2. Druhou možnosťou je použiť skrutky M3 ako kontakty svoriek a dotiahnuť úchytky na skrutky pomocou matíc. Na tento účel môže byť užitočné vyvŕtať otvory do úchytiek, aby bolo možné prejsť skrutkami M3. Poskytol som prípravok, ktorý pomôže s rozstupom pri vŕtaní týchto otvorov. Môže byť múdre použiť nylonové matice alebo loctite, aby sa zabránilo odskrutkovaniu matíc, ak batéria vydrží vibrácie.

V tejto fáze by sa malo vykonať akékoľvek spájkovanie vodičov a vodičov (ako sú vyvažovacie vodiče) a spojovacích úchytiek (na vytváranie sériových spojení) a uistiť sa, že sú prepojené pravé úchytky.

Akonáhle je prvá časť (nazvime to spodná časť) hotová a správne spájané/pripevnené správne vodiče, môže byť umiestnená v spodnej časti krytu. Bude to tesné. Cieľom je vytvoriť robustný balíček a obmedziť akékoľvek zbytočné rachotenie vo vnútri balíka.

Vložte batérie a uistite sa, že všetky paralelné páry sú na rovnakej úrovni napätia a že články majú podobnú kapacitu. Aby sa vytvorilo sériové spojenie, pár buniek by mal smerovať striedavým smerom, čo znamená, že stredný pár by mal smerovať opačne ako ostatné dva páry.

Vložte horné držiaky buniek do obalu. Tento krok môže vyžadovať určité krútenie a hádzanie, aby sa všetky bunky správne zarovnali do horného držiaka.

DÔLEŽITÉ!

• Uistite sa, že získate správnu polaritu a orientáciu buniek, inak riskujete skrátenie buniek a tým uvoľnenie ich plného potenciálu, čo je len zriedka dobrá vec.
• Ak používate zachytené články zo starých batérií do prenosných počítačov alebo z iných elektronických zariadení, odstráňte všetky nálepky, zvyšky lepidla alebo čokoľvek iné, čo môže byť na článku, pričom dávajte pozor, aby ste neodstránili zmršťovaciu fóliu. Chcete, aby sa článok voľne pohyboval v držiaku článku, aby sa umožnil dobrý kontakt terminálov.

Krok 8: Otestujte balík

Jemne naskrutkujte veko a voilá! dúfajme, že máte fungujúcu batériu. Teraz je samozrejme čas vytiahnuť multimetr a otestovať batériu, aby ste zistili, či dodáva očakávané napätie.

Ako je vidieť na obrázkoch, s týmito držiakmi som vytvoril niekoľko batérií a musím povedať, že sú naozaj skvelé. Teraz je možné vytvárať balíčky, v ktorých môžete bez problémov vymieňať zlé články, meniť konfiguráciu a nabíjať články jednotlivo.

Existuje však niekoľko vecí, ktoré stojí za zmienku o tomto spôsobe vytvárania balíčkov. Pretože spojenie nie je viazané na bunky, je potrebné dbať na to, aby každá bunka nadväzovala správny kontakt. Ak články nevytvárajú správny kontakt, môže dôjsť k vzniku iskier, pretože batérie sa vybíjajú nerovnomerne. Ďalšou vecou, ktorú je potrebné mať na pamäti, je, že výsledkom tohto riešenia bude napríklad v porovnaní so zváraním menej kompaktný akumulátor. Treťou nevýhodou je, že aj keď je modulárna konštrukcia flexibilná, stále máte obmedzenú konfiguráciu mriežkových vzorov a prispôsobenie tvaru batérie sa tak stáva ťažším.

Ak vás však neobťažuje žiadna z vyššie uvedených nevýhod, gratulujeme vám, že ste to zvládli podľa pokynov a že ste schopní vyriešiť všetky svoje budúce energetické výzvy.

Nezabudnite, že používanie lítiových batérií bez akejkoľvek ochrany je dosť riskantné, a preto sa odporúča použiť vhodný BMS (systém monitorovania batérií) na ochranu obalu pred prebitím/vybitím a tiež v prípade, že je v balení zahrnutá funkcia vyváženia, je možné ho použiť aj na nabíjanie. balíček. Pozrite sa na odkazy nižšie na moje odporúčané BMS, ktoré môžete použiť pre malé balenia.

12V BMS (balenie 3 s)

16V BMS (4s balenie)