DIY 4S lítiová batéria s BMS: 6 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 12:00

Videl som a prečítal som si viac ako jeden návod alebo návod na používanie lítium-iónových batérií a batériových zväzkov, ale v skutočnosti som nevidel taký, ktorý by vám poskytol veľa podrobností. Ako nováčik som mal problém nájsť dobré odpovede, takže veľa z toho bolo pokusom a omylom (a iskrami).

Keď som sa pre projekt rozhodol postaviť batériu z lítium -iónových článkov 18650, rozobral som svoju starú batériu do notebooku, vybral som batérie a spájkoval ich kovovými prúžkami do batérie. Hneď na prvý pokus som však zistil, že to nie je také jednoduché. Lítium -iónové batérie nie sú ako nikel -metal -hydridové, olovené alebo nikel -kadmiové batérie. Sú citlivé na nadmerné vybíjanie, prebíjanie a skraty a vyžadujú osobitnú starostlivosť, aby sa neprehriali, neroztopili alebo nevybuchli.

Prečo ich používať? Sú naozaj skvelé pre projekty, pretože majú vyššie napätie ako ostatné chemikálie a zadržiavajú veľa energie, čo znamená, že ich môžete použiť menej, ako keby ste používali články niklu -hydridu alebo niklu -kadmia (iba 1,2 voltu). Z tohto dôvodu sú batérie elektrického náradia a batérie do elektrických automobilov vyrobené z lítium -iónových článkov. Prichádzajú vo všetkých tvaroch, veľkostiach a kapacitách. Články vysokej kvality vydržia vysoké rýchlosti vybíjania nad 20 ampérov a dobre fungujú vo viacerých konfiguráciách článkov. Môžete ich tiež získať lacno alebo zadarmo, ak sa pozriete okolo seba, pretože v takmer každom prenosnom počítači je lítium -iónová batéria, ktorú ľudia niekedy vyhodia, pretože sú „mŕtvi“, ale môže v nich zostať veľa života.

Budujem balík 4S2P, ktorý má 4 bunky v sérii a 2 paralelne pre 8 článkov. To vám poskytne plné nabíjacie napätie 16,8 voltov, nominálnych 14,8 voltov a vybité napätie 12 voltov a dvojnásobnú kapacitu sériových článkov. Má tiež systém správy batérií, ktorý je potrebný na ochranu článkov a správnu funkciu. Bol som schopný dokončiť tento projekt za približne 20 USD. Navyše sa mi to podarilo!

Začnime teda! Budú zahrnuté odkazy na materiály, ktoré som použil.

Krok 1: Materiály, nástroje a bezpečnosť

Lítium -iónové články sú celkom neškodné, ale musíte urobiť určité opatrenia. Vyhnite sa ich skratovaniu a dávajte pozor na spájkovačku a nástroje.

Na tieto nástroje potrebujete spájkovačku s výkonom najmenej 30 wattov, digitálny multimeter, odizolovacie nože alebo drôty, bočné frézy alebo splachovacie kliešte.

Ďalej nejaká kvalitná spájka takto: https://www.ebay.com/itm/Kester-44-Rosin-Core-Sold… Toto je niektoré z najlepších, ktoré môžete pre elektroniku získať.

Ďalšími potrebnými položkami sú samozrejme niektoré lítium-iónové batérie 18650, buď starý balík prenosných počítačov, alebo niektoré z týchto:

Takto čisté niklové pásy:

Systém/doska na správu batérie:

Konektory pre vyváženie 4S:

Deany konektory typu T (alebo konektory XT60):

Vyrovnávacia nabíjačka na nabíjanie batérie:

Ďalšími rôznymi predmetmi boli drôt s rozmerom 18 mm (priemer 1,02 mm), priemer 26 mm (priemer 0,40 mm) až 24 mm (0,51 mm), maskovacia páska alebo elektrická páska alebo tepelne zmršťovacia fólia.

Krok 2: Batérie

Najprv budete potrebovať niekoľko lítium-iónových batérií veľkosti 18650. Pretože to robím lacno, vyhľadal som staré batérie do prenosných počítačov a našiel som 9-článkový balík Dell v depe, kde sa dalej šetria, za menej ako 3 doláre. Tento balík bol vyrobený z kvalitných červených buniek značky Sanyo. Skontroloval som list s údajmi a majú štandardnú kapacitu 2 200 mAh a sú určené pre vybíjací prúd 4 ampéry. Nie zlé. Áno, boli skoro mŕtvi (pod 2 volty na každú bunku), ale dokázal som ich oživiť. Vytváram ďalší návod, ktorý vám povie, ako to urobiť. Úplne nové bunky si môžete kúpiť na eBay alebo Amazon, ale pre dobré značky môžu byť drahé. Vyhnite sa tým, ktoré propagujú kapacitu 5 000 alebo 1 900 mAh. Pravdepodobne ide o články značkových značiek, ktoré v továrni neprešli testami kontroly kvality a môžu mať kapacitu 1 000 alebo dokonca 900 mAh. Majú novú značku a opätovne sa predávajú so zľavou. Ak ste použili starú batériu do prenosného počítača, musíte z konektorov odstrániť staré konektory. Na to použite bočné frézy.

Krok 3: Pripojenie buniek

Ďalej potrebujete spôsob, ako spojiť bunky dohromady. Môžete použiť oceľové spájkovacie záložky alebo niklové pásy. Používam čisté niklové pásy, nie poniklovanú oceľ, pretože pri vysokých odberoch prúdu má oceľ vyšší odpor ako nikel, čo môže spôsobiť hromadenie tepla. Spájkujem ich s článkami. Toto nie je odporúčaný spôsob, pretože ak držíte spájkovačku na článku príliš dlho, poškodí to článok a stratí kapacitu. Najlepším spôsobom je použiť účelovo vyrobenú bodovú zváračku takto:

Pokiaľ však nevyrobíte veľa batériových balíkov a dokážete odôvodniť vynaloženie 200 alebo viac dolárov za jedno, je spájkovanie v poriadku. Len buď opatrný.

Na spájkovačku odporúčam aspoň 30 W žehličku a dobrú spájku. Dobrá spájka je kritická. Nepoužívajte na to bezolovnatú spájku, pretože má vyššiu teplotu topenia. Slabšia spájkovačka sa tiež nezahreje natoľko, aby správne spojila články s niklovými prúžkami.

Na zostavenie sady batérií berieme 4 články v sérii a pridávame paralelný článok, takže máme dvojnásobné napätie a kapacitu na článok. Postup pri pripájaní článkov nájdete na obrázku vyššie. Jediným obmedzujúcim faktorom je, že všetky bunky musia byť identické. Aj pri BMS by nerovnaké kapacity spôsobili nerovnomerné nabíjanie a vybíjanie jedného článku, čo by mohlo spôsobiť rýchlejšie zlyhanie článku a ostatných článkov. Preto je dobré používať batérie do notebookov, pretože boli vždy používané spoločne.

Na spájkovanie článkov zdrsnite kladný a záporný pól článkov a naneste malé množstvo spájky. Potom usporiadajte bunky v správnom poradí pre sériové/paralelné pripojenie, ako je znázornené na schémach. Na tento účel som články zalepil maskovacou páskou, ale môžete použiť aj rozpery na batérie.

Odrežte niklové pásy na správnu dĺžku, aby sa bunky spojili. Použil som na to niekoľko bočných rezačiek, ale fungujú aj nožnice na plech alebo rezačky plechu. Na každý koniec prúžku naneste spájku a prúžok priletujte na svorky batérie. Nedržte spájkovačku príliš dlho, stačí ju roztaviť. Bunky som pred spájkovaním konečných spojení spojil páskou, aby boli správne zarovnané.

Krok 4: Pripojenie dosky BMS a zostatku

Aby ste naplno využili batériu a zabránili jej predčasnému zlyhaniu, je potrebné pridať spôsob, ako zaistiť správnu ochranu a nabitie. Lítium -iónové alebo polymérové články je potrebné chrániť pred vybitím alebo pod vybitím, čo môže byť skutočne zlé. Vykonáva to systém/doska na správu batérie alebo BMS. Je to zariadenie, ktoré kombinuje ochranu batérií pre viacčlánkové batérie, ako staviame. Hovorí sa tomu systém správy batérie alebo skrátene BMS. Je to zariadenie, ktoré chráni články pred vybitím a vybitím, prúdovými špičkami a skratmi. Existuje veľa rôznych typov a konfigurácií dosiek BMS pre rôzne usporiadania a aplikácie buniek. Používam dosku 4S BMS dimenzovanú na pracovný prúd 10 ampérov, čo je pre moju aplikáciu v poriadku (100 wattová LED baterka).

Pripojenie je jednoduché. Akonáhle je naša batéria spájkovaná, musíme zmerať napätie v článkoch série pomocou multimetra. Mali by ste mať 14,8 voltov na kladnú batériu, 3,7 voltov, 7,4 voltov a 11,1 voltov. Existuje 5 konektorov pre vyvažovací konektor 4S: jeden pre kladný pól batérie alebo článok č. 4, jeden pre záporný pól, článok č. 1, článok č. 2 a článok č. 3. Zmerajte ich tak, že negatívnu sondu umiestnite na negatívnu stranu balenia a zmerajte ich cez spoje. Akonáhle sa všetky zhodujú, môžete spájkovať vyvažovacie vodiče z každého pripojenia so správnymi podložkami na BMS.

Na vyvažovacie prípojky som použil drôt s priemerom 26 (priemer 0,40 mm) a pre výstupy batérie +/- a zaťaženia meradlo 18 (priemer 1,02 mm), pretože budú zvládať takmer 10 ampérov prúdu. Na vyváženie môžete použiť menší vodič, pretože nespája takmer žiadny prúd, iba príslušné napätie z pripojení. Za toto by som nešiel pod 26. Akonáhle budete mať batériu pripojenú, môžete pripojiť vyvážovacie zástrčky k správnym výstupom z batérie.

Krok 5: Nabíjanie zostatku

Teraz, keď máme všetko pripojené, môžeme svoj balíček pripojiť k nabíjačke a uistiť sa, že sa nabíja. Tak budete vedieť, či sú vaše pripojenia nesprávne, pretože nabíjačka sa nenabíja a upozorní vás na nesprávne pripojenia napätia.

Na začiatok potrebujeme vyrovnávaciu nabíjačku lítiových batérií. Žiadna iná nabíjačka na to nebude fungovať, pretože potrebuje mať vyvážený režim! Používam čínsky klon SkyRC iMax B6. Nie, nejde o skutočný obchod, ale zistil som, že kópia funguje dobre. Pripojte kladný a záporný pól batérie k nabíjačke. Moja nabíjačka má banánkové zástrčky s konektorom typu Deans T, ktorý sa pripája k rôznym konektorom. Aligátorové svorky alebo drôt môžete použiť v nabíjačke, ako napríklad Deans alebo XT60. Používam konektor Deans a pripojil som ho k výstupom na doske s vyvážením. Uistite sa, že sem pripojíte nabíjačku, pretože BMS potrebuje na svoju aktiváciu signál 12,6 voltov. Ak chcete, aby to bola vymeniteľná batéria, zapojte výstup do akéhokoľvek konektora, ktorý bude vaše zariadenie používať. Bane zapojím pomocou konektorov s rýľom a konektora Deans, pretože budú väčšinou natrvalo namontované do môjho projektu.

Vaša nabíjačka sa môže líšiť, ale takto funguje takmer pre každý klon nabíjačky SkyRC iMax B6. Zapojte kábel váhy do zásuvky 4S na nabíjačke. Ide iba jedným spôsobom a je označený pre kladné a záporné strany batérie. Pripojte kábel nabíjačky a nastavte režim nabíjania na „Vyváženie“. Uistite sa, že je nabíjačka tiež nastavená na režim „4S“. Pretože ide o batériu s kapacitou 4400 mAh, rád by som nastavil nabíjací prúd na 1/2 alebo menej z maximálneho prúdu, takže 2 až 2,2 ampéra. Používam 1.5, pretože toto je test. Tieto batérie sú takmer úplne nabité, takže napätie je vysoké. Keď je v chode, mali by ste vidieť, ako sa články 4 radu nabíjajú rovnako, v rozmedzí 0,1 až 0,2 voltov od seba. Po dokončení nabíjania by mali byť všetky články na rovnakom napätí, ktoré je 4,2 voltov. Balíček by mal čítať napätie plného nabitia 16,8 voltov. Keď je na nominálnom napätí, je to 14,8 voltov (3,7 voltov na článok). Ak ho nabíjate prvýkrát, začnite prvým nastavením s nízkym prúdom a potom ho znova nabite.

Krok 6: Záver

To je všetko! Vyrobili ste funkčnú a spoľahlivú lítium -iónovú batériu podobnú 4S 5 000 mAh LiPo za zlomok ceny! Áno, potrebujete nabíjačku, ale ak máte položenú starú batériu do prenosného počítača, nejaký drôt, nabíjaciu zástrčku a spájkovacie klapky, všetko, čo potrebujete, je rozbeh BMS, ktorý stojí okolo 10 USD alebo menej, ak ho kúpite od Čína. To ma stálo asi 24 USD. Ešte by to bolo lacnejšie, keby som to všetko dostal z Číny, ale nechcel som čakať mesiac, kým sa sem diely dostanú! Nabíjačku, spájkovačku, multimeter, spájkovačku, nástroje a vodiče som už mal, takže som musel kúpiť len:

Batéria do notebooku

Doska BMS

Vyvažovacie zátky

Niklové pásy

Bolo to lacnejšie ako nákup balenia LiPo a bolo to praktickejšie, pretože som potreboval niečo, čo sa zmestí do môjho projektu. Navyše je to zábava a veľa som sa pri tom naučil!

Dúfam, že sa vám táto príručka páči a hlavne dúfam, že viete viac, ako ste ju čítali. Je to môj prvý pokus, tak prosím, dajte mi vedieť a dajte mi vedieť, ako sa mi darilo, alebo by mohlo byť do budúcna lepšie! Vďaka za prečítanie!