Paquet de bateries de liti de bricolatge 4S amb BMS: 6 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:15

He vist i llegit més d'un tutorial o guies sobre instruccions sobre bateries i bateries de ions de liti, però realment no n'he vist cap que us doni molts detalls. Com a novell, tenia problemes per trobar bones respostes, de manera que molts d’ells eren proves i errors (i espurnes).

Quan vaig decidir construir un paquet de bateries amb 18650 cèl·lules de ions de liti per a un projecte, vaig desmuntar la meva antiga bateria de portàtil, vaig treure les bateries, les vaig soldar junt amb tires metàl·liques en un paquet de bateries. Tot i això, en el meu primer intent vaig saber que no era tan fàcil. Les bateries de ions de liti no són com les bateries de níquel metàl·lic, àcid de plom o bateries de níquel cadmi. Són sensibles a la sobrecàrrega, a la sobrecàrrega i als curtcircuits i necessiten una cura especial per evitar que s’escalfin, es fonguin o exploti.

Per què utilitzar-les? Són realment fantàstics per a projectes, ja que tenen un voltatge més elevat que altres químics i contenen molta energia, cosa que significa que podeu utilitzar-ne menys que si feu servir cèl·lules de níquel hidrur metàl·lic o níquel cadmi (només 1,2 volts). Per aquest motiu, les bateries d’eines elèctriques i les de vehicles elèctrics estan fetes de cèl·lules de ions de liti. Es presenten en totes les formes, mides i capacitats. Les cel·les d’alta qualitat poden suportar altes taxes de descàrrega de més de 20 amperes i funcionar bé en múltiples configuracions de cel·les. També podeu obtenir-los de forma econòmica o gratuïta si mireu al voltant perquè gairebé tots els portàtils tenen una bateria de ions de liti que la gent de vegades llença perquè està "morta", però pot tenir molta vida.

Estic construint un paquet 4S2P que té 4 cel·les en sèrie i 2 en paral·lel per a 8 cel·les. Això us proporcionarà un voltatge de càrrega total de 16,8 volts, un nominal de 14,8 volts i una potència descarregada de 12 volts, i duplicarà la capacitat de les cel·les de la sèrie. També compta amb un sistema de gestió de bateries, necessari per protegir les cèl·lules i que funcioni correctament. Vaig poder acabar aquest projecte per uns $ 20 USD. A més, ho he aconseguit!

Comencem, doncs, S’inclouran enllaços als materials que he utilitzat.

Pas 1: materials, eines i seguretat

Les cèl·lules de ions de liti són força inofensives, però cal prendre algunes precaucions. Eviteu escurçar-los i aneu amb compte amb el soldador i les eines.

Per a les eines, necessiteu un soldador que tingui com a mínim 30 watts, un multímetre digital, un fil de tallar ganivets o filferros, un tallador lateral o un tallador a ras.

A continuació, algunes soldadures de bona qualitat com aquesta: https://www.ebay.com/itm/Kester-44-Rosin-Core-Sold… Aquest és el millor que podeu obtenir en electrònica.

Els altres elements necessaris són, per descomptat, algunes bateries de ions de liti 18650, ja sigui un paquet de portàtils antic, o alguns com aquests:

Tires de níquel pur com aquestes:

Un sistema / placa de gestió de bateries:

Connectors d'endolls d'equilibri 4S:

Connectors tipus Deans (o connectors XT60):

Equilibri el carregador per carregar la bateria:

Altres articles diversos eren filferro calibre 18 (1,02 mm de diàmetre), fil de calibre 26 (0,40 mm) a 24 calibre (, 51 mm), cinta adhesiva o cinta elèctrica o pel·lícula termocontraïble.

Pas 2: les bateries

En primer lloc, necessitareu unes bateries de ions de liti de mida 18650. Com que ho faig econòmicament, vaig buscar bateries de portàtils antigues i vaig trobar un paquet Dell de 9 cèl·lules al dipòsit de segona mà per menys de 3 dòlars. Aquest paquet estava format per algunes cèl·lules vermelles de la marca Sanyo de bona qualitat. He comprovat el full de dades i tenen una capacitat de 2200 mAh bastant estàndard i tenen una intensitat de descàrrega de 4 amperes. No està malament. Sí, eren gairebé morts (menys de 2 volts cada cèl·lula), però els vaig poder reviure. Estic creant un altre instructable que us expliqui com fer-ho. Podeu comprar cèl·lules noves a eBay o Amazon, però poden ser cares per a les bones marques. Mantingueu-vos allunyats dels que anuncien una capacitat de 5.000 o 9800 mAh. Probablement són cèl·lules de marca que han fallat a les proves de control de qualitat a la fàbrica i poden tenir una capacitat de 1.000 o fins i tot 900 mAh. Es tornen a marcar i es tornen a vendre amb un descompte. Si heu utilitzat una bateria de portàtil antiga, heu de treure els connectors antics dels terminals. Utilitzeu les talladores laterals per fer-ho.

Pas 3: Connexió de les cel·les

A continuació, necessiteu una manera d’enganxar les cel·les. Podeu utilitzar pestanyes de soldadura d’acer o tires de níquel. Estic fent servir tires de níquel pur, no acer niquelat, ja que amb un alt consum de corrent, l’acer té una resistència més alta que el níquel, cosa que pot provocar l’acumulació de calor. Les soldo a les cel·les. Aquesta no és la manera recomanada, ja que si manteniu el soldador a la cel·la massa temps, la malmetrà i provocarà la pèrdua de capacitat. La millor manera és utilitzar un soldador de punt específicament així:

Tanmateix, a menys que fabriqueu molts paquets de bateries i pugueu justificar la despesa de 200 dòlars o més per un, la soldadura està bé. Només cal anar amb compte.

Per al soldador, recomano almenys un ferro de 30 watts i una bona soldadura. Una bona soldadura és fonamental. No utilitzeu soldadura sense plom perquè tingui una temperatura de fusió més alta. A més, un soldador més feble no s’escalfarà prou per unir adequadament les cèl·lules a les tires de níquel.

Per construir el paquet de bateries, prenem 4 cel·les en sèrie i afegim una cel·la paral·lela, de manera que tenim el doble de voltatge i capacitat per cel·la. Vegeu el diagrama anterior per saber com connectar les cel·les. L’únic factor limitant és que totes les cèl·lules han de ser idèntiques. Fins i tot amb el BMS, les capacitats desiguals provocarien que una cèl·lula es carregui i es descarregui de manera desigual i això podria fer que la cèl·lula i les altres fallessin més ràpidament. Per això és bo fer servir bateries per a portàtils, ja que sempre s’han utilitzat juntes.

Per soldar les cel·les, agrimeu els terminals positius i negatius de les cel·les i apliqueu una petita quantitat de soldadura. A continuació, organitzeu les cel·les en l'ordre adequat per a la connexió sèrie / paral·lel tal com es mostra als diagrames. Vaig gravar les cel·les amb cinta adhesiva, però també podeu utilitzar separadors de bateries.

Talleu les tires de níquel a la longitud correcta per connectar les cel·les. Vaig fer servir algunes talladores laterals, però també funcionen talls de llauna o talladores de xapa. Apliqueu la soldadura a cada extrem de la tira i soldeu la tira als terminals de la bateria. No subjecteu el soldador massa temps, només el suficient per fondre la soldadura. Vaig gravar les cel·les abans de soldar les connexions finals per mantenir-les alineades correctament.

Pas 4: connexions BMS Board i Balance

Per treure el màxim profit de la bateria i evitar que falli abans de temps, cal afegir una manera de garantir que estiguin protegits i carregats correctament. Cal protegir les cèl·lules d’ió liti o polímer de la descàrrega inferior o excessiva, cosa que pot ser molt dolenta. Això ho fa un sistema / placa de gestió de bateries o BMS. És un dispositiu que combina protecció de bateries per a diverses bateries de cèl·lules com les que estem construint. En definitiva, s’anomena sistema de gestió de bateries o BMS. És un dispositiu que protegeix les cèl·lules de la descàrrega per sobre i per sota, dels pics de corrent i dels curtcircuits. Hi ha molts tipus i configuracions diferents de plaques BMS per a diferents disposicions i aplicacions de cel·les. Estic fent servir una placa BMS 4S classificada per a un corrent de treball de 10 A, que està bé per a la meva aplicació (llanterna LED de 100 watts).

Connectar-lo és fàcil. Un cop soldada la bateria, hem de mesurar les tensions de les cèl·lules de la sèrie amb un multímetre. Hauríeu de tenir 14,8 volts per a bateria positiva, 3,7 V, 7,4 V i 11,1 volts. Hi ha 5 connexions per a un endoll d’equilibri 4S: una per a bateria positiva o cel·la 4, una negativa, cel·la 1, cel·la 2 i cel·la 3. Mesureu-les posant la sonda negativa al costat negatiu del paquet i mesurant a través de les connexions. Un cop coincideixin tots, podeu soldar els cables d'equilibri de cada connexió als coixinets correctes del BMS.

He utilitzat filferro de calibre 26 (diàmetre de 40 mm) per a les connexions d’equilibri i calibre 18 (diàmetre 1,02 mm) per a les sortides de la bateria +/- i de càrrega, ja que gestionaran gairebé 10 amperes de corrent. Podeu utilitzar filferro més petit per a les connexions d'equilibri, ja que no manegen gairebé cap corrent, només el voltatge corresponent de les connexions. Tot i això, no passaria per sota del calibre 26. Un cop tingueu el paquet connectat, podeu connectar els cables de l'endoll d'equilibri a les sortides adequades de la bateria.

Pas 5: carregar el saldo

Ara que ho tenim tot connectat, podem connectar el nostre paquet al carregador i assegurar-nos que es carregui. Així sabreu si les vostres connexions són incorrectes, perquè el carregador no es carregarà i us avisarà de connexions de tensió incorrectes.

Per començar, necessitem un carregador d’equilibri per a bateries de liti. Cap altre carregador funcionarà perquè necessita un mode d'equilibri. Estic fent servir un clon xinès del SkyRC iMax B6. No, no és el tracte real, però he trobat que la còpia funcionava bé. Connecteu els cables negatius i positius de la bateria al carregador. El meu carregador té endolls de plàtan amb un connector tipus Deans T que es connecta a diversos connectors. Podeu utilitzar clips de cocodril o cables en un endoll de carregador com un Deans o un XT60. Estic fent servir un connector Deans i el vaig connectar a les sortides del tauler d’equilibri. Assegureu-vos que és on connecteu el carregador perquè el BMS necessita un senyal de 12,6 volts per activar-se. Si voleu que sigui una bateria extraïble, connecteu la sortida al connector que faci servir el dispositiu. Estic cablejant el meu amb connectors de pala i un endoll Deans perquè es muntarà majoritàriament permanentment al meu projecte.

El vostre carregador pot ser diferent, però és així com funciona per a gairebé tots els clons del carregador SkyRC iMax B6. Connecteu el cable d’equilibri a la presa 4S del carregador. Només va d'una manera i està marcat pels costats negatius i positius de la bateria. Connecteu el cable del carregador i configureu el mode de càrrega a "Equilibri". Assegureu-vos que el carregador també estigui configurat al mode "4S". Com que es tracta d’un paquet de 4400 mAh, m’agrada establir el corrent de càrrega a 1/2 o menys de la potència màxima de corrent, per tant, de 2 a 2,2 amperes. Estic fent servir 1.5 perquè és una prova. Aquestes bateries estan pràcticament completament carregades, de manera que els voltatges són elevats. Quan estigui en funcionament, hauríeu de veure que les cèl·lules de la sèrie 4 es carreguen per igual, entre 0,1 i 0,2 volts l’una de l’altra. Quan acabi la càrrega, totes les cel·les haurien d’estar al mateix voltatge, que és de 4,2 volts. El paquet hauria de llegir una tensió de càrrega completa de 16,8 volts. Quan té la tensió nominal, és de 14,8 volts (3,7 volts per cel·la). Si el carregueu per primera vegada, comenceu per un paràmetre de corrent baix per a la primera càrrega i, a continuació, augmenteu-lo quan el torneu a carregar.

Pas 6: Conclusió

Això és! Heu fabricat una bateria de ions de liti funcional i fiable similar a un paquet LiPo 4S de 5000 mAh per una fracció del cost. Sí, necessiteu un carregador, però si teniu una bateria de portàtil vella, filferro, endoll de càrrega i pestanyes de soldadura, tot el que necessiteu és el BMS per posar-vos en marxa, que costa aproximadament 10 dòlars americans si el compreu a Xina. Això em va costar uns 24 USD. Seria encara més barat si ho aconseguís tot de la Xina, però no volia esperar ni un mes perquè arribessin les peces. Ja tenia el carregador, el soldador, el multímetre, la soldadura, les eines i els cables, així que tot el que havia de comprar era:

Bateria d'ordinador portàtil

Tauler BMS

Endolls d'equilibri

Tires de níquel

Era més barat que comprar un paquet LiPo i era més pràctic perquè necessitava alguna cosa que encaixés en el meu projecte. A més, és divertit i he après molt fent-ho!

Espero que us agradi aquesta guia i, sobretot, espero que en sàpigueu més del que abans de llegir-la. És el meu primer intent, així que si us plau comenteu i feu-me saber com ho vaig fer, o podria ser millor per al futur. Gràcies per llegir!