Brezvarna litijeva baterija: 8 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:02

Če se ukvarjate z elektroniko, bo skupni izziv, ki ga morate premagati, najti primeren vir energije. To še posebej velja za vse prenosne naprave/projekte, ki bi jih morda želeli zgraditi, tam pa bo za ta vir energije najverjetneje najboljša izbira baterija. Če izdelujete napravo z nizko porabo energije, lahko izbirate med številnimi možnostmi, če pa je vaš projekt napačen mali napačnik, boste morda omejeni na litijeve baterije. Litijeve baterije so v marsičem čudovito darilo človeštvu od pametnih znanstvenikov o akumulatorjih in fant, hvaležen sem za ta darila.

Baterije so potrebne za celo vrsto izdelkov z visoko porabo energije. To so lahko prenosni zvočniki, e-kolesa, električne drsalke, baterije, svetilke, RC-stvari in še veliko več.

Edina težava pri teh baterijah (ki popolnoma ignorirajo njihovo izbirčnost polnjenja/praznjenja in težnjo po ognju, ko se z njimi nepravilno ravna) je, da so v primerjavi z drugimi slabšimi tehnologijami baterij precej drage. Tako je poceni možnost ustvarjanja lastnih baterij odličen pripomoček za resne projekte.

Na srečo smo litijeve baterije tako priljubljene, da so povsod okoli nas. V tem navodilu vas bom vodil skozi postopek ustvarjanja lastnega kompleta baterij iz litijevih baterij 18650, izkopanih iz starih prenosnih računalnikov, s katerimi lahko poganjate svoje projekte, ki so lačni energije.

1. korak: Zakaj ta navodila?

Kaj torej to navodilo ločuje od številnih drugih navodil o izdelavi akumulatorja? No, opazil sem, da se pri iskanju načina za izdelavo akumulatorja običajno dajo dve možnosti. Ti so namenjeni varjenju celic skupaj s točkovnim varilcem ali spajanju celic skupaj. Ne da bi se preveč spuščali v podrobnosti, je pri teh možnostih seveda nekaj prednosti in slabosti. Profesionalec pri točkovnem varjenju je, da daje zanesljivo vez z majhnimi poškodbami baterije. Slabost pa je, da zahteva točkovnega varilca, ki je lahko precej drag. Spajkanje je veliko cenejše in bo ustvarilo boljšo povezavo, vendar za ceno poškodovanja baterije zaradi prenosa toplote v celico. Druga pomanjkljivost obeh teh metod je, da sta precej trajni in zahtevata razpajkanje ali rezanje jezičkov, da se omogoči sprememba konfiguracije baterije. Zato se odločam za tretjo možnost, ki je varjena in potencialno spajkana baterija.

Zasnoval sem te modularne držale za celice, ki omogočajo izdelavo vseh baterij velikosti mreže brez uporabe dragih varilnih aparatov, brez poškodb baterij in s svobodo, da kadar koli z lahkoto znova konfigurirate baterijo ali zamenjate posamezne celice.

2. korak: zavrnitev odgovornosti

Preden pa začnemo, vas moram obvestiti, da so litijeve baterije, pa naj bodo še tako čudovite, če z njimi ne ravnate pravilno, precej nevarne. To so snežinke baterij, ki bodo eksplodirale/izbruhnile v peklenski plamen, če jih bodo zlorabili, odnesli vaš projekt, avto, hišo ali karkoli, kar je lahko vnetljivo. Visoka vsebnost energije v teh baterijah lahko povzroči tudi resne poškodbe, če jih v kratkem stiku. Ne prevzemam nobene odgovornosti za kakršno koli poškodovano lastnino, živo bitje ali duhovno/duševno entiteto, ki je posledica tega, da gre kaj narobe po tem navodilu. To morate storiti le, če poznate litijeve baterije in ste sprejeli potrebne varnostne ukrepe.

Skratka, to delate na lastno odgovornost in ne prevzemam odgovornosti za nič, kar bi lahko bilo s tem narobe. Če ne želite ničesar tvegati, predlagam, da kupite že pripravljeno pakiranje, ki ga izdelajo profesionalci.

Omejitve:

Navodila se bodo osredotočila predvsem na ustvarjanje nezaščitenega akumulatorja, zato ne bomo upoštevali kakršnih koli BMS ali drugih varnostnih meritev, ki bi nam omogočile varno uporabo baterije. To je prepuščeno tistemu, ki to želi zgraditi, da to reši.

3. korak: pridobivanje baterijskih celic 18650

Če že imate 18650 baterij in vas samo zanima postopek ustvarjanja akumulatorja, lahko preskočite na korak "Zgradba paketa".

Ena najpogostejših vrst baterij, na katere boste naleteli, je 18650 baterijska celica (od zdaj naprej imenovana celica), ki je najpogosteje uporabljena v prenosnih računalnikih. (Dejstvo je, da 18650 dejansko opisuje velikost celice s premerom 18 mm in dolžino 65,0 mm). Seveda obstajajo še druge celice, kot sta 21700 in 26650, vendar se bo zaradi njihove priljubljenosti ta pouk osredotočil le na tip celic 18650.

Glavni vir brezplačnega točkovanja 18650 so nedvomno stari prenosniki. Te običajno vsebujejo 6-9 celic, odvisno od vrste prenosnika. Tudi zaradi slabih baterij prenosnih računalnikov obstaja velika verjetnost, da bodo le nekatere celice slabe, medtem ko bodo ostale še vedno uporabne. Druge lokacije za pridobivanje celic so akumulatorji za e-kolesa, napajalniki in tudi spletne trgovine, kot sta eBay in amazon, čeprav te seveda ne bodo brezplačne.

Ko imate baterijo v prenosnem računalniku, je čas, da jo odprete. POZOR, ker ne želite preluknjati ali skrajšati ene od baterij. Moje priporočilo je, da za radoveden del uporabite plastično orodje. Če še vedno uporabljate kovinski predmet, na primer izvijač, to storite previdno, da ne povzročite napak.

Ko imate celice, je čas, da preizkusite njihovo zmogljivost. Za to priporočam uporabo polnilnika/testerja baterij, kot je OPUS BT-C3100 (partnerska povezava). Te priročne majhne naprave bodo polnile/praznile, testirale in vzdrževale vaše litijeve celice, kar je super, če nameravate litijeve celice uporabljati za projekte.

4. korak: Baterije

Baterijski paketi so izdelani iz dveh glavnih razlogov: za povečanje napetosti ali/in za povečanje zmogljivosti. Celica je posamezna baterija v paketu in ko so celice povezane zaporedno, se napetosti doda. Ko so celice vzporedno povezane, se namesto tega doda zmogljivost celic, ki posnemajo baterijo z večjo zmogljivostjo. Konfiguracija akumulatorja je običajno opisana kot XsYp, kjer X označuje število celic v seriji in Y, število celic vzporedno. Z množenjem teh dobimo skupno število celic, potrebnih za naš paket.

Razpon napetosti tipičnega 18650 je med 4,2 V in ~ 2,5 V, zato bi, če bi želeli 12 -voltno baterijo, ki povezuje tri celice v seriji 3s1p, dobili 12,6 V popolnoma napolnjeno in do 7,5 V popolnoma prazno (čeprav ni priporočljivo, da izpustne celice pod 3 V).

Zmogljivost celic se med modelom in proizvajalcem zelo razlikuje. Toda od ogromne količine baterij, ki sem jih preizkusil, se pričakovana zmogljivost rabljenih baterij za prenosnike giblje od 2000 mAh do 3000 mAh. Seveda boste našli baterije z manjšo kapaciteto od te in tiste, ki jih na splošno zavržem.

Recimo, da želite ustvariti power bank z zmogljivostjo 10000mAh in imate kup celic 2000mAh … potem pa ste uganili, da jih boste morali povezati pet v vzporedni konfiguraciji 1s5p, da dobite teh 10000mAh in seveda DC-DC regulator, ki ga pripelje na 5V.

Če bi na primer želeli 12V in vsaj 10000mAh, bi bila konfiguracija 3s5p, kar pomeni, da bi bila potrebna količina celic 15 za ustvarjanje tega paketa.

Ustvarjanje lastnega akumulatorja je res zelo koristno in na spletnem spletu je ogromno bralnega gradiva. Torej, če ste novi pri ustvarjanju paketov, predlagam, da to raziščete, saj ta navodila ne bodo ponujala vseh podrobnosti o baterijskih paketih in njihovih omejitvah. Namigi o nekaj stvareh, ki jih je treba iskati, so razdeljevanje toka in delitev toka, BMS, napolnjenost ravnotežja, napetost, napetost, notranji upor baterije, velikosti jezičkov, kemija baterije in toplotna beg.

5. korak: Zgradite paket

Za izdelavo te baterije je potrebno nekaj stvari.

Prvi korak pri izdelavi baterije je, da se odločite, kakšno konfiguracijo želite/potrebujete. O tem odločajo zahteve glede napetosti, zmogljivosti in toka. V tem navodilu bomo ustvarili baterijo 3s2p, ki naj bi povzročila 12V 4-5000mAh baterijo.

Ker bomo tiskali držala za celice, bo 3D tiskalnik neverjetno uporaben. To je torej del, kjer naj bi iz zadnjega žepa izstrelili 3D -tiskalnik ali prosili prijaznega prijatelja s tiskalnikom, da vam pomaga. Ta držala za celice so precej majhna, zato bi za ustrezno toleranco, da jih zlepite skupaj, priporočam uporabo 0,4 mm šobe ali manjše. Datoteke STL in model najdete na spodnji povezavi, kjer najdete tudi navodila za tiskanje.

Morda bo potreben tudi vrtalnik, odvisno od izbrane metode sestavljanja (več o tem v kasnejših diapozitivih)

Kot smo že omenili, varjenje ne bo potrebno, spajkanje pa ni obvezno. Glavna uporaba spajkalnika je pritrditev kablov na baterijo. Vendar se temu lahko izognemo tako, da namesto tega uporabite obročne sponke na žicah ali pa le, da jezički delujejo kot vodili, pri tem pa ignorirate posamezne vodile celic (izravnalni vodi).

Povezava do datotek stl: datoteke STL

Korak 6: Potrebni deli

Natisnite toliko nosilcev, kot je potrebno za vaš paket, in začnite nabavljati druge potrebne dele. Za to gradnjo bomo morali natisniti skupaj šest imetnikov celic. Natisnite tudi ohišje, pokrov in opcijsko nosilec, saj bo zaradi ohišja baterija veliko bolj trpežna in zanesljiva.

Seznam delov:

• Jeziček iz niklja (največja širina 7,5 mm)
• 2x vijaki M5 (dolgi najmanj 100 mm)
• 2x M5 krilni orehi
• 12x vijaki in matice M3*
• Terminali (rdeča in črna)
• Uravnoteženje vodnikov*

*Neobvezni del

7. korak: Sestavite paket

Ko imate vse dele, je čas, da sestavite paket, kar je precej preprosto, saj lahko natisnjene nosilce celic pritrdite drug na drugega, da ustvarite zahtevano velikost pakiranja.

Nosilci za celice so zasnovani tako, da obstaja več načinov, kako jih uporabiti za izdelavo baterije.

1. Prva možnost je, da skozi držalo celic previjete jezičke, da povežete več celic. Nosilci so oblikovani z nekaj vzmeti, ki morajo zagotoviti pravilen stik z baterijsko celico.
2. Druga možnost je, da uporabite vijake M3 kot priključne kontakte in z maticami privijte jezičke na vijake. V ta namen je lahko koristno izvrtati luknje v jezičkih, da se omogoči prehod vijakov M3. Zagotovil sem šablono, ki bo pomagala pri razmiku pri vrtanju teh lukenj. Morda bi bilo pametno uporabiti najlonske matice ali loctite, da preprečite odvijanje matice, če bo baterija zdržala vibracije.

Na tej stopnji je treba opraviti kakršno koli spajkanje vodnikov in žic (na primer izravnalnih vodnikov) in povezovalnih jezičkov (za ustvarjanje zaporednih povezav), pri čemer se prepričajte, da so priključeni pravi jezički.

Ko je prvi del (imenujmo ga spodnji del) in so ustrezne svinčene žice spajkane/pritrjene, ga lahko postavimo na dno ohišja. To bo tesno prilegalo. Namen tega je ustvariti trden paket in zmanjšati nepotrebno ropotanje v embalaži.

Vstavite baterije in se prepričajte, da so vsi vzporedni pari na isti napetostni ravni in da imajo celice enako zmogljivost. Za vzpostavitev zaporedne povezave mora biti par celic obrnjen v izmenično smer, kar pomeni, da mora biti srednji par obrnjen nasproti drugih dveh parov.

Držala zgornjih celic vstavite v škatlo. Ta korak bo morda zahteval nekaj premikanja in igranja, da se vse celice pravilno namestijo v zgornji nosilec.

POMEMBNO!

• Prepričajte se, da imate pravilno polarnost in orientacijo celic, sicer tvegate, da bi celice skrajšale in s tem sprostile njihov polni potencial, kar je redko dobro.
• Če uporabljate odstranjene celice iz starih baterij prenosnega računalnika ali drugih elektronskih naprav, odstranite vse nalepke, ostanke lepila ali karkoli drugega, kar bi lahko bilo na celici, pri tem pazite, da ne odstranite skrčljive folije. Želite, da se celica prosto giblje v nosilcu celice, da omogoči dober stik sponk.

8. korak: Preizkusite paket

Nežno privijte pokrov in voila! upajmo, da imate delujoč akumulator. Seveda je zdaj čas, da vzamete multimeter in preizkusite paket, da preverite pričakovano napetost.

Kot je razvidno iz slik, sem s temi držali ustvaril nekaj baterij in moram reči, da so res odlični. Zdaj je mogoče sestaviti pakete, kjer lahko z lahkoto zamenjate slabe celice, spremenite konfiguracijo in posamezno napolnite celice.

Nekaj stvari, ki jih je treba omeniti pri tem načinu gradnje paketov. Ker povezava ni vezana na celice, je treba paziti, da vsaka celica vzpostavi pravilen stik. Če celice ne ustvarjajo ustreznih kontaktnih isker, se lahko baterije neenakomerno praznijo. Ne pozabite pa tudi, da bo ta rešitev v primerjavi z varjenjem na primer povzročila manj kompakten paket baterij. Tretja pomanjkljivost je, da ste kljub prilagodljivi modularni konstrukciji še vedno omejeni na konfiguracije mrežnih vzorcev, zato prilagoditev oblike akumulatorja postane težja.

Če pa vas nobena od zgoraj omenjenih pomanjkljivosti ne moti, potem čestitam, da ste prebrodili navodila, in morda boste lahko rešili vse svoje prihodnje izzive moči.

Ne pozabite, da je uporaba litijevih baterij brez kakršne koli zaščite precej tvegana, zato priporočamo, da uporabite ustrezen BMS (sistem za spremljanje baterije), da zaščitite paket pred prekomernim polnjenjem/praznjenjem, in če je vključena funkcija uravnoteženja, ga lahko uporabite tudi za polnjenje paket. Oglejte si spodnje povezave moje predlagane BMS za uporabo v majhnih pakiranjih.

12V BMS (paket 3s)

16V BMS (paket 4s)