Litijeva baterija bez zavarivanja: 8 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:32

Ako se bavite elektronikom, zajednički izazov za prevladavanje bit će pronalaženje odgovarajućeg izvora energije. To se posebno odnosi na sve prijenosne uređaje/projekte koje biste htjeli izgraditi, a ondje će vam baterija najvjerojatnije biti najbolja za taj izvor napajanja. Ako gradite uređaj s niskom potrošnjom energije, imate brojne mogućnosti za izabrati, no ako je vaš projekt mali bugger gladan energije, možda ćete biti ograničeni na litijeve baterije. Litijeve baterije su na mnogo načina prekrasan dar čovječanstvu od pametnih ljudi koji se bave baterijama i zahvalan sam na ovim darovima.

Baterije su potrebne za čitav niz proizvoda s visokim zahtjevima napajanja. To mogu biti prijenosni zvučnici, e-bicikli, električne skejtborde, banke za napajanje, svjetiljke, RC-stvari i još mnogo, mnogo više.

Jedini problem s ovim baterijama (potpuno zanemarujući njihovu izbirljivost punjenja/pražnjenja i tendenciju da gore u plamenu kada se s njima loše postupa) je što su prilično skupe u usporedbi s drugim inferiornim tehnologijama baterija. Dakle, mogućnost jeftinog stvaranja vlastitih baterija izvrsna je mogućnost za ozbiljne projekte.

Na našu sreću, litijeve su baterije toliko popularne da su svuda oko nas. Stoga ću vas u ovom uputstvu voditi kroz proces stvaranja vlastitog paketa baterija od 18650 litijevih baterija, uklonjenih sa starih prijenosnih računala koje možete koristiti za napajanje svojih projekata gladnih energije.

Korak 1: Zašto ovo uputstvo?

Dakle, što ovo uputstvo razlikuje od mnogih drugih uputa o izgradnji baterije? Pa, primijetio sam da se pri traženju načina za izradu baterije obično daju dvije mogućnosti. Oni služe za zavarivanje stanica zajedno s točkovnim zavarivačem ili za lemljenje stanica zajedno. Bez da ulazimo u previše detalja, naravno da postoje neke prednosti i nedostaci ovih opcija. Profesionalac s točkovnim zavarivanjem je taj što daje pouzdanu vezu uz malo oštećenja baterije. Nedostatak je u tome što zahtijeva točkovni zavarivač koji može biti prilično skup. Lemljenje je mnogo jeftinije i stvorit će bolju vezu, ali po cijenu oštećenja baterije zbog prijenosa topline u ćeliju. Još jedan nedostatak obje ove metode pate od toga što su prilično postojani i zahtijevaju odlemljivanje ili rezanje jezičaka kako bi se omogućile promjene u konfiguraciji baterije. Stoga se odlučujem za treću opciju, a to je baterija bez zavarivanja i potencijalno lemljenje.

Dizajnirao sam ove modularne držače ćelija koji omogućuju izradu bilo koje baterije veličine mreže bez upotrebe skupih točkastih zavarivača, bez oštećenja baterija i sa slobodom u bilo kojem trenutku s lakoćom ponovno konfigurirati bateriju ili zamijeniti pojedine ćelije.

Korak 2: Odricanje od odgovornosti

Prije nego što počnemo, moram vas obavijestiti da su litijeve baterije, koliko god bile divne, prilično opasne ako se s njima ne rukuje pravilno. Ovo su pahuljice baterija i eksplodirat će/eksplodirati u paklenom plamenu ako se zlostavljaju, srušeći vaš projekt, automobil, kuću ili bilo što što bi moglo biti zapaljivo. Visok sadržaj energije ovih baterija također može uzrokovati ozbiljna oštećenja ako se spoje. Ne preuzimam nikakvu odgovornost za bilo kakvu oštećenu imovinu, živo biće ili duhovni/mentalni entitet koji je rezultat nečega što je pošlo po zlu nakon ovog uputstva. To biste trebali učiniti samo ako poznajete litijeve baterije i poduzimate potrebne mjere opreza.

Ukratko, to radite na vlastitu odgovornost i ne preuzimam odgovornost u bilo čemu što bi moglo poći po zlu. Ako ne želite ništa riskirati, predlažem da kupite gotovo pakiranje koje su izradili profesionalci.

Ograničenja:

Ovdje će se upute uglavnom usredotočiti na stvaranje nezaštićene baterije, pa se neće uzeti u obzir nikakve vrste BMS -a ili druga sigurnosna mjerenja koja bi nam omogućila korištenje baterije na siguran način. To je prepušteno svakome tko to želi izgraditi da riješi.

Korak 3: Nabavljanje 18650 baterijskih ćelija

Ako već imate 18650 baterija i samo vas zanima proces stvaranja baterije, možete prijeći na korak "Izrada paketa".

Jedan od najčešćih tipova baterija na koje ćete naići bit će 18650 baterijska ćelija (od sada se naziva ćelija) koja je tip baterije koja se najčešće koristi u prijenosnim računalima. (Činjenica, 18650 zapravo opisuje veličinu ćelije promjera 18 mm i duljine 65,0 mm). Naravno, postoje i druge ćelije poput 21700 i 26650, ali zbog njihove popularnosti ovaj će se instruktor usredotočiti samo na tip stanica 18650.

Glavni izvor besplatnog bodovanja 18650 su bez sumnje stari prijenosni računari. Obično sadrže 6-9 ćelija, ovisno o vrsti prijenosnog računala. Čak i zbog loših baterija prijenosnog računala samo su neke ćelije loše, dok bi ostale mogle biti još uvijek upotrebljive. Ostala mjesta za dobivanje ćelija su iz baterija za e-bicikle, banaka za napajanje i internetskih trgovina poput eBaya i amazona, iako to naravno neće biti besplatno.

Kad se uhvatite baterije za prijenosno računalo, vrijeme je da je otvorite. OPREZ međutim ne želite probušiti ili kratki spoj baterija. Moja preporuka je da upotrijebite plastični alat za znatiželjni dio. Ako i dalje koristite metalni predmet, poput odvijača, učinite to nježno kako ne biste izazvali nezgode.

Kad dobijete svoje stanice, vrijeme je da isprobate njihov kapacitet. U tu svrhu preporučujem korištenje punjača/testera za baterije poput OPUS-a BT-C3100 (partnerska veza). Ovi praktični mali uređaji punit će/isprazniti, testirati i održavati vaše litijeve ćelije umjesto vas, što je sjajno ako planirate koristiti litijeve ćelije za projekte.

Korak 4: Baterije

Baterije su izgrađene iz dva glavna razloga: za povećanje napona ili/i za povećanje kapaciteta. Ćelija je pojedinačna baterija u pakiranju, a kada se ćelije spoje u seriju dodaje se napon. Kad se ćelije paralelno povežu, umjesto toga se dodaje kapacitet ćelija čime se oponaša baterija većeg kapaciteta. Konfiguracija baterije obično se opisuje kao XsYp gdje X označava broj ćelija u nizu i Y, broj ćelija paralelno. Množenjem ovih dobivamo ukupan broj stanica potrebnih za naše čopor.

Raspon napona tipičnog 18650 je između 4,2 V i ~ 2,5 V, pa ako želite bateriju od 12 V koja povezuje tri ćelije u seriji 3s1p, dalo bi se 12,6 V potpuno napunjeno i do 7,5 V potpuno prazno (iako se ne preporučuje ispusne ćelije ispod 3V).

Kapacitet ćelija jako varira od modela do proizvođača. No, s obzirom na ogromnu količinu baterija koje sam testirao, očekivani kapacitet rabljenih baterija za prijenosna računala kreće se od 2000mAh do 3000mAh. Naravno da ćete pronaći baterije manjeg kapaciteta od ovih i one koje općenito odbacujem.

Recimo da želite stvoriti power bank kapaciteta 10000mAh i imate hrpu ćelija od 2000mAh … tada ćete, pogađate, morati spojiti pet njih paralelno u konfiguraciji 1s5p da biste dobili tih 10000mAh i naravno DC-DC regulator za postizanje 5V.

Ako ste, na primjer, htjeli 12V i najmanje 10000mAh, tada bi konfiguracija bila 3s5p, a to znači da bi potrebna količina ćelija bila 15 za stvaranje tog paketa.

Stvaranje vlastitog akumulatora doista je vrlo korisno i postoji mnoštvo materijala za čitanje na Interwebu. Stoga, ako ste tek počeli stvarati pakete, predlažem da to malo istražite jer ova uputa neće pružati sve pojedinosti o baterijama i njihovim ograničenjima. Savjeti o nekoliko stvari koje trebate potražiti su podjela struje i podjela struje, BMS, napunjenost ravnoteže, pad napona, unutarnji otpor baterije, veličine jezičaka, kemija baterije i toplinska odbjega.

Korak 5: Izrada paketa

Postoji nekoliko stvari koje će nam biti potrebne za izradu ove baterije.

Prvi korak u izgradnji baterije je odlučiti koju konfiguraciju želite/trebate. O tome odlučuju zahtjevi napona, kapaciteta i struje. U ovom uputstvu stvarat ćemo bateriju od 3s2p koja bi trebala rezultirati baterijom od 12V do 4-5000mAh.

Budući da ćemo ispisivati naše držače za ćelije, 3D pisač bit će nevjerojatno koristan. Dakle, ovo je dio u kojem trebate izvaditi 3D pisač iz stražnjeg džepa ili zamoliti prijateljskog prijatelja s pisačem da vam pomogne. Ovi držači ćelija su prilično mali pa bih za pravilnu toleranciju spajanja preporučio korištenje mlaznice od 0,4 mm ili manje. Datoteke STL i modela mogu se pronaći na donjoj poveznici gdje ćete pronaći i upute za ispis.

Bušilica bi također mogla biti potrebna ovisno o odabranoj metodi montaže (više o tome u kasnijim slajdovima)

Kao što je već spomenuto, zavarivanje neće biti potrebno, a lemljenje nije obavezno. Glavna upotreba lemilice bila bi pričvršćivanje kabela na bateriju. Međutim, to se može izbjeći korištenjem prstenastih stezaljki na žicama umjesto toga ili samo da jezičci djeluju kao vodiči, a zanemaruju se pojedinačni vodiči ćelije (balansirani vodiči).

Veza na stl datoteke: STL datoteke

Korak 6: Potrebni dijelovi

Ispišite onoliko držača koliko je potrebno za vaše pakiranje i počnite nabavljati ostale potrebne dijelove. Za ovu verziju trebat ćemo ispisati ukupno šest držača ćelija. Također ispišite kućište, poklopac i opcionalno držač jer će kućište bateriju učiniti mnogo izdržljivijom i pouzdanijom.

Popis dijelova:

• Jezičak od nikla (maksimalna širina 7,5 mm)
• 2x vijci M5 (dužine najmanje 100 mm)
• 2x orah M5
• 12x vijci i matice M3*
• Terminalni vodiči (crveni i crni)
• Balansiranje vodova*

*Izborni dio

Korak 7: Sastavite paket

Nakon što ste dobili sve dijelove, vrijeme je za sastavljanje pakiranja, a to je prilično jednostavno jer se ispisani držači ćelija mogu umetnuti jedan u drugi kako bi se stvorila potrebna veličina pakiranja.

Držači ćelija dizajnirani su na takav način da postoji više načina korištenja za izradu baterije.

1. Prva je mogućnost provlačenje kartica kroz držač ćelija za povezivanje više ćelija. Držači su dizajnirani s nekom opružnošću koja bi trebala osigurati pravilan kontakt s baterijskom ćelijom.
2. Druga je mogućnost upotrijebiti vijke M3 kao kontakte priključaka i pričvrstiti jezičke na vijke pomoću matica. U tu svrhu može biti korisno izbušiti rupe na jezičcima kako bi se omogućilo prolazak vijaka M3. Osigurao sam šablon koji će vam pomoći pri razmaku pri bušenju ovih rupa. Bilo bi pametno upotrijebiti najlonske matice ili loctite kako biste spriječili odvrtanje matica ako baterija podnese vibracije.

Svako lemljenje vodiča i žica (poput balansiranja kabela) i povezivanja jezičaka (za stvaranje serijskih veza) treba obaviti u ovoj fazi, pazeći da su ispravne pločice spojene.

Nakon što je prvi dio (nazovimo ga donji dio) dovršen i odgovarajuće olovne žice zalemljene/pričvršćene, može se postaviti na dno kućišta. Bit će usko prianjanje. Time se namjerava stvoriti robusno pakiranje i smanjiti nepotrebno tutnjanje unutar pakiranja.

Umetnite baterije pazeći da svi paralelni parovi budu na istoj razini napona i da ćelije imaju isti kapacitet. Za stvaranje serijske veze stanični par trebao bi biti okrenut naizmjenično, što znači da bi srednji par trebao biti okrenut suprotno od druga dva para.

Umetnite gornje držače ćelija u pakiranje. Ovaj korak bi mogao zahtijevati neko vrckanje i petljanje kako bi se sve ćelije pravilno poravnale u gornji držač.

VAŽNO!

• Potrudite se da dobijete pravilan polaritet i orijentaciju stanica. U protivnom riskirate da stanice skratite, a time i oslobodite njihov puni potencijal, što je rijetko dobra stvar.
• Ako koristite očišćene ćelije sa starih baterija za prijenosno računalo ili drugih elektroničkih uređaja, uklonite sve naljepnice, ostatke ljepila ili bilo što drugo što bi moglo biti na ćeliji, pazeći da ne uklonite skupljajući omot. Želite da se ćelija slobodno kreće u držaču ćelije kako bi se omogućio dobar kontakt terminala.

Korak 8: Testirajte paket

Lagano zašrafite poklopac i voila! nadamo se da imate radnu bateriju. Naravno, sada je vrijeme da izvadite multimetar i testirate paket kako biste vidjeli da li isporučuje očekivani napon.

Kao što se može vidjeti na slikama, stvorio sam nekoliko baterija s ovim držačima i moram reći da su zaista odlični. Sada je moguće izgraditi pakete u kojima možete s lakoćom zamijeniti loše ćelije, promijeniti konfiguraciju i pojedinačno napuniti ćelije.

Međutim, postoje neke stvari vrijedne spomena o ovom načinu izgradnje čopora. Budući da veza nije vezana za stanice, potrebno je poduzeti dodatnu pozornost kako bi se osiguralo da svaka stanica ostvaruje pravilan kontakt. Ako ćelije ne stvaraju odgovarajuće kontaktne iskre, mogu se stvoriti iskre jer se baterije nejednoliko prazne. Još jedna stvar koju treba imati na umu je da će ovo rješenje rezultirati manje kompaktnom baterijom u usporedbi s zavarivanjem, na primjer. Treći nedostatak je što, iako modularna konstrukcija čini fleksibilnost, ipak ste ograničeni na konfiguracije mrežnih uzoraka, pa prilagođavanje oblika baterije postaje sve teže.

No ako vam ništa od gore navedenih nedostataka ne smeta, čestitamo što ste uspjeli prebroditi upute i možda ćete uspjeti riješiti sve svoje buduće izazove moći.

Ne zaboravite da je korištenje litijevih baterija bez ikakve zaštite prilično riskantno pa je preporuka upotrijebiti prikladan BMS (sustav za nadzor baterije) za zaštitu pakiranja od prekomjernog punjenja/pražnjenja, a također ako je uključena značajka uravnoteženja tada se može koristiti i za punjenje čopor. Pogledajte donje veze mojih predloženih BMS -ova za upotrebu u malim pakiranjima.

12V BMS (pakiranje od 3 s)

16V BMS (pakiranje od 4s)