Литиевый аккумулятор Weldless: 8 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:48

Если вы увлекаетесь электроникой, то общей проблемой, которую необходимо решить, будет поиск подходящего источника питания. Это особенно верно для всех портативных устройств / проектов, которые вы, возможно, захотите построить, и в этом случае аккумулятор, скорее всего, будет вашим лучшим выбором для этого источника питания. Если вы создаете устройство с низким энергопотреблением, у вас есть множество вариантов на выбор, но если ваш проект представляет собой маленькую энергоемку, вы можете ограничиться литиевыми батареями. Во многих смыслах литиевые батареи являются прекрасным подарком человечеству от ученых, занимающихся умными батареями, и я благодарен за эти дары.

Аккумуляторные батареи необходимы для целого ряда продуктов с высокими требованиями к мощности. Это могут быть портативные колонки, электровелосипеды, электрические скейтборды, блоки питания, фонарики, радиоуправляемые устройства и многое, многое другое.

Единственная проблема с этими батареями (полностью игнорируя их требовательность к зарядке / разрядке и склонность загораться при неправильном обращении) заключается в том, что они довольно дороги по сравнению с другими низкокачественными технологиями батарей. Так что возможность дешево создавать собственные аккумуляторные батареи - отличный помощник для серьезных проектов.

К счастью для нас, литиевые батареи настолько популярны, что они повсюду. Итак, в этом руководстве я проведу вас через процесс создания собственного аккумуляторного блока из литиевых батарей 18650, взятых из старых ноутбуков, которые вы можете использовать для питания своих энергоемких проектов.

Шаг 1. Зачем нужна эта инструкция?

Так что же отличает эту инструкцию от многих других инструкций по сборке аккумуляторной батареи? Что ж, я заметил, что при поиске способа собрать аккумуляторную батарею обычно предлагаются два варианта. Они предназначены для сварки ячеек вместе с помощью точечной сварки или пайки ячеек вместе. Не вдаваясь в подробности, у этих опций, конечно, есть свои плюсы и минусы. Преимущество точечной сварки заключается в том, что она обеспечивает надежное соединение с небольшим повреждением аккумулятора. Однако недостатком является то, что для этого требуется точечный сварщик, который может быть довольно дорогостоящим. Пайка намного дешевле и обеспечит лучшее соединение, но за счет повреждения батареи из-за передачи тепла в элемент. Другой недостаток, которым страдают оба этих метода, заключается в том, что они являются довольно постоянными и требуют распайки или разрезания выступов для внесения изменений в конфигурацию батареи. Поэтому я выбираю третий вариант, который представляет собой аккумуляторную батарею без сварки и, возможно, без пайки.

Я разработал эти модульные держатели ячеек, которые позволяют создавать аккумуляторные блоки любого размера без использования дорогостоящих точечных сварочных аппаратов, без повреждения аккумуляторов и с возможностью перенастроить аккумуляторный блок или с легкостью заменить отдельные элементы в любое время.

Шаг 2: отказ от ответственности

Однако прежде чем мы начнем, я должен сообщить вам, что литиевые батареи, какими бы замечательными они ни были, довольно опасны при неправильном обращении. Это снежинки батарей, которые взорвутся / загорятся адским пламенем при неправильном обращении, разрушив ваш проект, машину, дом или все, что может воспламеняться в пределах досягаемости. Высокое энергосодержание этих батарей также может привести к серьезным повреждениям в случае короткого замыкания. Я не несу никакой ответственности за любое поврежденное имущество, живое существо или духовное / умственное существо в результате того, что что-то пошло не так, следуя этой инструкции. Вы должны делать это только в том случае, если у вас есть достаточные знания о литиевых батареях и вы приняли необходимые меры предосторожности.

Короче говоря, вы делаете это на свой страх и риск, и я не несу ответственности ни за что, что может пойти не так. Если вы не хотите ничем рисковать, предлагаю вам купить готовую упаковку, сделанную профессионалами.

Ограничения:

Инструкции здесь в основном сосредоточены на создании незащищенного аккумуляторного блока, поэтому не будут приняты во внимание какие-либо BMS или другие меры безопасности, которые позволили бы нам безопасно использовать аккумуляторный блок. Это остается на усмотрение каждого, кто хочет построить это, чтобы решить.

Шаг 3: поиск аккумуляторных батарей 18650

Если у вас уже есть аккумуляторы 18650 и вас просто интересует процесс создания аккумуляторного блока, вы можете перейти к шагу «Сборка аккумулятора».

Одним из наиболее распространенных типов аккумуляторов, с которыми вы столкнетесь, будет аккумуляторная батарея 18650 (с этого момента именуемая ячейкой), которая является типом аккумулятора, наиболее часто используемым в ноутбуках. (Фактически, 18650 фактически описывает размер ячейки, которая составляет 18 мм в диаметре и 65,0 мм в длину). Конечно, есть и другие клетки, такие как 21700 и 26650, но из-за их популярности в этом руководстве мы сосредоточимся только на типе клеток 18650.

Основным источником бесплатных очков 18650, несомненно, являются старые ноутбуки. Обычно они вмещают от 6 до 9 ячеек в зависимости от типа ноутбука. Даже из-за плохих батарей ноутбука есть вероятность, что только некоторые из ячеек будут повреждены, а остальные все еще могут быть использованы. Другие места, где можно получить элементы, - это аккумуляторные батареи для электронных велосипедов, блоки питания, а также интернет-магазины, такие как eBay и amazon, хотя они, конечно, не будут бесплатными.

Как только вы взяли аккумулятор ноутбука, самое время открыть его. ВНИМАНИЕ, так как вы не хотите проткнуть или закоротить какие-либо батареи. Я рекомендую использовать пластиковый инструмент для любопытной части. Если вы по-прежнему пользуетесь металлическим предметом, например отверткой, делайте это осторожно, чтобы не допустить неприятностей.

Когда у вас есть клетки, самое время проверить их емкость. Для этого я рекомендую использовать зарядное устройство / тестер, например OPUS BT-C3100 (партнерская ссылка). Эти удобные маленькие устройства будут заряжать / разряжать, проверять и обслуживать ваши литиевые элементы, что отлично, если вы планируете использовать литиевые элементы в проектах.

Шаг 4: Аккумуляторы

Батарейные блоки создаются по двум основным причинам: для увеличения напряжения и / и для увеличения емкости. Ячейка - это отдельная батарея в пакете, и когда элементы соединяются последовательно, напряжение добавляется. Когда элементы подключаются параллельно, вместо этого добавляется емкость элементов, имитирующая аккумулятор большей емкости. Конфигурация аккумуляторной батареи обычно описывается как XsYp, где X указывает количество ячеек в серии, а Y - количество ячеек, подключенных параллельно. Умножая их, мы получаем общее количество ячеек, необходимых для нашей упаковки.

Диапазон напряжения типичного 18650 составляет от 4,2 В до ~ 2,5 В, поэтому, если вы хотите, чтобы аккумуляторный блок 12 В, соединяющий три ячейки последовательно, 3s1p дал бы 12,6 В полностью заряженных и до 7,5 В полностью разряженных (хотя не рекомендуется разрядные ячейки ниже 3 В).

Емкость ячеек сильно различается в зависимости от модели и производителя. Но из огромного количества батарей, которые я тестировал, ожидаемая емкость использованных батарей для ноутбуков колеблется от 2000 мАч до 3000 мАч. Конечно, вы найдете батареи с меньшей емкостью, чем эта и те, которые я обычно выбрасываю.

Итак, предположим, вы хотите создать блок питания емкостью 10000 мАч, и у вас есть куча ячеек на 2000 мАч … тогда, как вы уже догадались, вам нужно будет подключить пять из них в параллельной конфигурации 1s5p, чтобы получить эти 10000 мАч и, конечно же, Регулятор DC-DC, чтобы довести его до 5V.

Если вам, например, нужно 12 В и не менее 10000 мАч, тогда конфигурация будет 3s5p, а это значит, что для создания этого пакета потребуется 15 ячеек.

Создание собственного аккумуляторного блока действительно очень полезно, и в Интернете есть масса материалов для чтения. Так что, если вы новичок в создании пакетов, я предлагаю вам провести небольшое исследование, так как это руководство не будет предоставлять все подробности о аккумуляторных блоках и их ограничениях. Подсказки по нескольким вещам, которые следует искать, включают потребление тока и деление тока, BMS, балансный заряд, провал напряжения, внутреннее сопротивление аккумулятора, размеры вкладок, химический состав аккумулятора и тепловой разгон.

Шаг 5: Сборка пакета

Для создания этой аккумуляторной батареи нам потребуется несколько вещей.

Первый шаг при сборке аккумуляторной батареи - решить, какую конфигурацию вы хотите / нуждаетесь. Это зависит от требований к напряжению, емкости и току. В этом руководстве мы создадим аккумуляторную батарею 3s2p, которая должна привести к аккумулятору 12 В 4-5000 мАч.

Поскольку мы будем печатать держатели для кювет, 3D-принтер будет невероятно полезным. Итак, это та часть, где вы должны вытащить 3D-принтер из заднего кармана или попросить дружелюбного друга с принтером помочь вам. Эти держатели для ячеек довольно малы, поэтому для обеспечения надлежащего допуска для их соединения я бы рекомендовал использовать сопло 0,4 мм или меньше. Файлы STL и модели можно найти по ссылке ниже, где вы также найдете инструкции по печати.

Также может потребоваться дрель в зависимости от выбранного метода сборки (подробнее об этом на следующих слайдах).

Как упоминалось ранее, сварка не требуется, а пайка - по желанию. В основном паяльник используется для присоединения выводов к аккумуляторной батарее. Однако этого можно избежать, если вместо этого использовать кольцевые клеммы на проводах или просто использовать язычки в качестве проводов, игнорируя отдельные выводы ячеек (балансирующие выводы).

Ссылка на stl файлы: STL-файлы

Шаг 6: Необходимые детали

Распечатайте столько держателей, сколько нужно для вашей упаковки, и начните закупать другие необходимые детали. Для этой сборки нам нужно напечатать всего шесть держателей ячеек. Также распечатайте корпус, крышку и, возможно, крепление, так как корпус сделает аккумуляторную батарею более прочной и надежной.

Список деталей:

• Никелевый язычок (максимальная ширина 7,5 мм)
• 2 винта M5 (длиной не менее 100 мм)
• 2x барашковые гайки M5
• 12 винтов и гаек M3 *
• Клеммные провода (красный и черный)
• Балансировка отведений *

* Необязательная часть

Шаг 7: соберите пакет

Когда у вас есть все детали, пришло время собрать упаковку, и это довольно просто, так как держатели ячеек с печатью можно защелкнуть друг в друге, чтобы создать требуемый размер упаковки.

Держатели ячеек сконструированы таким образом, что есть несколько способов их использования для создания аккумуляторной батареи.

1. Первый вариант - продеть язычки через держатель ячеек, чтобы соединить несколько ячеек. Держатели имеют некоторую упругость, которая должна обеспечивать надлежащий контакт с аккумуляторной батареей.
2. Второй вариант - использовать винты M3 в качестве клеммных контактов и затянуть выступы на винтах с помощью гаек. Для этого может быть полезно просверлить отверстия в выступах, чтобы пропустить винты M3. Я предоставил приспособление, которое поможет с интервалом при сверлении этих отверстий. Было бы разумно использовать нейлоновые гайки или локтит, чтобы предотвратить откручивание гаек, если аккумулятор будет выдерживать вибрации.

Любая пайка выводов и проводов (например, балансировочные выводы) и соединительные вкладки (для создания последовательных соединений) должны выполняться на этом этапе, убедившись, что подключены правильные вкладки.

После того, как первая часть (назовем ее нижней частью) закончена и соответствующие подводящие провода припаяны / прикреплены, ее можно разместить в нижней части корпуса. Будет плотно прилегать. Это сделано для того, чтобы создать прочную упаковку и уменьшить ненужное грохотание внутри упаковки.

Вставьте батареи, убедившись, что все параллельные пары имеют одинаковый уровень напряжения и что элементы имеют одинаковую емкость. Для создания последовательного соединения пара ячеек должна быть обращена в чередующемся направлении, что означает, что средняя пара должна быть обращена противоположно двум другим парам.

Вставьте верхние держатели кювет в упаковку. Этот шаг может потребовать некоторого покачивания и возни, чтобы все ячейки правильно выровнялись в верхнем держателе.

ВАЖНЫЙ!

• Убедитесь, что вы правильно поняли полярность и ориентацию ячеек, иначе вы рискуете закоротить ячейки и тем самым раскрыть их весь потенциал, что редко бывает хорошо.
• При использовании очищенных элементов от старых аккумуляторов для ноутбуков или других электронных устройств обязательно удалите все наклейки, остатки клея и все остальное, что может быть на элементе, стараясь не снимать термоусадочную пленку. Вы хотите, чтобы ячейка свободно перемещалась в держателе ячейки, чтобы обеспечить хороший контакт клемм.

Шаг 8: протестируйте пакет

Аккуратно прикрутите крышку и вуаля! Надеюсь, у вас есть исправный аккумулятор. Конечно, сейчас самое время достать мультиметр и проверить батарею, чтобы убедиться, что она выдает ожидаемое напряжение.

Как видно на фотографиях, я создал несколько аккумуляторных батарей с этими держателями, и я должен сказать, что они действительно великолепны. Теперь можно создавать блоки, в которых вы можете легко заменять неисправные элементы, изменять конфигурацию и заряжать ячейки по отдельности.

Однако есть некоторые вещи, о которых стоит упомянуть об этом способе создания пакетов. Поскольку соединение не связано с ячейками, необходимо проявлять особую осторожность, чтобы гарантировать, что каждая ячейка находится в надлежащем контакте. Если элементы не образуют надлежащего контакта, могут возникнуть искры, поскольку батареи разряжаются неравномерно. Также следует иметь в виду, что это решение приведет к менее компактной аккумуляторной батарее по сравнению, например, со сваркой. Третий недостаток заключается в том, что, хотя модульная конструкция делает его гибким, вы по-прежнему ограничены конфигурациями сетки, и, таким образом, настройка формы аккумуляторной батареи становится сложнее.

Но если ни один из вышеупомянутых недостатков вас не беспокоит, то поздравляем вас с тем, что вы прошли через инструкции, и, возможно, вы сможете решить все свои будущие проблемы с питанием.

Помните, что использование литиевых батарей без какой-либо защиты довольно рискованно, поэтому рекомендуется использовать подходящую BMS (систему мониторинга батареи) для защиты батареи от перезарядки / разряда, а также, если включена функция балансировки, ее также можно использовать для зарядки пачка. См. Приведенные ниже ссылки на предлагаемую мной BMS для небольших пакетов.

12 В BMS (комплект из 3 сек.)

16 В BMS (упаковка 4 с)