Svetsfritt litiumbatteri: 8 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:37

Om du gillar elektronik är en vanlig utmaning att övervinna att hitta en lämplig strömkälla. Detta gäller särskilt för alla bärbara enheter/projekt som du kanske vill bygga, och där kommer ett batteri troligen att vara din bästa insats för den strömkällan. Om du bygger en lågeffektsenhet har du många alternativ att välja mellan, men om ditt projekt är en energisugen, kan du vara begränsad till litiumbatterier. På många sätt är litiumbatterier en underbar gåva till mänskligheten från smarta batteriforskare och jag är tacksam för dessa gåvor.

Batteripaket behövs för en hel rad produkter med höga effektbehov. Dessa kan vara bärbara högtalare, e-cyklar, elektriska skateboards, powerbankar, ficklampor, RC-grejer och mycket, mycket mer.

Det enda problemet med dessa batterier (att helt ignorera deras laddning/urladdning och att de går upp i lågor när de inte behandlas) är att de är ganska dyra i jämförelse med andra sämre batteritekniker. Så att kunna skapa egna batterier för billigt är en stor möjliggörare för seriösa projekt.

Lyckligtvis för oss är litiumbatterier så populära att de finns runt omkring oss. Så i den här instruerbara guiden kommer jag att guida dig genom processen att skapa ditt eget batteripaket från 18650 litiumbatterier, rensade från gamla bärbara datorer som du kan använda för att driva dina energisugna projekt.

Steg 1: Varför detta instruerbart?

Så vad är det som skiljer detta från de många andra instruktionerna om hur man bygger ett batteri? Tja, jag har märkt att när jag letar efter ett sätt att bygga ett batteri brukar två alternativ ges. Dessa är för att svetsa ihop cellerna med en punktsvetsare eller för att löda ihop cellerna. Utan att gå in för mycket i detalj finns det naturligtvis några fördelar och nackdelar med dessa alternativ. Proffset med punktsvetsning är att det ger en pålitlig vidhäftning med liten skada på batteriet. Nackdelen är dock att det kräver en punktsvetsare som kan vara ganska dyr. Lödning är mycket billigare och kommer att skapa en bättre anslutning men på bekostnad av att skada batteriet på grund av värmeöverföringen till cellen. En annan nackdel som båda dessa metoder lider av är att de är ganska permanenta, vilket kräver avlödning eller skärning av flikar för att möjliggöra ändringar i batteriets konfiguration. Så jag väljer ett tredje alternativ som är ett svetsfritt och potentiellt lödfritt batteripaket.

Jag konstruerade dessa modulära cellhållare som gör det möjligt att bygga upp ett batteri i nätstorlek utan att använda dyra punktsvetsare, utan att skada batterierna och med friheten att enkelt konfigurera batteriet eller byta ut enskilda celler.

Steg 2: Ansvarsfriskrivning

Innan vi börjar måste jag dock informera dig om att litiumbatterier, hur fantastiska de än är, är ganska farliga om de inte hanteras korrekt. Det här är batteriernas snöflingor och kommer att explodera/brista ut i helvetes lågor om det misshandlas, ta ner ditt projekt, din bil, ditt hus eller vad som än kan vara brandfarligt inom räckhåll. Det höga energiinnehållet i dessa batterier kan också orsaka allvarliga skador om de blir korta. Jag tar inget ansvar för skadad egendom, levande varelse eller andlig/mental enhet till följd av att något går fel efter detta instruerbara. Du bör bara göra detta om du har tillräcklig kunskap om litiumbatterier och har vidtagit nödvändiga försiktighetsåtgärder.

Kort sagt gör du detta på egen risk och jag tar inget ansvar för något som kan gå fel med detta. Om du inte vill riskera någonting föreslår jag att du köper ett färdigt paket tillverkat av proffs.

Begränsningar:

Instruktionerna här kommer huvudsakligen att fokusera på att skapa ett oskyddat batteripaket, varför ingen hänsyn kommer att tas till någon form av BMS eller andra säkerhetsmätningar som gör att vi kan använda batteriet på ett säkert sätt. Detta lämnas till den som vill bygga detta för att lösa.

Steg 3: Skaffa 18650 battericeller

Om du redan har 18650 batterier och du bara är intresserad av att skapa ett batteripaket kan du hoppa till steget "Bygg paketet".

En av de vanligaste batterityperna du kommer att stöta på är 18650 battericell (från och med nu kallad cell) som är den batterityp som oftast används i bärbara datorer. (Faktum, 18650 beskriver faktiskt storleken på cellen som har en diameter på 18 mm och en längd på 65,0 mm). Det finns naturligtvis andra celler som 21700 och 26650 men på grund av deras popularitet kommer denna instruerbara att bara fokusera på 18650 -celltypen.

Huvudkällan för att få gratis 18650 är utan tvekan gamla bärbara datorer. Dessa rymmer vanligtvis 6-9 celler beroende på den bärbara datorns typ. Även från dåliga bärbara batterier är chansen att bara några av cellerna blir dåliga medan resten fortfarande kan användas. Andra ställen att skaffa celler är från elcykelbatterier, kraftbanker och även onlinebutiker som eBay och Amazon, även om dessa naturligtvis inte är gratis.

När du har tagit tag i ett bärbart batteri är det dags att bända det. OBSERVERA eftersom du inte vill punktera eller korta något av batterierna. Min rekommendation är att använda ett plastverktyg för den nyfikna delen. Om du fortfarande använder ett metallföremål, som en skruvmejsel, se till att du gör det försiktigt för att inte orsaka några olyckor.

När du väl har dina celler är det dags att testa kapaciteten hos dem. För det rekommenderar jag att du använder en batteriladdare/testare som OPUS BT-C3100 (ansluten länk). Dessa praktiska små enheter laddar/urladdar, testar och underhåller dina litiumceller åt dig, vilket är bra om du planerar att använda litiumceller för projekt.

Steg 4: Batteripaket

Batteripaket är byggda av två huvudskäl: att öka spänningen eller/och för att öka kapaciteten. En cell är ett individuellt batteri i ett paket och när celler är seriekopplade läggs spänningen till. När celler kopplas parallellt läggs cellernas kapacitet till i stället, vilket efterliknar ett batteri med högre kapacitet. Konfigurationen av ett batteri beskrivs vanligtvis som XsYp där X anger antal celler i serie och Y, antal celler parallellt. Genom att multiplicera dessa får vi det totala antalet celler som behövs för vårt paket.

Spänningsområdet för en typisk 18650 ligger mellan 4,2V och ~ 2,5V, så om du vill ha ett 12V -batteri som ansluter tre celler i serie 3s1p skulle det ge 12,6V fulladdad och ner till 7,5V helt tom (även om det inte rekommenderas att urladdningsceller under 3V).

Kapaciteten i celler varierar kraftigt mellan modell och tillverkare. Men från den stora mängden batterier som jag har testat varierar den förväntade kapaciteten för använda bärbara batterier från 2000mAh till 3000mAh. Naturligtvis hittar du batterier med lägre kapacitet än detta och de jag i allmänhet slänger.

Så låt oss säga att du vill skapa en powerbank med en kapacitet på 10000mAh och du har ett gäng 2000mAh -celler … då gissade du det, du måste ansluta fem av dem parallellt med 1s5p -konfiguration för att få den 10000mAh och naturligtvis en DC-DC-regulator för att få den till 5V.

Om du till exempel ville ha 12V och minst 10000mAh då skulle konfigurationen vara 3s5p och det betyder att den nödvändiga mängden celler skulle vara 15 för att skapa det paketet.

Att skapa ditt eget batteripaket är verkligen mycket användbart och det finns massor av läsmaterial ute på interwebben. Så om du är ny på att skapa förpackningar föreslår jag att du undersöker det eftersom denna instruktionsbok inte kommer att ge alla detaljer om batterier och deras begränsningar. Tips om några saker att titta på är strömdragning och strömindelning, BMS, balansladdning, spänningssänkning, batteriets interna motstånd, flikstorlekar, batterikemi och termisk runaway.

Steg 5: Bygg paketet

Det finns ett par saker som kommer att krävas för att vi ska kunna bygga detta batteri.

Det första steget med att bygga batteriet är att bestämma vilken konfiguration du vill/behöver. Detta bestäms av spänning, kapacitet och strömkrav. I denna instruerbara kommer vi att skapa ett 3s2p batteri som ska resultera i ett 12V 4-5000mAh batteri.

Eftersom vi kommer att skriva ut våra cellhållare kommer en 3D -skrivare att vara otroligt användbar. Så det här är den del där du ska piska ut en 3D -skrivare från din bakficka eller be en vänlig vän med en skrivare att hjälpa dig. Dessa cellhållare är ganska små så för att få rätt tolerans för att knäppa ihop dem skulle jag rekommendera att använda ett 0,4 mm munstycke eller mindre. STL- och modellfilerna finns på länken nedan där du också hittar utskriftsinstruktioner.

En borr kan också behövas beroende på vald monteringsmetod (mer om detta i senare bilder)

Som nämnts tidigare är ingen svetsning nödvändig och lödning är valfri. Huvudanvändningen för ett lödkolv skulle vara att fästa ledningar till batteripaketet. Detta kan dock undvikas genom att använda ringterminaler på ledningar istället eller bara låta flikarna fungera som avledningar och ignorera enskilda cellledningar (balanseringsledningar).

Länk till stl-filer: STL-filer

Steg 6: Delar som behövs

Skriv ut så många hållare som behövs för ditt paket och börja köpa de andra delarna som behövs. För detta bygge måste vi skriva ut totalt sex cellhållare. Skriv också ut höljet, locket och eventuellt fästet, eftersom höljet kommer att göra batteriet mycket mer hållbart och pålitligt.

Reservdelar:

• Nickelflik (max bredd 7, 5 mm)
• 2x M5 skruvar (minst 100 mm långa)
• 2x M5 vingnötter
• 12x M3 skruvar och muttrar*
• Anslutningsledningar (rött och svart)
• Balanserar leads*

*Valfri del

Steg 7: Montera förpackningen

När du har alla delar är det dags att montera förpackningen och detta är ganska enkelt eftersom de tryckta cellhållarna kan knäppas i varandra för att skapa önskad förpackningsstorlek.

Cellhållarna är utformade på ett sådant sätt att det finns flera sätt att använda dem för att bygga ett batteri.

1. Det första alternativet är att trä flikar genom cellhållaren för att ansluta flera celler. Hållarna är utformade med en viss fjädring som bör säkerställa korrekt kontakt med battericellen.
2. Det andra alternativet är att använda M3 -skruvar som terminalkontakter och dra åt flikarna på skruvarna med muttrar. För detta kan det vara praktiskt att borra hål i flikarna så att M3 -skruvarna går igenom. Jag har tillhandahållit en jigg som hjälper till med avståndet när du borrar dessa hål. Det kan vara klokt att använda nylonmuttrar eller loctite för att förhindra att muttrarna lossnar om batteriet tål vibrationer.

All lödning av ledningar och ledningar (som balanseringsledningar) och anslutningsflikar (för att skapa seriekopplingar) bör göras i detta skede och se till att rätt flikar är anslutna.

När den första delen (låt oss kalla den den nedre delen) är klar och de korrekta ledtrådarna har lödts/fästs kan den placeras i botten av höljet. Det kommer att passa tätt. Detta är avsiktligt för att skapa ett robust paket och minska onödigt mullrande inuti förpackningen.

Sätt i batterierna, se till att alla parallella par har samma spänningsnivå och att cellerna har liknande kapacitet. För att skapa seriekoppling bör cellparet vända alternerande riktning, vilket betyder att mittparet ska vara motsatt mot de andra två paren.

Sätt in de övre cellhållarna i förpackningen. Det här steget kan kräva lite vridning och fiffling för att få alla celler att justeras ordentligt in i topphållaren.

VIKTIG!

• Se till att du får polariteten och orienteringen av cellerna rätt annars riskerar du att kortsluta cellerna och med det släppa ut deras fulla potential vilket sällan är bra.
• Om du använder borttagna celler från gamla bärbara batterier eller andra elektroniska enheter, se till att ta bort alla klistermärken, limrester eller annat som kan finnas på cellen, var försiktig så att du inte tar bort krympomslaget. Du vill att cellen ska röra sig fritt i cellhållaren för att möjliggöra god kontakt med terminalerna.

Steg 8: Testa förpackningen

Skruva försiktigt på locket och voila! du har förhoppningsvis ett batteri som fungerar. Naturligtvis är det dags att ta ut din multimeter och testa förpackningen för att se att den levererar den förväntade spänningen.

Som kan ses på bilderna har jag skapat några batteripaket med dessa hållare och jag måste säga att de är riktigt bra. Det är nu möjligt att bygga paket där du enkelt kan byta ut dåliga celler, ändra konfiguration och ladda celler individuellt.

Det finns dock några saker som är värda att nämna om detta sätt att bygga förpackningar. Eftersom anslutningen inte är bunden till cellerna måste extra noggrannhet vidtas för att säkerställa att varje cell får ordentlig kontakt. Om cellerna inte skapar korrekta gnistor kan det genereras eftersom batterierna laddas ur ojämnt. En annan sak att tänka på är att denna lösning kommer att resultera i ett mindre kompakt batteripaket jämfört med till exempel svetsning. Den tredje nackdelen är att även om den modulära konstruktionen gör den flexibel är du fortfarande begränsad till rutmönsterkonfigurationer och att anpassa formen på batteripaketet blir därmed svårare.

Men om ingen av de ovan nämnda nackdelarna stör dig, så grattis till att du klarat av instruktionerna och kanske du kan lösa alla dina framtida kraftutmaningar.

Kom ihåg att det är ganska riskabelt att använda litiumbatterier utan något skydd så en rekommendation är att använda ett lämpligt BMS (batteriövervakningssystem) för att skydda förpackningen från överladdning/urladdning och även om en balanseringsfunktion ingår kan den också användas för att ladda förpackningen. Se länkar nedan för mitt föreslagna BMS att använda för små förpackningar.

12V BMS (3 -pack)

16V BMS (4 -pack)