DIY 4S litiumbatteri med BMS: 6 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:46

Jag har tittat och läst mer än en handledning eller instruktioner om litiumjonbatterier och batteripaket, men jag har inte riktigt sett en som ger dig många detaljer. Som nybörjare hade jag problem med att hitta bra svar, så mycket av detta var försök och fel (och gnistor).

När jag bestämde mig för att bygga ett batteri av 18650 litiumjonceller för ett projekt, tog jag isär mitt gamla bärbara batteri, fick ur batterierna, lödde ihop dem med metallremsor till ett batteri. Jag lärde mig dock vid mitt första försök att det inte var så lätt. Litiumjonbatterier är inte som nickelmetallhydrid, blysyra eller nickelkadmiumbatterier. De är känsliga för överladdning, överladdning och kortslutning och behöver särskild omsorg för att förhindra att de överhettas, smälter eller exploderar.

Varför använda dem? De är riktigt bra för projekt eftersom de har en högre spänning än andra kemikalier och håller mycket energi, vilket innebär att du kan använda färre av dem än om du använde nickelmetallhydrid eller nickelkadmiumceller (endast 1,2 volt). Av detta skäl är elverktygsbatterier och elbatterier tillverkade av litiumjonceller. De finns i alla former och storlekar och kapaciteter. Högkvalitativa celler tål höga urladdningshastigheter på över 20 ampere och fungerar bra i flera cellkonfigurationer. Du kan också få dem billigt eller gratis om du ser dig omkring eftersom i stort sett varje bärbar dator har ett litiumjonbatteri i som folk ibland slänger för att det är "dött", men kan ha mycket liv kvar i det.

Jag bygger ett 4S2P -paket som har 4 celler i serie och 2 parallellt för 8 celler. Detta ger dig en full laddningsspänning på 16,8 volt, en nominell 14,8 volt och en urladdning på 12 volt och dubblar kapaciteten för seriecellerna. Den har också ett batterihanteringssystem, som är nödvändigt för att skydda cellerna och få det att fungera rätt. Jag kunde slutföra detta projekt för cirka $ 20 USD. Dessutom klarade jag mig!

Så, låt oss komma igång! Länkar till det material jag använde kommer att inkluderas.

Steg 1: Material, verktyg och säkerhet

Litiumjonceller är ganska ofarliga, men du måste vidta vissa försiktighetsåtgärder. Undvik att kortsluta dem och var försiktig med lödkolven och verktygen.

För verktygen behöver du ett lödkolv som är minst 30 watt, en digital multimeter, kniv- eller trådavdragare, sidoskärare eller spolskärare.

Därefter lite lödning av god kvalitet så här: https://www.ebay.com/itm/Kester-44-Rosin-Core-Sold… Detta är något av det bästa du kan få för elektronik.

De andra nödvändiga föremålen är naturligtvis några 18650 litiumjonbatterier, antingen ett gammalt bärbart paket eller några liknande:

Rena nickelremsor som dessa:

Ett batterihanteringssystem/-kort:

4S balanspluggkontakter:

Deans T-kontaktdon (eller XT60-kontakter):

Balansladdare för att ladda batteriet:

Andra diverse föremål var 18 gauge (1,02 mm diameter), 26 gauge (.40 mm diameter) till 24 gauge (.51 mm) tråd, maskeringstejp och eller eltejp eller värmekrympfilm.

Steg 2: Batterierna

Först behöver du några 18650-storlek litiumjonbatterier. Eftersom jag gör det billigt letade jag efter gamla bärbara batterier och hittade ett 9-cellars Dell-paket på sparsamhetsplatsen för mindre än $ 3. Detta paket består av några röda Sanyo -märkesceller av god kvalitet. Jag kollade databladet och de är ganska standard 2200 mAh kapacitet och klassade för 4 ampere urladdningsström. Inte dåligt. Ja, de var ganska döda (under 2 volt varje cell), men jag kunde återuppliva dem. Jag gör en annan instruerbar som berättar hur du gör detta. Du kan köpa helt nya celler på eBay eller Amazon, men de kan vara dyra för de bra märkena. Håll dig borta från dem som annonserar 5000 eller 9800 mAh kapacitet. De är förmodligen namnmärkesceller som misslyckades med kvalitetskontrolltester i fabriken och kan ha 1000 eller till och med 900 mAh kapacitet. De säljs igen och säljs till rabatt. Om du använde ett gammalt laptopbatteri måste du ta bort de gamla kontakterna från terminalerna. Använd sidoskärarna för att göra detta.

Steg 3: Ansluta cellerna

Därefter behöver du ett sätt att hålla ihop cellerna. Du kan använda stållödflikar eller nickelremsor. Jag använder rena nickelremsor, inte förnicklat stål eftersom stål vid högre strömdragningar har högre motstånd än nickel, vilket kan orsaka värmeuppbyggnad. Jag lödder dem till cellerna. Detta är inte det rekommenderade sättet, för om du håller lödkolven på cellen för länge kommer det att skada cellen och förlora kapaciteten. Det bästa sättet är att använda en specialtillverkad punktsvetsare så här:

Men om du inte gör massor av batteripaket och kan motivera att spendera $ 200 eller mer för en, är lödning bra. Var försiktig.

För lödkolven rekommenderar jag minst ett 30 watt järn och bra löd. Bra lödning är avgörande. Använd inte blyfritt lod för detta eftersom det har en högre smälttemperatur. Ett svagare lödkolv blir inte tillräckligt varmt för att binda cellerna ordentligt till nickelremsorna.

För att bygga batteriet tar vi 4 celler i serie och lägger till en parallellcell, så vi har dubbelt spänning och kapacitet per cell. Se diagrammet ovan för hur du går tillväga för att ansluta cellerna. Den enda begränsande faktorn är att alla celler måste vara identiska. Även med BMS skulle ojämlika kapaciteter få en cell att laddas och urladdas ojämnt och detta kan orsaka att cellen och de andra misslyckas snabbare. Det är därför det är bra att använda bärbara batterier, eftersom de alltid har använts tillsammans.

För att löda cellerna, grov upp de positiva och negativa terminalerna i cellerna och applicera en liten mängd löd. Ordna sedan cellerna i rätt ordning för serie/parallellanslutningen enligt diagrammen. Jag tejpade cellerna med maskeringstejp för detta, men du kan också använda batteridistanser.

Skär nickelremsorna till rätt längd för att ansluta cellerna. Jag använde några sidoskär för detta, men plåtskärare eller plåtskärare fungerar också. Applicera lödning på varje ände av remsan och löd remsan på batteripolerna. Håll inte lödkolven för länge, bara tillräckligt för att smälta lödet. Jag tejpade ihop cellerna innan jag lödde de sista anslutningarna för att hålla dem i linje.

Steg 4: BMS -kort och balansanslutningar

För att få ut så mycket som möjligt av batteriet och förhindra att det går sönder i förtid måste vi lägga till ett sätt att se till att de är skyddade och laddade ordentligt. Litiumjon- eller polymerceller måste skyddas från under- eller överladdning, vilket kan vara riktigt dåligt. Detta görs av ett batterihanteringssystem/kort eller BMS. Det är en enhet som kombinerar batteriskydd för flera cellbatterier som vi bygger. Det kallas för ett batterihanteringssystem eller BMS för kort. Det är en enhet som skyddar cellerna från över- och underurladdning, strömspikar och kortslutningar. Det finns många olika typer och konfigurationer av BMS -kort för olika cellarrangemang och applikationer. Jag använder ett 4S BMS -kort med en ström på 10 ampere, vilket är bra för min applikation (100 watt LED -ficklampa).

Det är enkelt att ansluta det. När vårt batteri är lödt ihop måste vi mäta spänningarna över seriecellerna med en multimeter. Du bör ha 14,8 volt för batteripositiv, 3,7 V volt, 7,4 V volt och 11,1 volt. Det finns 5 anslutningar för en 4S balansplugg: en för batteripositiv eller cell #4, en för negativ, cell #1, cell #2 och cell #3. Mät dessa genom att sätta den negativa sonden på förpackningens negativa sida och mäta över anslutningarna. När de alla matchar kan du löda balanskablarna från varje anslutning till de korrekta kuddarna på BMS.

Jag använde 26 gauge wire (.40 mm diameter) för balansanslutningarna och 18 gauge (1.02 mm diameter) för batteriet +/- och lastutgångar eftersom de kommer att hantera nästan 10 ampere ström. Du kan använda mindre tråd för balansanslutningarna eftersom de knappast hanterar någon ström, bara respektive spänning från anslutningarna. Jag skulle dock inte gå under 26 gauge för detta. När du har anslutit paketet kan du ansluta balanspluggledningarna till rätt batteriutgångar.

Steg 5: Balansladdning

Nu när vi har allt anslutet kan vi ansluta vårt paket till laddaren och se till att det laddas. Så här vet du om dina anslutningar är felaktiga, eftersom din laddare inte laddar och varnar dig för felaktiga spänningsanslutningar.

För att börja behöver vi en balansladdare för litiumbatterier. Ingen annan laddare fungerar för detta eftersom det måste ha ett balansläge! Jag använder en kinesisk klon av SkyRC iMax B6. Nej, det är inte riktigt, men jag tyckte att kopian fungerade bra. Anslut batteriets positiva och negativa ledare till laddaren. Min laddare har banankontakter med en Deans T-kontakt som ansluts till olika kontakter. Du kan använda krokodilklämmor eller kabel i en laddarkontakt som en Deans eller XT60. Jag använder en Deans -kontakt och kopplade den till utgångarna på balanskortet. Se till att det är här du ansluter laddaren eftersom BMS behöver en 12,6 volt signal för att aktivera sig själv. Om du har för avsikt att detta ska vara ett löstagbart batteri, koppla sedan utgången till vilken kontakt som din enhet använder. Jag kopplar min med spadekontakter och en Deans -kontakt eftersom den mestadels kommer att vara permanent monterad på mitt projekt.

Din laddare kan vara annorlunda, men så här fungerar den för i stort sett varje klon av SkyRC iMax B6 -laddaren. Anslut balansledningen till 4S -uttaget på laddaren. Det går bara på ett sätt och är markerat för batteriets positiva och negativa sidor. Anslut laddarkabeln och ställ laddningsläget till "Balans". Se till att laddaren också är inställd på "4S" -läge. Eftersom det här är ett 4400 mAh -paket, gillar jag att ställa in laddningsströmmen till 1/2 eller mindre av maxströmvärdet, så 2 till 2,2 ampere. Jag använder 1,5 eftersom det här är ett test. Dessa batterier är i stort sett fulladdade, så spänningarna är höga. När den körs bör du se de fyra seriens celler laddas lika, inom 0,1 till 0,2 volt från varandra. När laddningen är klar ska alla celler ha samma spänning, vilket är 4,2 volt. Paketet bör läsa en full laddningsspänning på 16,8 volt. När den är vid den nominella spänningen är den 14,8 volt (3,7 volt per cell). Om du laddar den för första gången, börja med en låg ströminställning för den första laddningen och öka sedan den när du laddar den igen.

Steg 6: Slutsats

Det är allt! Du har gjort ett funktionellt och pålitligt litiumjonbatteri som liknar ett 4S 5000 mAh LiPo -paket för en bråkdel av kostnaden! Ja, du behöver en laddare, men om du har ett gammalt laptopbatteri liggande, lite kabel, laddningsplugg och lödflikar, är allt du behöver för att komma igång vilket kostar cirka $ 10 USD eller mindre om du köper det från Kina. Detta kostade mig cirka $ 24 USD. Det skulle vara ännu billigare om jag fick allt från Kina, men jag ville inte vänta en månad på att delarna skulle komma hit! Jag hade redan laddare, lödkolv, multimeter, löd, verktyg och ledningar, så allt jag behövde köpa var:

Laptopbatteri

BMS -bräda

Balanspluggar

Nickelremsor

Det var billigare än att köpa ett LiPo -paket och var mer praktiskt eftersom jag behövde något för att passa in i mitt projekt. Dessutom är det kul och jag lärde mig mycket att göra det!

Jag hoppas att du gillar den här guiden och mest av allt, jag hoppas att du vet mer än du gjorde innan du läste den. Det är mitt första försök, så kommentera gärna och låt mig veta hur jag gjorde, eller kan bli bättre för framtiden! Tack för att du läser!