Batteria 18650 professionale fai da te

Il mondo si sta allontanando dai combustibili fossili e un giorno diventerà completamente elettrico. Nel mondo attuale, lo ione litio è la chimica più promettente di tutte le batterie. La maggior parte dei pacchi batteria utilizzati in laptop, giocattoli RC, droni, dispositivi medici, elettroutensili, e-bike e auto elettriche (EV) si basano sul 18650. Viene prodotto uno dei formati più maturi agli ioni di litio disponibili ad alto volume e gode di un basso costo per Wh.

Puoi trovare tutti i miei progetti su: //www.opengreenenergy.com/

La batteria 18650 (diametro 18 mm e lunghezza 65 mm) è una classificazione delle dimensioni delle batterie agli ioni di litio, ha la stessa forma, ma un po 'più grande di una batteria AA. Le batterie AA a confronto sono talvolta chiamate 14500 batterie, perché hanno un diametro di 14 mm e un'altezza di 50 mm.

In precedenza ho creato un generatore di energia solare che funziona davvero bene fino ad ora, ma il problema principale è il suo peso, è davvero pesante.Il peso principale del generatore solare è dovuto alla pesante batteria al piombo acido al suo interno. per creare un pacco batteria agli ioni di litio 18650 leggero e compatto.

In questo Instructable, ti mostrerò come realizzare un pacco batteria 18650 per applicazioni come: Power Bank, Generatore solare, e-Bike, Power wall ecc. Il fondamentale è molto semplice: basta combinare il numero di 18650 celle in serie e parallelamente per creare un pacchetto più grande e infine per garantire la sicurezza aggiungendo un BMS ad esso.

Alla fine di questo progetto, ho realizzato un involucro stampato in 3D personalizzato per il pacco batteria.

Dichiarazione di non responsabilità: non posso essere ritenuta responsabile per qualsiasi perdita di proprietà, danni o perdita della vita se si tratta di ciò. Questo tutorial è stato scritto per coloro che hanno conoscenze sulla tecnologia agli ioni di litio ricaricabile. Non tentare di farlo se sei alle prime armi. Rimanga sicuro.

Passaggio 1: parti e strumenti richiesti

Parti richieste:

1. Batteria 18650 (GearBest / Amazon)

2. BMS (Banggood / Amazon)

3. Ni Strips (Banggood / Amazon)

4. Indicatore livello batteria (Banggood)

5. Interruttore a bilanciere (Aliexpress / Banggood)

6. DC Jack (Banggood / Aliexpress)

7. Portabatteria 18650 (Banggood)

8. Viti 3M x 10mm (Banggood / Aliexpress)

Strumenti utilizzati

1. Spot Welder (Banggood / Amazon)

2. Stampante 3D (Creality CR10S)

2. Wire Stripper / Cutter (Amazon)

3. Soffiante per aria calda (GearBest)

3. Multimetro (Amazon)

5. Caricabatterie agli ioni di litio (GearBest)

Equipaggiamento di sicurezza :

1. Safety Googles (Amazon)

2. Guanti elettrici (Amazon)

Passaggio 2: selezione delle celle 18650 corrette per il pacco batteria

Troverai molti tipi di 18650 celle sul mercato nella fascia di prezzo da $ 1 a $ 10, ma quali sono le migliori? Consiglio vivamente di acquistare 18650 celle da aziende di marca come Panasonic, Samsung, Sanyo e LG. Queste celle hanno caratteristiche prestazionali ben documentate e un eccellente controllo di qualità. Le famose celle 18650 di marca sono generalmente costose, ma se si considera per un uso prolungato, vale la pena averle.

Non acquistare celle con la parola FUOCO nel nome di Ultrafire, Surefire e Trustfire. In realtà, queste celle sono solo scarti di fabbrica, acquistate da aziende come Ultrafire e riconfezionate nella loro copertina con marchio. Molte batterie usate vengono ricartate come nuove e con etichetta bianca. Vendono la batteria contrassegnando la capacità fino a 5000 mAh, ma in realtà la loro capacità è compresa tra 1000 e 2000 mAh. Un altro grave problema con queste 18650 celle economiche è l'alto rischio di esplosione se surriscaldato durante la carica o la scarica.

In questo progetto, ho utilizzato celle 18650B Panasonic verdi della capacità di 3400 mAh di GearBest.

Passaggio 3: scegliere le strisce batteria giuste

Per creare il pacco batteria, è necessario collegare le 18650 celle insieme per mezzo di strisce di nichel o filo spesso. Generalmente le strisce di nichel sono ampiamente utilizzate per questo. In generale sono disponibili sul mercato due tipi di strisce di nichel: strisce di acciaio nichelato e strisce di nichel puro. Suggerirò di acquistare il nichel puro. È un po 'più costoso dell'acciaio nichelato, ma ha una resistenza molto più bassa. Bassa resistenza significa, minore generazione di calore durante la carica e la scarica, che porta a una maggiore durata utile della batteria.

Le strisce di nichel hanno dimensioni e lunghezza diverse. Scegli le strisce in base alla classificazione attuale.

Passaggio 4: saldatura a punti contro saldatura

Sono disponibili due opzioni per collegare le 18650 celle: 1. Saldatura 2. Saldatura a punti

La scelta migliore è sempre la saldatura a punti, ma Spot Welder è molto più costosa di un saldatore di buona qualità.

Saldatura:

Dovresti sapere perché la saldatura a punti è preferita alla saldatura, il problema con la saldatura è che si applica molto calore alla cella e non si dissipa molto rapidamente. Ciò migliora la reazione chimica nella cellula che danneggia le prestazioni della cellula. Alla fine perderai un po 'di capacità e vivrai le cellule.

Ma se non sei interessato ad acquistare un costoso saldatore a punti, puoi saldare le schede di nichel sulla cella seguendo alcune precauzioni e trucchi:

1. Per ridurre al minimo il tempo di contatto del saldatore sulla cella, assicurarsi che la superficie sia sufficientemente rigida e utilizzare un sacco di flusso per consentire un flusso rapido della saldatura.

2. È meglio avere un ferro ad alta potenza (min 80 W) di buona qualità con una buona capacità termica in modo che possa fornire rapidamente calore al giunto in modo da non dover tenere il ferro alla batteria per anni e lasciare che il calore penetrare in essa, causando danni alla batteria.

Saldatura a punti:

Il motivo per cui eseguiamo la saldatura a punti, perché unisce saldamente le celle senza aggiungere molto calore alle stesse. Sul mercato sono attualmente disponibili due tipi di saldatrici a punti: qualità per hobby e qualità professionale. Un saldatore a punti per hobby decente costa da $ 200 a $ 300, dove come un buon grado professionale può costare circa dieci volte di più, quindi suggerirò di acquistare un saldatore a punti per hobby in qualsiasi negozio online come: Banggood, Aliexpress o eBay. utilizzando il saldatore a punti SUNKKO 709A 1.9kw di Banggood.

Passaggio 5: controllare la tensione della cella

Prima di collegare le celle in parallelo, controllare innanzitutto le singole tensioni delle celle. Per parallelizzare le celle, la tensione di ciascuna cella deve essere vicina l'una all'altra, altrimenti una quantità elevata di corrente fluirà dalla cella con una tensione più elevata alla cella con una inferiore tensione.Questo può danneggiare le celle e persino provocare incendi in rare occasioni.

Se si utilizzano celle nuove di zecca, la tensione delle celle è compresa tra 3, 5 V e 3, 7 V, è possibile unirle senza preoccuparsi troppo. Ma se hai intenzione di utilizzare la vecchia batteria del laptop, assicurati che la tensione delle celle sia quasi uguale, in altri casi carica le celle allo stesso livello di tensione utilizzando un buon caricabatterie Li Ion. Ho usato il mio caricabatterie Nitecore SC4 per caricare tutti i 18650 cellule prima di unirle insieme.

Passaggio 6: capacità e tensione del pacco batteria

Per creare il pacco batteria, devi prima finalizzare la tensione nominale e la capacità del pacco. O sarà in termini di Volt, mAh / Ah o Wh. È necessario collegare le celle in parallelo per raggiungere la capacità desiderata (mAh) e collegare tale gruppo parallelo in serie per ottenere la tensione nominale (Volt).

Per questo progetto, il requisito è: pacco batterie da 11, 1 V e 17 Ah

Specifica di 18650 celle utilizzate: 3, 7 V e 3400 mAh

Capacità (mAh):

Capacità desiderata del pacco batteria = 17 AH o 17000 mAh.

Capacità di ogni cella = 3400 mAh

Numero di celle richiesto per connessione parallela = 17000/3400 = 5 nn

Comunemente le celle in parallelo sono abbreviate in termini di "P", quindi questo pacchetto sarà noto come "pacchetto 5P". Quando 5 celle sono collegate in parallelo, in modo altissimo hai creato una singola cella con capacità superiore (ovvero 4, 2 V, 17000 mAh )

Voltaggio (Volt):

La tensione nominale desiderata del pacco batteria è di 11, 1 V.

Tensione nominale di ogni cella = 3, 7 V

Numero di celle richiesto per la connessione in serie = 11, 1 / 3, 7 = 3 nn

Comunemente le celle in serie sono abbreviate in termini di "S", quindi questo pacchetto sarà noto come "pacchetto 3S".

Quindi dobbiamo collegare i 3 gruppi paralleli (5 celle in ciascun gruppo) in serie per creare il pacco batteria.

La configurazione del pacchetto finale è designata come "pacchetto 3S5P" con una specifica finale di 11, 1 V, 17 Ah.

Passaggio 7: assemblare le celle 18650

Dal passaggio precedente, è chiaro che il nostro pacco batteria è composto da 3 gruppi paralleli collegati in serie (3 x 3, 7 V = 11, 1 V) e ogni gruppo parallelo ha 5 celle (3400 mAh x 5 = 17000 mAh). devono disporre correttamente le 15 celle per effettuare il collegamento elettrico tra loro e con la scheda BMS.

Posiziona il primo gruppo parallelo di celle (5 nos) con il lato positivo verso l'alto, quindi posiziona il secondo gruppo parallelo con il lato negativo verso l'alto e infine l'ultimo gruppo parallelo con il lato positivo verso l'alto.Per meglio in piedi puoi vedere l'immagine sopra.

Puoi assemblare le celle per creare il pacco usando la colla a caldo o usando il portabatteria in plastica 18650. Ho usato i portabatterie / i distanziali 18650 in plastica per assemblare le 15 celle.

1. Puoi creare il pacchetto personalizzato di qualsiasi dimensione in base alle tue esigenze. È come risolvere un puzzle.

2. Fornisce spazio tra le celle, che consente il passaggio di aria fresca e la batteria si raffredda facilmente.

3. Rende il tuo pacco batteria solido e affidabile.

4. Fornisce antivibrazioni di sicurezza al pacco batteria

Step 8: Saldatura a punti delle strisce di nichel

Ora è il momento di conoscere la procedura per l'utilizzo dello Spot Welder (sto parlando dello Spot saldatore che ho usato in questo progetto). Lo Spot saldatore ha tre opzioni di saldatura: testa di saldatura fissa, testa di saldatura fissa con interruttore a pedale, mobile penna per saldatura a punti con interruttore a pedale. Preferisco usare la seconda opzione. Prima di saldare devi preparare le strisce di nichel e il saldatore.

Taglia le strisce di nichel:

Appoggia la tua striscia di nichel sulla parte superiore delle 5 celle (parallela), assicurandoti che copra tutti i terminali delle celle, lasci 10 mm di strisce in eccesso per collegarlo al BMS e poi taglialo. Per il collegamento in serie taglia piccole strisce di nichel come mostrato in figura. Sono necessarie quattro strisce lunghe per la connessione parallela e 10 strisce piccole per le connessioni in serie.

Collegare il primo terminale negativo del gruppo parallelo al terminale positivo del secondo gruppo e quindi il terminale negativo del secondo gruppo al terminale positivo del terzo gruppo.

Saldare le strisce della batteria:

Questo saldatore a punti può essere utilizzato per saldare il nichel puro e le strisce di acciaio nichelato. È necessario regolare l'impulso del saldatore e la manopola di corrente in base allo spessore delle strisce di nichel.

Per le strisce di nichel da 0, 15 mm, premere la manopola impulsi 4P e la manopola corrente su 4-5. Analogamente per la striscia di nichel 0, 2 mm, premere la manopola impulsi 4P, 6P e la manopola corrente su 7-8. Accertarsi che la penna per saldatura sia compressa con il striscia di nichel e terminale della batteria, quindi premere l'interruttore a pedale. Noterai una piccola scintilla e due punti sulla striscia.

Saldatura riuscita:

È possibile verificare la qualità della saldatura tirando la striscia di nichel. Se non si stacca con la pressione manuale o richiede molta forza, è una buona saldatura. Se riesci a staccarlo facilmente, devi aumentare la corrente.

Sicurezza: prima di iniziare la saldatura a punti, indossare sempre occhiali di sicurezza.

Passaggio 9: aggiunta del BMS

Un sistema di gestione della batteria (BMS) è qualsiasi sistema elettronico che gestisce un pacco batteria al litio e le funzionalità principali sono

1. Monitora tutti i gruppi paralleli nel pacco batteria e scollegalo dalla fonte di alimentazione in ingresso quando è completamente carico (vicino a 4, 2 V)

2. Equilibrare equamente tutta la tensione delle celle

3. Non consente di scaricare eccessivamente il pacchetto.

I due parametri importanti richiesti per acquistare un BMS sono: i) Numero di celle in serie - come 2S / 3S / 4S

ii). Corrente di scarica massima - come 10A / 20A / 25A / 30A

Per questo progetto, ho usato una scheda BMS 3S e 25A. Queste sono le specifiche di quel BMS:

Intervallo di sovratensione: 4, 25 ~ 4, 35 V ± 0, 05 V.

Intervallo di tensione di scarica eccessiva: 2, 3 ~ 3, 0 V ± 0, 05 V.

Massima corrente operativa: 0 ~ 25A

Temperatura di lavoro: -40 ℃ ~ + 50 ℃

Come connettere ?

Collegare il BMS come mostrato nello schema elettrico. Il BMS ha quattro cuscinetti di saldatura: B-, B1, B2 e B +. È necessario collegare il primo bus terminale negativo del gruppo parallelo al bus B e il terminale positivo al B1. Allo stesso modo il terzo bus terminale negativo del gruppo parallelo al B2 e il bus terminale positivo al B +.

Puoi saldare a punti le strisce di nichel sul BMS o saldarlo sul pad PCB. Ho preferito saldare le strisce di nichel sul PCB per una connessione robusta.Prima di applicare il flusso di saldatura ai pad PCB e l'estremità delle strisce di nichel. tutti i cuscinetti applicando una piccola quantità di saldatura e quindi saldandoli insieme.

Credito: lo schema elettrico è tratto dalla pagina del prodotto Banggood.

Passaggio 10: custodia stampata in 3D

Il pacco batteria ha tutto intorno a strisce di nichel esposte, per evitare qualsiasi cortocircuito accidentale, ho progettato un contenitore per esso. Ho usato Autodesk Fusion 360 per progettare il contenitore per il mio pacco batteria. Il contenitore ha due parti: corpo principale e coperchio superiore. È possibile scaricare i file .STL da Thingiverse.

Ho usato la mia stampante 3D Creality CR-10S e il filamento PLA verde da 1, 75 mm per stampare le parti. Mi ci sono volute circa 6, 5 ​​ore per stampare il corpo principale e circa 1, 2 ore per stampare il coperchio superiore.

Le mie impostazioni sono:

Velocità di stampa: 70 mm / s strato

Altezza: 0, 3

Densità di riempimento: 100%

Temperatura estrusore: 205 ° C

Temp. Letto: 65 ° C

Passaggio 11: cablaggio dei componenti

Normalmente una batteria standard ha solo due terminali per il collegamento del carico e per caricare la batteria. Inoltre, ho aggiunto un indicatore di livello della batteria, per vedere il livello della batteria quando mai richiesto. Ho usato un jack DC da 5 mm (12V / 3A ) per input / output, modulo indicatore livello batteria 3S per vedere lo stato della batteria e un interruttore a bilanciere su ON / OFF indicatore livello batteria.

Passiamo ora al cablaggio dei componenti. Ho preparato questo semplice schema elettrico per tutti i componenti. È abbastanza semplice! Per isolare le parti conduttive, ho usato un tubo termorestringente.

Nota: non saldare i fili (P + e P-) al BMS prima di installare i componenti nel contenitore.

Passaggio 12: assemblaggio finale

Installare innanzitutto i componenti nei rispettivi slot nella custodia stampata in 3D. È possibile vedere l'immagine sopra.

Saldare il positivo (filo rosso) dalla presa CC e l'interruttore a bilanciere alla P + del BMS, i fili negativi dalla presa CC e l'indicatore del livello della batteria alla P- di BMS.

Quindi applicare la colla a caldo alla base del vano batteria, quindi fissare il pacco batteria in modo che si inserisca saldamente e prevenga la perdita di collegamenti dei cavi.

Infine, avvitare i coperchi superiori in posizione! Ho usato viti 3M x 10 per fissare il coperchio. Ora il pacco batteria è pronto per l'uso.

Carica del pacco batteria:

È possibile caricare il pacco batteria con un adattatore CC da 12, 6 V come questo. È possibile scaricarlo facilmente da aliexpress o eBay.

Spero che ti sia piaciuto leggere del mio progetto tanto quanto mi è piaciuto costruirlo. Se stai pensando di realizzarlo, ti incoraggio a farlo, imparerai molto. Se hai suggerimenti per miglioramenti, commentali di seguito.

Grazie !