DIY 4S litija akumulators ar BMS: 6 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:57

Esmu skatījies un lasījis vairāk nekā vienu pamācību vai pamācību par litija jonu akumulatoriem un akumulatoriem, bet neesmu īsti redzējis tādu, kas sniegtu daudz informācijas. Kā iesācējam man bija grūtības atrast labas atbildes, tāpēc liela daļa bija izmēģinājumi un kļūdas (un dzirksteles).

Kad es nolēmu projektam izveidot akumulatoru no 18650 litija jonu elementiem, es izjaucu savu veco klēpjdatora akumulatoru, izņēmu baterijas, pielodēju tās kopā ar metāla sloksnēm akumulatorā. Tomēr pirmajā mēģinājumā es uzzināju, ka tas nebija tik vienkārši. Litija jonu baterijas nav līdzīgas niķeļa metāla hidrīda, svina skābes vai niķeļa kadmija baterijām. Tie ir jutīgi pret pārmērīgu izlādi, pārmērīgu uzlādi un īssavienojumiem, un tiem nepieciešama īpaša piesardzība, lai tie netiktu pārkarsēti, kušanas vai eksplozijas.

Kāpēc tās izmantot? Tie ir patiešām lieliski piemēroti projektiem, jo tiem ir augstāks spriegums nekā citām ķīmiskām vielām, un tiem ir daudz enerģijas, kas nozīmē, ka jūs varat tos izmantot mazāk nekā tad, ja izmantotu niķeļa metāla hidrīdu vai niķeļa kadmija šūnas (tikai 1,2 volti). Šī iemesla dēļ elektroinstrumentu baterijas un elektromobiļu baterijas ir izgatavotas no litija jonu elementiem. Tie ir visu formu un izmēru un ietilpību. Augstas kvalitātes šūnas var izturēt augstus izlādes ātrumus virs 20 ampēriem un labi darbojas vairākās šūnu konfigurācijās. Jūs varat tos iegādāties arī par lētu vai bezmaksas, ja paskatāties apkārt, jo gandrīz katrā klēpjdatorā ir litija jonu akumulators, ko cilvēki dažreiz izmet, jo tas ir “miris”, bet tajā var būt palicis daudz dzīvības.

Es būvēju 4S2P iepakojumu, kurā ir 4 šūnas sērijveidā un 2 paralēli 8 šūnām. Tas nodrošinās pilnu 16,8 voltu uzlādes spriegumu, nominālo 14,8 voltu spriegumu un 12 voltu izlādes nominālu un divkāršu sērijveida elementu jaudu. Tam ir arī akumulatora pārvaldības sistēma, kas nepieciešama šūnu aizsardzībai un pareizai darbībai. Es varēju pabeigt šo projektu par aptuveni USD 20 USD. Turklāt man izdevās!

Tātad, sāksim! Tiks iekļautas saites uz izmantotajiem materiāliem.

1. darbība: materiāli, instrumenti un drošība

Litija jonu šūnas ir diezgan nekaitīgas, taču jums ir jāveic daži piesardzības pasākumi. Izvairieties no to īssavienojuma un esiet uzmanīgi ar lodāmuru un instrumentiem.

Instrumentiem jums ir nepieciešams vismaz 30 vatu lodāmurs, digitālais multimetrs, nazis vai stieples noņēmēji, sānu griezēji vai skalošanas griezēji.

Tālāk daži labas kvalitātes lodmetāli:

Citi nepieciešamie priekšmeti, protams, ir dažas 18650 litija jonu baterijas, vai nu vecs klēpjdatora komplekts, vai daži šādi:

Šādas tīras niķeļa sloksnes:

Akumulatora vadības sistēma/tāfele:

4S līdzsvara spraudņa savienotāji:

Deans T tipa savienotāji (vai XT60 savienotāji):

Līdzsvarojiet lādētāju, lai uzlādētu akumulatoru:

Citi dažādi priekšmeti bija 18 gabarīts (1,02 mm diametrs), 26 gabarīts (0,40 mm diametrs) līdz 24 gabarītu (.51 mm) stieple, maskēšanas lente un vai elektriskā lente vai termiski saraušanās plēve.

2. solis: Baterijas

Pirmkārt, jums būs vajadzīgas dažas 18650 izmēra litija jonu baterijas. Tā kā es to daru lēti, es meklēju vecas klēpjdatora baterijas un atradu deviņu šūnu Dell iepakojumu taupības noliktavā par mazāk nekā 3 ASV dolāriem. Šo iepakojumu veidoja dažas labas kvalitātes sarkanās Sanyo zīmola šūnas. Es pārbaudīju datu lapu, un tie ir diezgan standarta 2200 mAh ietilpība un paredzēti 4 ampēru izlādes strāvai. Nav slikti. Jā, tie bija gandrīz miruši (zem 2 voltiem katrā šūnā), bet es varēju tos atdzīvināt. Es izveidoju citu pamācību, kas jums pateiks, kā to izdarīt. Jūs varat iegādāties pavisam jaunas šūnas vietnē eBay vai Amazon, taču labiem zīmoliem tās var būt dārgas. Palieciet prom no tiem, kas reklamē 5000 vai 9800 mAh ietilpību. Tās, iespējams, ir nosaukuma zīmola šūnas, kuras rūpnīcā neizturēja kvalitātes kontroles testus un kurām var būt 1000 vai pat 900 mAh ietilpība. Tie tiek atkārtoti pārdoti ar zīmolu un tiek pārdoti ar atlaidi. Ja izmantojāt veco klēpjdatora akumulatoru, jums ir jāizņem vecie savienotāji no spailēm. Lai to izdarītu, izmantojiet sānu griezējus.

3. solis: šūnu savienošana

Tālāk jums ir nepieciešams veids, kā salīmēt šūnas kopā. Jūs varat izmantot tērauda lodēšanas cilnes vai niķeļa sloksnes. Es izmantoju tīras niķeļa sloksnes, nevis tēraudu, kas pārklāts ar niķeli, jo pie lielas strāvas vilkšanas tēraudam ir lielāka pretestība nekā niķelim, kas var izraisīt siltuma uzkrāšanos. Es tos lodēju pie šūnām. Tas nav ieteicamais veids, jo, ja pārāk ilgi turēsiet lodāmuru pie šūnas, tas sabojās šūnu un zaudēs spēju. Labākais veids ir izmantot šim nolūkam paredzētu metinātāju:

Tomēr, ja vien neveicat daudz akumulatoru un nevarat attaisnot 200 USD vai vairāk iztērēšanu par vienu, lodēšana ir piemērota. Vienkārši esiet uzmanīgi.

Lodāmurim es iesaku vismaz 30 vatu dzelzi un labu lodēt. Labs lodēt ir kritisks. Šim nolūkam neizmantojiet lodēšanu bez svina, jo tam ir augstāka kušanas temperatūra. Arī vājāks lodāmurs nebūs pietiekami karsts, lai pareizi savienotu šūnas ar niķeļa sloksnēm.

Lai izveidotu akumulatoru, mēs sērijveidā ņemam 4 šūnas un pievienojam paralēlu elementu, tāpēc mums ir divkāršs spriegums un jauda uz vienu šūnu. Skatiet iepriekš redzamo diagrammu, lai uzzinātu, kā savienot šūnas. Vienīgais ierobežojošais faktors ir tas, ka visām šūnām jābūt identiskām. Pat ar BMS nevienlīdzīgas jaudas dēļ viena šūna uzlādēsies un izlādēsies nevienmērīgi, un tas var izraisīt šīs šūnas un citu kļūmi ātrāk. Tāpēc ir labi izmantot klēpjdatora baterijas, jo tās vienmēr ir izmantotas kopā.

Lai lodētu šūnas, sasmalciniet šūnu pozitīvos un negatīvos galus un uzklājiet nelielu daudzumu lodēšanas. Pēc tam sakārtojiet šūnas pareizā secībā sērijveida/paralēlajam savienojumam, kā parādīts diagrammās. Šim nolūkam es līmēju šūnas kopā ar maskēšanas lenti, taču varat izmantot arī akumulatora starplikas.

Izgrieziet niķeļa sloksnes pareizajā garumā, lai savienotu šūnas kopā. Šim nolūkam es izmantoju dažus sānu griezējus, taču darbojas arī skārda spraugas vai lokšņu metāla griezēji. Katrā sloksnes galā uzlieciet lodmetālu un lodējiet sloksni pie akumulatora spailēm. Neturiet lodāmuru pārāk ilgi, pietiekami, lai izkausētu lodmetālu. Pirms galīgo savienojumu lodēšanas es salīmēju šūnas kopā, lai tās būtu pareizi izlīdzinātas.

4. solis: BMS plates un līdzsvara savienojumi

Lai maksimāli izmantotu akumulatora bloku un novērstu tā priekšlaicīgu kļūmi, ir jāpievieno veids, kā pārliecināties, ka tie ir aizsargāti un pareizi uzlādēti. Litija jonu vai polimēru šūnas ir jāaizsargā pret zemu vai pārmērīgu izlādi, kas var būt patiešām slikti. To veic ar akumulatora vadības sistēmu/plati vai BMS. Tā ir ierīce, kas apvieno akumulatoru aizsardzību vairākām šūnu baterijām, kā mēs veidojam. To īsumā sauc par akumulatora pārvaldības sistēmu vai BMS. Tā ir ierīce, kas aizsargā šūnas no pārmērīgas un zemas izlādes, strāvas pīķiem un īssavienojumiem. Dažādiem šūnu izkārtojumiem un lietojumiem ir daudz dažādu BMS plākšņu veidu un konfigurāciju. Es izmantoju 4S BMS plati, kas paredzēta 10 amp darba strāvai, un tas ir piemērots manam lietojumam (100 vatu LED zibspuldze).

Savienot to ir viegli. Kad mūsu akumulators ir pielodēts kopā, mums ar multimetru jāmēra spriegums sērijas šūnās. Lai iegūtu pozitīvu akumulatora jaudu, jums vajadzētu būt 14,8 voltiem, 3,7 V, 7,4 V un 11,1 voltam. 4S līdzsvara kontaktdakšai ir 5 savienojumi: viens akumulatora pozitīvajam vai 4. elementam, viens negatīvajam, 1. šūna, 2. šūna un 3. šūna. Izmēriet tos, novietojot negatīvo zondi iepakojuma negatīvajā pusē un mērot pāri savienojumiem. Kad tie visi sakrīt, jūs varat lodēt līdzsvara vadus no katra savienojuma uz pareizajiem BMS spilventiņiem.

Es izmantoju 26 gabarīta vadu (.40 mm diametrs) līdzsvara savienojumiem un 18 gabarītu (1,02 mm diametrs) akumulatora +/- un slodzes izejām, jo tie apstrādās gandrīz 10 ampēru strāvu. Līdzsvara savienojumiem varat izmantot mazāku vadu, jo tie gandrīz neizmanto strāvu, tikai atbilstošo spriegumu no savienojumiem. Tomēr es negribētu iet zem 26 gabarīta. Kad iepakojums ir pievienots, varat savienot līdzsvara kontaktdakšas ar pareiziem akumulatora izvadiem.

5. solis: līdzsvarojiet uzlādi

Tagad, kad viss ir savienots, mēs varam savienot savu iepakojumu ar lādētāju un pārliecināties, ka tas tiek uzlādēts. Tādā veidā jūs zināt, vai savienojumi ir nepareizi, jo lādētājs neuzlādēs un brīdinās par nepareiziem sprieguma savienojumiem.

Lai sāktu, mums ir nepieciešams līdzsvara lādētājs litija baterijām. Šim nolūkam nedarbosies neviens cits lādētājs, jo tam ir jābūt līdzsvara režīmam! Es izmantoju SkyRC iMax B6 ķīniešu klonu. Nē, tas nav īstais darījums, bet es atklāju, ka kopija darbojas lieliski. Pievienojiet akumulatora pozitīvo un negatīvo vadu lādētājam. Manam lādētājam ir banānu spraudņi ar Deans T tipa savienotāju, kas savienojas ar dažādiem savienotājiem. Jūs varat izmantot aligatora skavas vai vadu lādētāja kontaktdakšā, piemēram, Deans vai XT60. Es izmantoju Dīna savienotāju un pievienoju to līdzsvara paneļa izejām. Pārliecinieties, vai tieši šeit pievienojat lādētāju, jo BMS ir nepieciešams 12,6 voltu signāls, lai tas aktivizētos. Ja jūs domājat, ka tas ir noņemams akumulators, pievienojiet izeju jebkuram ierīces savienotājam. Es vadu raktuves ar lāpstas savienotājiem un Dīna spraudni, jo tas galvenokārt tiks pastāvīgi uzstādīts manā projektā.

Jūsu lādētājs var būt atšķirīgs, taču šādi tas darbojas gandrīz katram SkyRC iMax B6 lādētāja klonam. Pievienojiet līdzsvara vadu lādētāja 4S kontaktligzdai. Tas notiek tikai vienā veidā un ir norādīts akumulatora pozitīvajām un negatīvajām pusēm. Pievienojiet lādētāja vadu un iestatiet uzlādes režīmu uz "Līdzsvars". Pārliecinieties, vai arī lādētājs ir iestatīts "4S" režīmā. Tā kā šis ir 4400 mAh iepakojums, man patīk iestatīt uzlādes strāvu līdz 1/2 vai mazāk no maksimālās strāvas nominālā, tātad no 2 līdz 2,2 ampēriem. Es izmantoju 1.5, jo tas ir tests. Šīs baterijas ir gandrīz pilnībā uzlādētas, tāpēc spriegums ir augsts. Kad tas darbojas, jums vajadzētu redzēt, ka 4 sērijas šūnas tiek uzlādētas vienādi, 0,1 līdz 0,2 voltu robežās viena no otras. Kad lādēšana ir pabeigta, visām šūnām jābūt ar tādu pašu spriegumu, kas ir 4,2 volti. Iepakojumam vajadzētu nolasīt pilnu uzlādes spriegumu 16,8 volti. Kad tas ir pie nominālā sprieguma, tas ir 14,8 volti (3,7 volti uz šūnu). Ja jūs to uzlādējat pirmo reizi, sāciet ar zemas strāvas iestatījumu pirmajai uzlādei un pēc tam uzlādējiet to, kad to uzlādējat vēlreiz.

6. darbība. Secinājums

Tieši tā! Jūs esat izveidojis funkcionālu un uzticamu litija jonu akumulatoru, kas līdzīgs 4S 5000 mAh LiPo iepakojumam par nelielu daļu no izmaksām! Jā, jums ir nepieciešams lādētājs, bet, ja jums atrodas veca klēpjdatora baterija, daži vadi, uzlādes spraudnis un lodēšanas cilnes, viss, kas jums nepieciešams, ir BMS, lai sāktu darbu, un tas maksā aptuveni USD 10 USD vai mazāk, ja to pērkat no Ķīna. Tas man izmaksāja apmēram 24 USD. Vēl lētāk būtu, ja es to visu dabūtu no Ķīnas, bet es negribēju mēnesi gaidīt, kamēr detaļas nonāks šeit! Man jau bija lādētājs, lodāmurs, multimetrs, lodmetāls, instrumenti un vadi, tāpēc viss, kas man bija jāpērk, bija:

Klēpjdatora akumulators

BMS dēlis

Līdzsvara aizbāžņi

Niķeļa sloksnes

Tas bija lētāk nekā pirkt LiPo iepakojumu un bija praktiskāk, jo man vajadzēja kaut ko, kas iederētos manā projektā. Turklāt tas ir jautri, un es to darot uzzināju daudz!

Es ceru, ka jums patīk šī rokasgrāmata un visvairāk - es ceru, ka jūs zināt vairāk nekā pirms lasīšanas. Šis ir mans pirmais mēģinājums, tāpēc, lūdzu, komentējiet un dariet man zināmu, kā man gāja, vai arī tas varētu būt labāks nākotnei! Paldies, ka izlasījāt!