Weldless lithiumbatterijpakket - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:14

Als u van elektronica houdt, is het vinden van een geschikte stroombron een veelvoorkomende uitdaging die u moet overwinnen. Dit geldt met name voor alle draagbare apparaten/projecten die u misschien wilt bouwen, en daar is een batterij waarschijnlijk de beste keuze voor die stroombron. Als je een apparaat met een laag vermogen bouwt, heb je talloze opties om uit te kiezen, maar als je project een stroomvretende kleine bugger is, ben je misschien beperkt tot lithiumbatterijen. In veel opzichten zijn lithiumbatterijen een prachtig geschenk aan de mensheid van slimme batterijwetenschappers en ik ben dankbaar voor deze geschenken.

Accupacks zijn nodig voor een hele reeks producten met een hoog stroomverbruik. Dit kunnen draagbare luidsprekers, e-bikes, elektrische skateboards, powerbanks, zaklampen, RC-dingen en nog veel meer zijn.

Het enige probleem met deze batterijen (hun kieskeurigheid bij het laden/ontladen en de neiging om in vlammen op te gaan als ze verkeerd worden behandeld totaal negeren) is dat ze vrij duur zijn in vergelijking met andere inferieure batterijtechnologieën. Dus als je je eigen batterijpakketten goedkoop kunt maken, is dit een geweldige mogelijkheid voor serieuze projecten.

Gelukkig voor ons zijn lithiumbatterijen zo populair dat ze overal om ons heen zijn. Dus in deze instructable zal ik je begeleiden bij het maken van je eigen batterijpakket van 18650 lithiumbatterijen, weggevangen van oude laptops die je kunt gebruiken om je energieverslindende projecten van stroom te voorzien.

Stap 1: Waarom dit Instructable?

Dus wat onderscheidt deze instructable van de vele andere instructies over het bouwen van een batterijpakket? Nou, ik heb gemerkt dat bij het zoeken naar een manier om een batterijpakket te bouwen, er meestal twee opties worden gegeven. Deze zijn om de cellen aan elkaar te lassen met een puntlasapparaat of om de cellen aan elkaar te solderen. Zonder al te veel in detail te treden, zijn er natuurlijk enkele voor- en nadelen aan deze opties. Het voordeel van puntlassen is dat het een betrouwbare hechting geeft met weinig schade aan de accu. Het nadeel is echter dat er een puntlasapparaat voor nodig is, wat behoorlijk kostbaar kan zijn. Solderen is veel goedkoper en zorgt voor een betere verbinding, maar gaat ten koste van de batterij door de warmteoverdracht in de cel. Een ander nadeel van beide methoden is dat ze vrij permanent zijn, waarbij desolderen of het doorknippen van lipjes nodig zijn om veranderingen in de batterijconfiguratie mogelijk te maken. Dus ik kies voor een derde optie, namelijk een lasloos en mogelijk soldeerloos batterijpakket.

Ik heb deze modulaire celhouders ontworpen die het mogelijk maken om elk batterijpakket van rasterformaat te bouwen zonder het gebruik van dure puntlasmachines, zonder schade aan de batterijen en met de vrijheid om het batterijpakket te herconfigureren of afzonderlijke cellen op elk moment gemakkelijk te vervangen.

Stap 2: Disclaimer

Voordat we beginnen, moet ik u echter informeren dat lithiumbatterijen, hoe geweldig ze ook zijn, behoorlijk gevaarlijk zijn als ze niet correct worden behandeld. Dit zijn de sneeuwvlokken van batterijen en zullen exploderen/uitbarsten in helse vlammen als ze mishandeld worden, waarbij je project, auto, huis of wat dan ook dat binnen zijn bereik brandbaar is, wordt neergehaald. De hoge energie-inhoud van deze batterijen kan bij kortsluiting ook ernstige schade veroorzaken. Ik neem geen enkele verantwoordelijkheid voor enig beschadigd eigendom, levend wezen of spirituele/mentale entiteit als gevolg van iets dat fout gaat volgens dit instructable. U mag dit alleen doen als u voldoende kennis heeft van lithiumbatterijen en de nodige voorzorgsmaatregelen hebt genomen.

Kortom, u doet dit op eigen risico en ik neem geen verantwoordelijkheid voor iets dat hiermee mis kan gaan. Als u niets wilt riskeren, raad ik u aan een afgewerkt pakket te kopen dat door professionals is gemaakt.

Beperkingen:

De instructies hier zijn voornamelijk gericht op het maken van een onbeschermd batterijpakket, daarom wordt er geen rekening gehouden met enige vorm van BMS of andere veiligheidsmaatregelen die ons in staat zouden stellen om het batterijpakket op een veilige manier te gebruiken. Dit wordt overgelaten aan wie dit wil bouwen om op te lossen.

Stap 3: 18650 batterijcellen sourcen

Als je al 18650-batterijen hebt en je bent alleen geïnteresseerd in het proces van het maken van een batterijpakket, dan kun je doorgaan naar de stap "Het pakket samenstellen".

Een van de meest voorkomende batterijtypen die u tegenkomt, is de 18650-batterijcel (vanaf nu cel genoemd), het batterijtype dat het meest wordt gebruikt in laptops. (Feit, 18650 beschrijft eigenlijk de grootte van de cel met een diameter van 18 mm en een lengte van 65,0 mm). Er zijn natuurlijk andere cellen zoals 21700 en 26650, maar vanwege hun populariteit zal deze instructable zich alleen richten op het 18650-celtype.

De belangrijkste bron voor het scoren van gratis 18650 zijn ongetwijfeld oude laptops. Deze bevatten meestal 6-9 cellen, afhankelijk van het type laptop. Zelfs van slechte laptopbatterijen is de kans groot dat slechts enkele van de cellen slecht zijn, terwijl de rest nog steeds bruikbaar is. Andere plaatsen om cellen te krijgen zijn van e-bike-accu's, powerbanks en ook online winkels zoals eBay en amazon, hoewel deze natuurlijk niet gratis zullen zijn.

Als je eenmaal een laptopbatterij te pakken hebt, is het tijd om hem open te wrikken. LET OP, aangezien u de batterijen niet wilt doorboren of kortsluiten. Mijn aanbeveling is om een plastic hulpmiddel te gebruiken voor het nieuwsgierige deel. Als je nog steeds een metalen voorwerp gebruikt, zoals een schroevendraaier, zorg er dan voor dat je dit voorzichtig doet om geen ongelukken te veroorzaken.

Als je eenmaal je cellen hebt, is het tijd om de capaciteit ervan te testen. Daarvoor raad ik aan om een batterijlader/tester te gebruiken zoals de OPUS BT-C3100 (affiliate link). Deze handige kleine apparaten zullen uw lithiumcellen voor u opladen/ontladen, testen en onderhouden, wat geweldig is als u van plan bent lithiumcellen voor projecten te gebruiken.

Stap 4: Batterijpakketten

Accupacks worden om twee hoofdredenen gebouwd: om de spanning te verhogen en/of om de capaciteit te vergroten. Een cel is een individuele batterij in een pakket en wanneer cellen in serie worden geschakeld, wordt de spanning toegevoegd. Wanneer cellen parallel worden geschakeld, wordt in plaats daarvan de capaciteit van de cellen toegevoegd, waardoor een batterij met een hogere capaciteit wordt nagebootst. De configuratie van een batterijpakket wordt meestal beschreven als XsYp, waarbij X het aantal cellen in serie aangeeft en Y het aantal cellen parallel. Door deze te vermenigvuldigen krijgen we het totale aantal cellen dat nodig is voor ons pakket.

Het spanningsbereik van een typische 18650 ligt tussen 4,2 V en ~ 2,5 V en dus als u een 12 V-batterijpakket wilt dat drie cellen in serie verbindt, zou 3s1p 12,6 V volledig opgeladen geven en tot 7,5 V volledig leeg (hoewel het niet wordt aanbevolen om ontladingscellen beneden 3V).

Capaciteit in cellen varieert sterk tussen model en fabrikant. Maar uit de enorme hoeveelheid batterijen die ik heb getest, varieert de verwachte capaciteit voor gebruikte laptopbatterijen van 2000 mAh tot 3000 mAh. Natuurlijk zul je batterijen vinden met een lagere capaciteit dan deze en die ik over het algemeen weggooi.

Dus laten we zeggen dat je een powerbank wilt maken met een capaciteit van 10000mAh en je hebt een heleboel 2000mAh-cellen … dan, je raadt het al, je moet er vijf in parallelle 1s5p-configuratie aansluiten om die 10000mAh te krijgen en natuurlijk een DC-DC-regelaar om het op 5V te krijgen.

Als je bijvoorbeeld 12V en minimaal 10000mAh wilde, dan zou de configuratie 3s5p zijn en dat betekent dat het vereiste aantal cellen 15 zou zijn om dat pakket te maken.

Het maken van je eigen batterijpakket is inderdaad erg handig en er zijn massa's leesmateriaal op het internet. Dus als je nieuw bent in het maken van pakketten, raad ik je aan er wat onderzoek naar te doen, omdat deze instructie niet alle details over batterijpakketten en hun beperkingen zal geven. Hints voor een paar dingen om op te zoeken zijn stroomafname en stroomverdeling, BMS, balanslading, spanningsverzakking, interne weerstand van de batterij, tabgroottes, batterijchemie en thermische runaway.

Stap 5: Het pakket samenstellen

Er zijn een aantal dingen die we nodig hebben om dit batterijpakket te bouwen.

De eerste stap bij het bouwen van het batterijpakket is om te beslissen welke configuratie u wilt/nodig heeft. Dit wordt bepaald door de spannings-, capaciteits- en stroomvereisten. In deze instructable zullen we een 3s2p-batterijpakket maken dat zou moeten resulteren in een 12V 4-5000mAh-batterij.

Omdat we onze celhouders gaan printen, zal een 3D-printer ongelooflijk handig zijn. Dit is dus het deel waar je een 3D-printer uit je achterzak moet halen of een vriendelijke vriend met een printer moet vragen om je te helpen. Deze celhouders zijn vrij klein, dus om de juiste tolerantie te krijgen om ze samen te klikken, raad ik aan om een mondstuk van 0,4 mm of kleiner te gebruiken. De STL- en modelbestanden vindt u op onderstaande link waar u ook printinstructies vindt.

Afhankelijk van de gekozen montagemethode kan ook een boor nodig zijn (meer hierover in latere slides)

Zoals eerder vermeld, is lassen niet nodig en is solderen optioneel. Het belangrijkste gebruik van een soldeerbout zou zijn om draden aan het batterijpakket te bevestigen. Dit kan echter worden vermeden door in plaats daarvan ringklemmen op draden te gebruiken of de lipjes gewoon als draden te laten fungeren en individuele celdraden (balancerende draden) te negeren.

Link naar stl-bestanden: STL-bestanden

Stap 6: benodigde onderdelen

Druk zoveel houders af als nodig is voor uw pakket en begin met het inkopen van de andere benodigde onderdelen. Voor deze build moeten we in totaal zes celhouders afdrukken. Druk ook de behuizing, het deksel en optioneel de houder af, aangezien de behuizing de batterij veel duurzamer en betrouwbaarder maakt.

Onderdelen lijst:

• Nikkel lipje (max. breedte van 7,5 mm)
• 2x M5 schroeven (minimaal 100mm lang)
• 2x M5 vleugelmoeren
• 12x M3 schroeven en moeren*
• Aansluitsnoeren (rood en zwart)
• Balanceren van leads*

*Optioneel onderdeel

Stap 7: Monteer het pakket

Zodra je alle onderdelen hebt, is het tijd om het pakket in elkaar te zetten en dit is vrij eenvoudig omdat de bedrukte celhouders in elkaar kunnen worden geklikt om de vereiste verpakkingsgrootte te creëren.

De celhouders zijn zo ontworpen dat er meerdere manieren zijn om ze te gebruiken om een batterijpakket te bouwen.

1. De eerste optie is om tabs door de celhouder te halen om meerdere cellen te verbinden. De houders zijn ontworpen met een zekere veerkracht die moet zorgen voor een goed contact met de batterijcel.
2. De tweede optie is om M3-schroeven als klemcontacten te gebruiken en de lipjes met moeren op de schroeven vast te draaien. Hiervoor kan het handig zijn om gaten in de lipjes te boren zodat de M3 schroeven erdoor kunnen. Ik heb een mal geleverd die zal helpen met de afstand bij het boren van deze gaten. Het kan verstandig zijn om nylon moeren of loctite te gebruiken om te voorkomen dat de moeren losraken als de accu trillingen gaat doorstaan.

Het solderen van snoeren en draden (zoals balanceersnoeren) en verbindingslipjes (om serieverbindingen te maken) moet in dit stadium worden gedaan, waarbij u ervoor zorgt dat de juiste lipjes zijn aangesloten.

Als het eerste deel (laten we het het onderste deel noemen) klaar is en de juiste aansluitdraden zijn gesoldeerd/bevestigd, kan het in de bodem van de behuizing worden geplaatst. Het zal een strakke pasvorm zijn. Dit is met opzet gedaan om een robuust pakket te creëren en onnodig gerommel in het pakket te verminderen.

Plaats de batterijen en zorg ervoor dat alle parallelle paren hetzelfde spanningsniveau hebben en dat de cellen een vergelijkbare capaciteit hebben. Om een serieverbinding tot stand te brengen, moet het celpaar in afwisselende richting wijzen, wat betekent dat het middelste paar tegenover de andere twee paren moet staan.

Plaats de bovenste celhouders in de verpakking. Deze stap vereist mogelijk wat wiebelen en gehannes om alle cellen goed uit te lijnen in de bovenste houder.

BELANGRIJK!

• Zorg er absoluut voor dat je de polariteit en oriëntatie van de cellen goed hebt, anders loop je het risico de cellen te kortsluiten en daarmee hun volledige potentieel te ontketenen, wat zelden een goede zaak is.
• Als je weggevangen cellen van oude laptopbatterijen of andere elektronische apparaten gebruikt, zorg er dan voor dat je alle stickers, lijmresten of iets anders op de cel verwijdert, en zorg ervoor dat je de krimpfolie niet verwijdert. U wilt dat de cel vrij kan bewegen in de celhouder om een goed contact van de klemmen mogelijk te maken.

Stap 8: Test het pakket

Draai het deksel voorzichtig vast en voila! hopelijk heb je een werkend batterijpakket. Natuurlijk is het nu het moment om je multimeter eruit te halen en het pakket te testen om te zien of het de verwachte spanning levert.

Zoals op de foto's te zien is heb ik met deze houders een paar battery packs gemaakt en ik moet zeggen dat ze echt geweldig zijn. Het is nu mogelijk om pakketten te bouwen waarin u gemakkelijk slechte cellen kunt verwisselen, de configuratie kunt wijzigen en cellen afzonderlijk kunt opladen.

Er zijn echter enkele dingen die het vermelden waard zijn over deze manier van pakketten bouwen. Omdat de verbinding niet aan de cellen is gebonden, moet extra zorg worden besteed om ervoor te zorgen dat elke cel goed contact maakt. Als de cellen niet goed contact maken, kunnen er vonken ontstaan omdat de batterijen ongelijkmatig ontladen. Een ander ding om in gedachten te houden is dat deze oplossing zal resulteren in een minder compact batterijpakket in vergelijking met bijvoorbeeld lassen. Het derde nadeel is dat hoewel de modulaire constructie het flexibel maakt, je nog steeds beperkt bent tot rasterpatroonconfiguraties en het aanpassen van de vorm van het batterijpakket dus moeilijker wordt.

Maar als geen van de bovengenoemde nadelen je stoort, gefeliciteerd met het doorstaan van de instructables en misschien kun je al je toekomstige machtsuitdagingen oplossen.

Onthoud dat het gebruik van lithiumbatterijen zonder enige bescherming behoorlijk riskant is, dus een aanbeveling is om een geschikt BMS (Battery Monitoring System) te gebruiken om het pakket te beschermen tegen overladen/ontladen en als er een balanceerfunctie is meegeleverd, kan het ook worden gebruikt om op te laden het pak. Zie onderstaande links van mijn voorgestelde BMS om te gebruiken voor kleine verpakkingen.

12V BMS (3s-pakket)

16V BMS (4s-pakket)