DIY 4S lithiumbatterijpak met BMS - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:18

Ik heb meer dan één tutorial of handleiding over lithium-ionbatterijen en batterijpakketten bekeken en gelezen, maar ik heb er niet echt een gezien die je veel details geeft. Als nieuweling had ik moeite om goede antwoorden te vinden, dus veel hiervan was vallen en opstaan (en vonken).

Toen ik besloot om voor een project een batterijpakket uit 18650 lithium-ioncellen te bouwen, haalde ik mijn oude laptopbatterij uit elkaar, haalde de batterijen eruit en soldeerde ze samen met metalen strips tot een batterijpakket. Ik leerde echter bij mijn eerste poging dat het niet zo eenvoudig was. Lithium-ionbatterijen zijn niet zoals nikkelmetaalhydride-, loodzuur- of nikkel-cadmiumbatterijen. Ze zijn gevoelig voor overmatig ontladen, overladen en kortsluiting, en hebben speciale zorg nodig om te voorkomen dat ze oververhit raken, smelten of exploderen.

Waarom ze gebruiken? Ze zijn echt geweldig voor projecten omdat ze een hogere spanning hebben dan andere chemicaliën en veel energie bevatten, wat betekent dat je er minder van kunt gebruiken dan wanneer je nikkelmetaalhydride- of nikkelcadmiumcellen zou gebruiken (slechts 1,2 volt). Om die reden zijn accu's voor elektrisch gereedschap en accu's voor elektrische voertuigen gemaakt van lithium-ioncellen. Ze zijn er in alle soorten en maten en capaciteiten. Cellen van hoge kwaliteit zijn bestand tegen hoge ontladingssnelheden van meer dan 20 ampère en werken goed in configuraties met meerdere cellen. Je kunt ze ook goedkoop of gratis krijgen als je rondkijkt, want vrijwel elke laptop heeft een lithium-ionbatterij die mensen soms weggooien omdat hij "dood" is, maar er kan nog veel leven in zitten.

Ik bouw een 4S2P-pakket met 4 cellen in serie en 2 parallel voor 8 cellen. Dit geeft je een volledige laadspanning van 16,8 volt, een nominaal 14,8 volt en een ontladen vermogen van 12 volt, en verdubbelt de capaciteit van de seriecellen. Het heeft ook een batterijbeheersysteem, dat nodig is om de cellen te beschermen en goed te laten werken. Ik kon dit project afmaken voor ongeveer $ 20 USD. Bovendien heb ik het gehaald!

Dus laten we beginnen! Links naar de materialen die ik heb gebruikt zullen worden opgenomen.

Stap 1: Materialen, gereedschappen en veiligheid

Lithium-ioncellen zijn vrij ongevaarlijk, maar u moet wel enkele voorzorgsmaatregelen nemen. Vermijd kortsluiting en wees voorzichtig met de soldeerbout en het gereedschap.

Voor het gereedschap heb je een soldeerbout van minimaal 30 watt nodig, een digitale multimeter, mes- of draadstripper, zijkniptang of vlakkniptang.

Vervolgens soldeer van goede kwaliteit zoals dit: https://www.ebay.com/itm/Kester-44-Rosin-Core-Sold… Dit is een van de beste die je kunt krijgen voor elektronica.

De andere noodzakelijke items zijn natuurlijk enkele 18650 lithium-ionbatterijen, ofwel een oud laptoppakket, of sommige zoals deze:

Zuivere nikkelstrips zoals deze:

Een batterijbeheersysteem/-bord:

4S balansstekkers:

Deans T-type connectoren (of XT60-connectoren):

Balanceerlader om het batterijpakket op te laden:

Andere diverse items waren 18 gauge (1,02 mm diameter), 26 gauge (0,40 mm diameter) tot 24 gauge (0,51 mm) draad, afplakband en/of elektrische tape, of krimpfolie.

Stap 2: De batterijen

Ten eerste heb je een aantal 18650-formaat lithium-ionbatterijen nodig. Omdat ik dit goedkoop doe, zocht ik naar oude laptopbatterijen en vond ik een 9-cells Dell-pakket in het kringloopdepot voor minder dan $ 3. Dit pakket bestond uit een aantal rode Sanyo-merkcellen van goede kwaliteit. Ik heb het gegevensblad gecontroleerd en ze hebben een vrij standaard capaciteit van 2200 mAh en zijn geschikt voor een ontlaadstroom van 4 ampère. Niet slecht. Ja, ze waren zo goed als dood (minder dan 2 volt per cel), maar ik kon ze weer tot leven wekken. Ik maak nog een Instructable die je vertelt hoe je dit moet doen. Je kunt gloednieuwe cellen kopen op eBay of Amazon, maar ze kunnen duur zijn voor de goede merken. Blijf uit de buurt van degenen die adverteren met een capaciteit van 5000 of 9800 mAh. Het zijn waarschijnlijk merkcellen die de kwaliteitscontrole in de fabriek niet hebben doorstaan en mogelijk een capaciteit van 1000 of zelfs 900 mAh hebben. Ze krijgen een nieuwe merknaam en worden met korting opnieuw verkocht. Als je een oude laptopbatterij hebt gebruikt, moet je de oude connectoren van de terminals verwijderen. Gebruik hiervoor de zijsnijders.

Stap 3: De cellen aansluiten

Vervolgens heb je een manier nodig om de cellen aan elkaar te plakken. U kunt stalen soldeerlippen of nikkelstrips gebruiken. Ik gebruik pure nikkelstrips, geen vernikkeld staal, omdat staal bij hoge stroomafname een hogere weerstand heeft dan nikkel, wat kan leiden tot warmteophoping. Ik soldeer ze aan de cellen. Dit is niet de aanbevolen manier, want als je de soldeerbout te lang op de cel houdt, zal deze de cel beschadigen en capaciteit verliezen. De beste manier is om een speciaal gemaakte puntlasmachine zoals deze te gebruiken:

Echter, tenzij je veel batterijpakketten maakt en je kunt rechtvaardigen dat je er $ 200 of meer voor uitgeeft, is solderen prima. Wees voorzichtig.

Voor de soldeerbout adviseer ik minimaal een 30 watt strijkijzer en goed soldeer. Goed soldeer is van cruciaal belang. Gebruik hiervoor geen loodvrij soldeer omdat dit een hogere smelttemperatuur heeft. Ook wordt een zwakkere soldeerbout niet heet genoeg om de cellen goed aan de nikkelstrips te hechten.

Om het batterijpakket te bouwen, nemen we 4 cellen in serie en voegen we een parallelle cel toe, zodat we het dubbele voltage en de capaciteit per cel hebben. Zie het bovenstaande diagram voor het aansluiten van de cellen. De enige beperkende factor is dat alle cellen identiek moeten zijn. Zelfs met de BMS zouden ongelijke capaciteiten ertoe leiden dat één cel ongelijk wordt opgeladen en ontladen en dit zou ertoe kunnen leiden dat die cel en de andere sneller defect raken. Daarom is het goed om laptopbatterijen te gebruiken, omdat ze altijd samen worden gebruikt.

Om de cellen te solderen, ruw de positieve en negatieve terminals van de cellen op en breng een kleine hoeveelheid soldeer aan. Plaats vervolgens de cellen in de juiste volgorde voor de serie/parallelle verbinding zoals weergegeven in de diagrammen. Hiervoor heb ik de cellen aan elkaar geplakt met plakband, maar je kunt ook batterijafstandhouders gebruiken.

Snijd de nikkelstrips op de juiste lengte om de cellen met elkaar te verbinden. Ik heb hiervoor wat zijsnijders gebruikt, maar blikscharen of plaatijzers werken ook. Breng soldeer aan op elk uiteinde van de strip en soldeer de strip op de batterijpolen. Houd de soldeerbout niet te lang vast, net genoeg om het soldeer te laten smelten. Ik heb de cellen aan elkaar geplakt voordat ik de laatste verbindingen heb gesoldeerd om ze correct uitgelijnd te houden.

Stap 4: BMS-bord en balansverbindingen

Om het maximale uit de accu te halen en te voorkomen dat deze voortijdig uitvalt, moeten we een manier toevoegen om ervoor te zorgen dat ze worden beschermd en correct worden opgeladen. Lithium-ion- of polymeercellen moeten worden beschermd tegen onder- of overontlading, wat erg slecht kan zijn. Dit wordt gedaan door een batterijbeheersysteem/-bord of BMS. Het is een apparaat dat batterijbescherming combineert voor batterijen met meerdere cellen, zoals we aan het bouwen zijn. Het wordt een batterijbeheersysteem of kortweg BMS genoemd. Het is een apparaat dat de cellen beschermt tegen over- en onderontlading, stroompieken en kortsluiting. Er zijn veel verschillende soorten en configuraties van GBS-borden voor verschillende celopstellingen en toepassingen. Ik gebruik een 4S BMS-kaart die geschikt is voor een werkstroom van 10 ampère, wat prima is voor mijn toepassing (100 watt LED-zaklamp).

Het aansluiten is eenvoudig. Zodra onze batterij aan elkaar is gesoldeerd, moeten we de spanningen over de seriecellen meten met een multimeter. U moet 14,8 volt hebben voor batterijpositief, 3,7 V volt, 7,4 V volt en 11,1 volt. Er zijn 5 aansluitingen voor een 4S-balansstekker: één voor batterij positief of cel #4, één voor negatief, cel #1, cel #2 en cel #3. Meet deze door de negatieve sonde aan de negatieve kant van het pakket te plaatsen en over de verbindingen te meten. Zodra ze allemaal overeenkomen, kunt u de balansdraden van elke verbinding naar de juiste pads op het GBS solderen.

Ik heb 26 gauge draad (0,40 mm diameter) gebruikt voor de balansaansluitingen en 18 gauge (1,02 mm diameter) voor de batterij +/- en laaduitgangen, omdat ze bijna 10 ampère stroom zullen verwerken. U kunt kleinere draad gebruiken voor de balansaansluitingen, omdat deze nauwelijks stroom verwerken, alleen de respectieve spanning van de aansluitingen. Ik zou hiervoor echter niet onder de 26 gaan. Nadat u het pakket hebt aangesloten, kunt u de kabels van de balansstekker aansluiten op de juiste batterij-uitgangen.

Stap 5: Saldo opladen

Nu we alles hebben aangesloten, kunnen we ons pakket op de oplader aansluiten en ervoor zorgen dat het wordt opgeladen. Zo weet je of je aansluitingen verkeerd zijn, want je oplader laadt niet op en waarschuwt je voor verkeerde spanningsaansluitingen.

Om te beginnen hebben we een balanslader nodig voor lithiumbatterijen. Geen enkele andere oplader zal hiervoor werken, omdat deze een balansmodus moet hebben! Ik gebruik een Chinese kloon van de SkyRC iMax B6. Nee, het is niet de echte deal, maar ik vond de kopie prima werken. Sluit de positieve en negatieve draden van de batterij aan op de oplader. Mijn oplader heeft banaanstekkers met een Deans T-type connector die op verschillende connectoren kan worden aangesloten. U kunt krokodillenklemmen of draad gebruiken in een oplaadstekker zoals een Deans of XT60. Ik gebruik een Deans-connector en verbond deze met de uitgangen op het balansbord. Zorg ervoor dat u de oplader hier aansluit, want het BMS heeft een signaal van 12,6 volt nodig om zichzelf te activeren. Als u van plan bent dit een verwijderbare batterij te zijn, sluit u de uitgang aan op de connector die uw apparaat zal gebruiken. Ik bedraad de mijne met spade-connectoren en een Deans-stekker omdat deze meestal permanent op mijn project zal worden gemonteerd.

Je oplader is misschien anders, maar zo werkt het voor vrijwel elke kloon van de SkyRC iMax B6-oplader. Steek de balanskabel in de 4S-aansluiting op de oplader. Het gaat maar op één manier en is gemarkeerd voor de positieve en negatieve kanten van de batterij. Sluit de laadkabel aan en stel de laadmodus in op "Balance". Zorg ervoor dat de oplader ook in de "4S"-modus staat. Omdat dit een 4400 mAh-pakket is, stel ik de laadstroom graag in op 1/2 of minder van de maximale stroomsterkte, dus 2 tot 2,2 ampère. Ik gebruik 1.5 omdat dit een test is. Deze batterijen zijn zo goed als volledig opgeladen, dus de spanningen zijn hoog. Als het in werking is, zou u de cellen van de 4 serie gelijkmatig moeten zien opladen, binnen 0,1 tot 0,2 volt van elkaar. Wanneer het opladen is voltooid, moeten alle cellen dezelfde spanning hebben, namelijk 4,2 volt. Het pakket moet een volledige laadspanning van 16,8 volt aangeven. Als het op de nominale spanning staat, is het 14,8 volt (3,7 volt per cel). Als je hem voor de eerste keer oplaadt, begin dan met een lage stroominstelling voor de eerste keer opladen, en voer hem dan op wanneer je hem opnieuw oplaadt.

Stap 6: Conclusie

Dat is het! Je hebt een functionele en betrouwbare lithium-ionbatterij gemaakt die lijkt op een 4S 5000 mAh LiPo-pakket voor een fractie van de kosten! Ja, je hebt een oplader nodig, maar als je een oude laptopbatterij hebt liggen, wat draad, oplaadstekker en soldeerlipjes, dan heb je alleen het BMS nodig om aan de slag te gaan, wat ongeveer $ 10 USD of minder kost als je het koopt van China. Dit kostte me ongeveer $ 24 USD. Het zou nog goedkoper zijn als ik het allemaal uit China zou halen, maar ik wilde geen maand wachten tot de onderdelen hier zouden zijn! Ik had de oplader, soldeerbout, multimeter, soldeer, gereedschap en draden al, dus alles wat ik moest kopen was:

Laptop batterij

BMS-bord

Balans stekkers

Nikkel strips

Het was goedkoper dan het kopen van een LiPo-pakket en was praktischer omdat ik iets nodig had dat in mijn project paste. Bovendien is het leuk en heb ik er veel van geleerd!

Ik hoop dat je deze gids leuk vindt en vooral, ik hoop dat je meer weet dan je deed voordat je hem las. Het is mijn eerste poging, dus reageer alsjeblieft en laat me weten hoe ik het deed, of beter zou kunnen zijn voor de toekomst! Bedankt voor het lezen!