Batteria al litio senza saldatura: 8 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 09:59

Se ti piace l'elettronica, una sfida comune da superare sarà quella di trovare una fonte di alimentazione adatta. Questo è particolarmente vero per tutti i dispositivi/progetti portatili che potresti voler costruire, e lì, una batteria sarà molto probabilmente la soluzione migliore per quella fonte di alimentazione. Se stai costruendo un dispositivo a bassa potenza, hai numerose opzioni tra cui scegliere, ma se il tuo progetto è un piccolo bastardo affamato di energia, potresti essere limitato alle batterie al litio. In molti modi le batterie al litio sono un dono meraviglioso per l'umanità da parte di scienziati intelligenti delle batterie e ragazzo sono grato per questi doni.

I pacchi batteria sono necessari per un'intera gamma di prodotti con elevate esigenze di potenza. Questi potrebbero essere altoparlanti portatili, e-bike, skateboard elettrici, power bank, torce elettriche, roba RC e molto, molto altro.

L'unico problema con queste batterie (ignorando totalmente la loro delicatezza di carica/scarica e la tendenza a prendere fuoco se maltrattate) è che sono piuttosto costose rispetto ad altre tecnologie di batterie inferiori. Quindi essere in grado di creare i propri pacchi batteria a basso costo è un ottimo strumento per progetti seri.

Fortunatamente per noi le batterie al litio sono così popolari che sono ovunque intorno a noi. Quindi in questo tutorial ti guiderò attraverso il processo di creazione del tuo pacco batteria da 18650 batterie al litio, recuperate da vecchi laptop che puoi utilizzare per alimentare i tuoi progetti affamati di energia.

Passaggio 1: perché questo Instructable?

Quindi cosa distingue questo istruibile dalle molte altre istruzioni sulla costruzione di un pacco batteria? Bene, ho notato che quando si cerca un modo per costruire un pacco batteria, di solito vengono fornite due opzioni. Questi servono per saldare le celle insieme con una saldatrice a punti o per saldare le celle insieme. Senza entrare troppo nei dettagli, ci sono ovviamente alcuni pro e contro con queste opzioni. Il vantaggio della saldatura a punti è che offre un legame affidabile con pochi danni alla batteria. Il contro, tuttavia, è che richiede una saldatrice a punti che può essere piuttosto costosa. La saldatura è molto più economica e creerà una connessione migliore ma al costo di danneggiare la batteria a causa del trasferimento di calore nella cella. Un altro inconveniente di cui soffrono entrambi questi metodi è che sono abbastanza permanenti, richiedendo la dissaldatura o il taglio delle linguette per consentire modifiche alla configurazione della batteria. Quindi sto optando per una terza opzione che è un pacco batteria senza saldatura e potenzialmente senza saldatura.

Ho progettato questi portacelle modulari che consentono la costruzione di qualsiasi pacco batteria di dimensioni griglia senza l'uso di costose saldatrici a punti, senza danni alle batterie e con la libertà di riconfigurare il pacco batteria o sostituire le singole celle in qualsiasi momento con facilità.

Passaggio 2: Dichiarazione di non responsabilità

Prima di iniziare, tuttavia, devo informarti che le batterie al litio, per quanto meravigliose possano essere, sono piuttosto pericolose se non maneggiate correttamente. Questi sono i fiocchi di neve delle batterie e esploderanno / esploderanno in fiamme infernali se maltrattati, distruggendo il tuo progetto, l'auto, la casa o qualsiasi cosa possa essere infiammabile alla sua portata. L'alto contenuto energetico di queste batterie può anche creare seri danni in caso di cortocircuito. Non mi assumo alcuna responsabilità per qualsiasi proprietà danneggiata, creatura vivente o entità spirituale/mentale a causa di qualcosa che non va a seguito di questa istruzione. Dovresti farlo solo se hai un'adeguata conoscenza delle batterie al litio e hai preso le precauzioni necessarie.

In breve, lo fai a tuo rischio e non mi assumo alcuna responsabilità in tutto ciò che può andare storto in questo. Se non vuoi rischiare nulla allora ti consiglio di acquistare una confezione finita realizzata da professionisti.

Limitazioni:

Le istruzioni qui si concentreranno principalmente sulla creazione di un pacco batteria non protetto, quindi non verrà presa in considerazione alcun tipo di BMS o altre misurazioni di sicurezza che ci consentirebbero di utilizzare il pacco batteria in modo sicuro. Questo è lasciato a chiunque voglia costruirlo per risolverlo.

Passaggio 3: approvvigionamento di celle della batteria 18650

Se disponi già di batterie 18650 e sei interessato solo al processo di creazione di un pacco batteria, puoi passare al passaggio "Creazione del pacco".

Uno dei tipi di batteria più comuni che incontrerai sarà la cella della batteria 18650 (da ora in poi denominata cella) che è il tipo di batteria più comunemente utilizzato nei laptop. (In effetti, 18650 descrive in realtà la dimensione della cella che ha un diametro di 18 mm e una lunghezza di 65,0 mm). Ci sono ovviamente altre celle come 21700 e 26650 ma a causa della loro popolarità questo istruibile si concentrerà solo sul tipo di cella 18650.

La fonte principale per ottenere un punteggio 18650 gratuito sono senza dubbio i vecchi laptop. Questi di solito contengono 6-9 celle a seconda del tipo di laptop. Anche da cattive batterie del laptop è probabile che solo alcune delle celle saranno danneggiate mentre il resto potrebbe essere ancora utilizzabile. Altri posti per ottenere celle provengono da batterie per e-bike, power bank e anche negozi online come eBay e Amazon, anche se ovviamente non saranno gratuiti.

Una volta che hai preso in mano la batteria di un laptop, è tempo di aprirla. ATTENZIONE tuttavia poiché non si desidera forare o cortocircuitare nessuna delle batterie. Il mio consiglio è di usare uno strumento di plastica per la parte indiscreta. Se usi ancora un oggetto metallico, come un cacciavite, assicurati di farlo con delicatezza per non causare incidenti.

Una volta che hai le tue cellule è il momento di testarne la capacità. Per questo consiglio di utilizzare un caricabatterie/tester come l'OPUS BT-C3100 (link affiliato). Questi piccoli dispositivi a portata di mano caricheranno/scaricano, testeranno e manterranno le tue celle al litio per te, il che è ottimo se prevedi di utilizzare celle al litio per progetti.

Passaggio 4: pacchi batteria

I pacchi batteria sono costruiti per due motivi principali: aumentare la tensione e/o aumentare la capacità. Una cella è una singola batteria in un pacco e quando le celle sono collegate in serie viene aggiunta la tensione. Quando le celle sono collegate in parallelo, viene aggiunta la capacità delle celle, imitando così una batteria di capacità maggiore. La configurazione di un pacco batteria è solitamente descritta come XsYp dove X indica il numero di celle in serie e Y, il numero di celle in parallelo. Moltiplicandoli otteniamo il numero totale di celle necessarie per il nostro pacco.

L'intervallo di tensione di un tipico 18650 è compreso tra 4,2 V e ~ 2,5 V e quindi se si desidera un pacco batteria da 12 V che collega tre celle in serie 3s1p fornirebbe 12,6 V completamente carichi e fino a 7,5 V completamente vuoti (sebbene non sia consigliabile celle di scarica sotto i 3V).

La capacità nelle celle varia notevolmente tra modello e produttore. Ma dalla grande quantità di batterie che ho testato, la capacità prevista per le batterie dei laptop usate varia da 2000 mAh a 3000 mAh. Ovviamente troverai batterie con capacità inferiore a questa e quelle che generalmente scarto.

Quindi diciamo che vuoi creare un power bank con una capacità di 10000 mAh e hai un mucchio di celle da 2000 mAh … quindi, hai indovinato, dovrai collegarne cinque in configurazione parallela 1s5p per ottenere quei 10000 mAh e ovviamente un Regolatore DC-DC per portarlo a 5V.

Se, ad esempio, volessi 12V e almeno 10000mAh, la configurazione sarebbe 3s5p e ciò significa che la quantità richiesta di celle sarebbe 15 per creare quel pacchetto.

Creare il proprio pacco batteria è davvero molto utile e ci sono tonnellate di materiale da leggere là fuori, su Interweb. Quindi, se non conosci la creazione di pacchetti, ti suggerisco di fare qualche ricerca in quanto questa istruzione non fornirà tutti i dettagli sui pacchi batteria e sui loro limiti. Suggerimenti su alcune cose da cercare sono l'assorbimento di corrente e la divisione di corrente, il BMS, la carica di bilanciamento, l'abbassamento di tensione, la resistenza interna della batteria, le dimensioni delle schede, la chimica della batteria e l'instabilità termica.

Passaggio 5: costruire il branco

Ci sono un paio di cose che ci saranno necessarie per costruire questo pacco batteria.

Il primo passo per costruire il pacco batteria è decidere quale configurazione desideri/necessita. Questo è deciso dai requisiti di tensione, capacità e corrente. In questo tutorial creeremo un pacco batteria 3s2p che dovrebbe tradursi in una batteria da 12V 4-5000mAh.

Dal momento che stamperemo i nostri portacellulari, una stampante 3D sarà incredibilmente utile. Quindi questa è la parte in cui dovresti estrarre una stampante 3D dalla tasca posteriore o chiedere a un amico amichevole con una stampante di aiutarti. Questi portacelle sono piuttosto piccoli, quindi per ottenere la giusta tolleranza per agganciarli insieme, consiglierei di utilizzare un ugello da 0,4 mm o più piccolo. I file STL e modello possono essere trovati sul link sottostante dove troverai anche le istruzioni per la stampa.

Potrebbe anche essere necessario un trapano a seconda del metodo di assemblaggio scelto (maggiori informazioni su questo nelle diapositive successive)

Come accennato in precedenza, non sarà necessaria alcuna saldatura e la saldatura sarà facoltativa. L'uso principale di un saldatore sarebbe quello di collegare i cavi al pacco batteria. Tuttavia, ciò può essere evitato utilizzando invece terminali ad anello sui fili o semplicemente facendo in modo che le linguette agiscano come cavi e ignorando i singoli cavi delle celle (conduttori di bilanciamento).

Collegamento ai file stl: file STL

Passaggio 6: parti necessarie

Stampa tutti i supporti necessari per il tuo pacco e inizia a reperire le altre parti necessarie. Per questa build avremo bisogno di stampare un totale di sei portacelle. Stampa anche la custodia, il coperchio e, facoltativamente, il supporto poiché la custodia renderà il pacco batteria molto più resistente e affidabile.

Elenco delle parti:

• Linguetta in nichel (larghezza massima di 7,5 mm)
• 2x viti M5 (lunghe almeno 100 mm)
• 2x galletti M5
• 12x viti e dadi M3*
• Terminali (rosso e nero)
• Lead di bilanciamento*

*Parte opzionale

Passaggio 7: assemblare il pacchetto

Una volta che hai tutte le parti è il momento di assemblare il pacco e questo è abbastanza semplice in quanto i portacelle stampati possono essere agganciati l'uno all'altro per creare la dimensione del pacco richiesta.

I portacelle sono progettati in modo tale che ci siano diversi modi di usarli per costruire un pacco batteria.

1. La prima opzione consiste nell'infilare le linguette nel supporto della cella per connettere più celle. I supporti sono progettati con una certa elasticità che dovrebbe garantire il corretto contatto con la cella della batteria.
2. La seconda opzione consiste nell'utilizzare le viti M3 come contatti terminali e serrare le linguette sulle viti utilizzando i dadi. Per questo può essere utile praticare dei fori nelle linguette per consentire il passaggio delle viti M3. Ho fornito una maschera che aiuterà con la spaziatura durante la perforazione di questi fori. Può essere saggio utilizzare dadi in nylon o loctite per evitare che i dadi si svitino se la batteria resiste alle vibrazioni.

Qualsiasi saldatura di cavi e fili (come cavi di bilanciamento) e linguette di collegamento (per creare connessioni in serie) dovrebbe essere eseguita in questa fase, assicurandosi che le linguette corrette siano collegate.

Una volta terminata la prima parte (chiamiamola parte inferiore) e saldati/attaccati i fili conduttori appropriati, può essere posizionata nella parte inferiore della custodia. Sarà un adattamento stretto. Questo ha lo scopo di creare un pacco robusto e ridurre qualsiasi rumore inutile all'interno del pacco.

Inserire le batterie, assicurandosi che tutte le coppie in parallelo siano allo stesso livello di tensione e che le celle abbiano capacità simile. Per creare una connessione in serie, la coppia di celle dovrebbe essere rivolta in direzione alternata, il che significa che la coppia centrale dovrebbe essere rivolta verso l'opposto delle altre due coppie.

Inserire i portacelle superiori nella confezione. Questo passaggio potrebbe richiedere un po' di dimenarsi e giocherellare per far allineare correttamente tutte le celle nel supporto superiore.

IMPORTANTE!

• Assicurati assolutamente di ottenere la polarità e l'orientamento delle celle corrette, altrimenti corri il rischio di cortocircuitare le celle e, con ciò, liberare il loro pieno potenziale, il che raramente è una buona cosa.
• Se si utilizzano celle recuperate da vecchie batterie del laptop o altri dispositivi elettronici, assicurarsi di rimuovere tutti gli adesivi, i residui di colla o qualsiasi altra cosa che potrebbe essere sulla cella, facendo attenzione a non rimuovere l'involucro termoretraibile. Si desidera che la cella si muova liberamente nel supporto della cella per consentire un buon contatto dei terminali.

Passaggio 8: prova il pacchetto

Avvita delicatamente il coperchio e voilà! si spera che tu abbia un pacco batteria funzionante. Ovviamente ora è il momento di estrarre il multimetro e testare il pacco per vedere che fornisce la tensione prevista.

Come si può vedere dalle foto ho creato alcuni pacchi batteria con questi supporti e devo dire che sono davvero ottimi. Ora è possibile creare pacchetti in cui è possibile sostituire facilmente le celle danneggiate, modificare la configurazione e caricare le celle individualmente.

Ci sono tuttavia alcune cose che vale la pena menzionare su questo modo di costruire i pacchetti. Poiché la connessione non è collegata alle celle, è necessario prestare particolare attenzione per garantire che ogni cella stabilisca un contatto corretto. Se le celle non effettuano un contatto corretto, potrebbero essere generate scintille poiché le batterie si scaricano in modo non uniforme. Un'altra cosa da tenere a mente è che questa soluzione si tradurrà in un pacco batteria meno compatto rispetto ad esempio alla saldatura. Il terzo inconveniente è che, sebbene la costruzione modulare lo renda flessibile, sei ancora limitato alle configurazioni del modello di griglia e la personalizzazione della forma del pacco batteria diventa quindi più difficile.

Ma se nessuno degli inconvenienti sopra menzionati ti infastidisce, congratulazioni per aver superato le istruzioni e potresti essere in grado di risolvere tutte le tue future sfide di potere.

Ricorda che l'utilizzo di batterie al litio senza alcuna protezione è piuttosto rischioso, quindi una raccomandazione è quella di utilizzare un BMS (sistema di monitoraggio della batteria) adatto per proteggere il pacco da sovraccarico/scaricamento e anche se è inclusa una funzione di bilanciamento, può essere utilizzato anche per caricare il branco. Vedi i link sotto del mio BMS suggerito da usare per piccoli pacchetti.

BMS 12V (confezione da 3s)

BMS 16V (confezione da 4s)