Batteria al litio 4S fai-da-te con BMS: 6 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:04

Ho guardato e letto più di un tutorial o guida pratica sulle batterie agli ioni di litio e sui pacchi batteria, ma non ne ho visto uno che ti fornisca molti dettagli. Da principiante, ho avuto difficoltà a trovare buone risposte, quindi molte di queste erano prove ed errori (e scintille).

Quando ho deciso di costruire una batteria con 18650 celle agli ioni di litio per un progetto, ho smontato la mia vecchia batteria del laptop, ho tirato fuori le batterie, le ho saldate insieme a strisce di metallo in una batteria. Tuttavia, ho imparato al mio primo tentativo che non era così facile. Le batterie agli ioni di litio non sono come le batterie al nichel-idruro metallico, al piombo acido o al nichel-cadmio. Sono sensibili alla scarica eccessiva, alla carica eccessiva e ai cortocircuiti e necessitano di cure speciali per evitare che si surriscaldino, si sciolgano o esplodano.

Perché usarli? Sono davvero ottimi per i progetti perché hanno un voltaggio più alto rispetto ad altri prodotti chimici e trattengono molta energia, il che significa che puoi usarne meno rispetto a se stessi usando celle al nichel-idruro metallico o al nichel-cadmio (solo 1,2 volt). Per questo motivo le batterie degli utensili elettrici e le batterie dei veicoli elettrici sono realizzate con celle agli ioni di litio. Ne esistono di tutte le forme, dimensioni e capacità. Le celle di alta qualità possono resistere a velocità di scarica elevate di oltre 20 ampere e funzionano bene in configurazioni di celle multiple. Puoi anche ottenerli a buon mercato o gratuitamente se ti guardi intorno perché praticamente ogni laptop ha una batteria agli ioni di litio che le persone a volte buttano via perché è "morta", ma potrebbe avere ancora molta vita.

Sto costruendo un pacchetto 4S2P che ha 4 celle in serie e 2 in parallelo per 8 celle. Questo ti darà una tensione di carica completa di 16,8 volt, una tensione nominale di 14,8 volt e una potenza di scarica di 12 volt e il doppio della capacità delle celle in serie. Dispone inoltre di un sistema di gestione della batteria, necessario per proteggere le celle e mantenerle perfettamente funzionanti. Sono stato in grado di completare questo progetto per circa $ 20 USD. Inoltre, ce l'ho fatta!

Quindi iniziamo! I collegamenti ai materiali che ho usato saranno inclusi.

Passaggio 1: materiali, strumenti e sicurezza

Le celle agli ioni di litio sono piuttosto innocue, ma è necessario prendere alcune precauzioni. Evita di metterli in cortocircuito e fai attenzione con il saldatore e gli strumenti.

Per gli strumenti, hai bisogno di un saldatore da almeno 30 watt, un multimetro digitale, un coltello o uno spelafili, tronchesi laterali o tronchesi.

Successivamente, alcune saldature di buona qualità come questa: https://www.ebay.com/itm/Kester-44-Rosin-Core-Sold… Questo è tra i migliori che puoi ottenere per l'elettronica.

Gli altri elementi necessari sono, ovviamente, alcune batterie agli ioni di litio 18650, un vecchio pacchetto per laptop o alcune come queste:

Strisce di puro nichel come queste:

Un sistema/scheda di gestione della batteria:

Connettori per bilancia 4S:

Connettori tipo T Deans (o connettori XT60):

Caricatore di bilanciamento per caricare il pacco batteria:

Altri articoli vari erano un filo da 18 gauge (1,02 mm di diametro), da 26 gauge (da 0,40 mm di diametro) a 24 gauge (,51 mm), nastro adesivo e/o nastro isolante o pellicola termoretraibile.

Passaggio 2: le batterie

Innanzitutto, avrai bisogno di alcune batterie agli ioni di litio 18650. Dato che lo sto facendo a buon mercato, ho cercato vecchie batterie per laptop e ho trovato un pacchetto Dell a 9 celle nel deposito dell'usato per meno di $ 3. Questo pacchetto era composto da alcune celle di marca Sanyo rosse di buona qualità. Ho controllato la scheda tecnica e hanno una capacità di 2200 mAh abbastanza standard e hanno una corrente di scarica di 4 ampere. Non male. Sì, erano praticamente morti (sotto i 2 volt per cella), ma sono riuscito a rianimarli. Sto creando un altro Instructable che ti dice come farlo. Puoi acquistare celle nuove di zecca su eBay o Amazon, ma possono essere costose per le buone marche. Stai lontano da quelli che pubblicizzano una capacità di 5000 o 9800 mAh. Probabilmente sono celle di marca che non hanno superato i test di controllo qualità in fabbrica e possono avere una capacità di 1000 o addirittura 900 mAh. Vengono rinominati e rivenduti con uno sconto. Se hai utilizzato una vecchia batteria per laptop, devi rimuovere i vecchi connettori dai terminali. Usa le tronchesi laterali per farlo.

Passaggio 3: collegamento delle celle

Quindi hai bisogno di un modo per incollare le celle insieme. È possibile utilizzare linguette di saldatura in acciaio o strisce di nichel. Sto usando strisce di nichel puro, non acciaio nichelato perché ad alti assorbimenti di corrente, l'acciaio ha una resistenza maggiore del nichel, che può causare accumulo di calore. Le sto saldando alle celle. Questo non è il modo consigliato perché se tieni il saldatore sulla cella troppo a lungo, danneggerà la cella e ne farà perdere capacità. Il modo migliore è utilizzare una puntatrice appositamente realizzata come questa:

Tuttavia, a meno che non si creino molti pacchi batteria e si possa giustificare la spesa di $ 200 o più per uno, la saldatura va bene. Solo stai attento.

Per il saldatore consiglio almeno un ferro da 30 watt e una buona saldatura. Una buona saldatura è fondamentale. Non utilizzare saldatura senza piombo per questo perché ha una temperatura di fusione più elevata. Inoltre, un saldatore più debole non si surriscalda abbastanza da legare correttamente le celle alle strisce di nichel.

Per costruire il pacco batteria, prendiamo 4 celle in serie e aggiungiamo una cella in parallelo, quindi abbiamo il doppio della tensione e della capacità per cella. Vedere lo schema sopra per come procedere per collegare le celle. L'unico fattore limitante è che tutte le celle devono essere identiche. Anche con il BMS, capacità diseguali farebbero sì che una cella si carichi e si scarichi in modo disuguale e ciò potrebbe causare un guasto più rapido di quella cella e delle altre. Ecco perché è bene utilizzare le batterie del laptop, visto che sono sempre state usate insieme.

Per saldare le celle, sgrossare i terminali positivo e negativo delle celle e applicare una piccola quantità di saldatura. Quindi, disporre le celle nell'ordine corretto per il collegamento in serie/parallelo come mostrato negli schemi. Ho fissato le celle insieme con del nastro adesivo per questo, ma puoi anche usare i distanziatori della batteria.

Tagliare le strisce di nichel alla lunghezza corretta per collegare le celle insieme. Ho usato alcune taglierine laterali per questo, ma funzionano anche forbici per latta o taglierine per lamiera. Applicare saldatura a ciascuna estremità della striscia e saldare la striscia ai terminali della batteria. Non tenere il saldatore troppo a lungo, quanto basta per sciogliere la saldatura. Ho unito le celle con nastro adesivo prima di saldare le connessioni finali per mantenerle allineate correttamente.

Passaggio 4: scheda BMS e collegamenti del bilanciamento

Per ottenere il massimo dal pacco batteria ed evitare che si guasti prematuramente, dobbiamo aggiungere un modo per assicurarci che siano protetti e caricati correttamente. Le celle agli ioni di litio o ai polimeri devono essere protette da scariche inferiori o superiori, il che può essere davvero dannoso. Questa operazione viene eseguita da un sistema/scheda di gestione della batteria o BMS. È un dispositivo che combina la protezione della batteria per batterie a più celle come stiamo costruendo. Si chiama sistema di gestione della batteria o BMS in breve. È un dispositivo che protegge le celle da sovra e sotto scarica, picchi di corrente e cortocircuiti. Esistono molti tipi e configurazioni diverse di schede BMS per diverse disposizioni e applicazioni di celle. Sto usando una scheda BMS 4S classificata per una corrente di lavoro di 10 amp, che va bene per la mia applicazione (torcia a LED da 100 watt).

Collegarlo è facile. Una volta che la nostra batteria è saldata insieme, dobbiamo misurare le tensioni attraverso le celle della serie con un multimetro. Dovresti avere 14,8 volt per il positivo della batteria, 3,7 V volt, 7,4 V volt e 11,1 volt. Ci sono 5 connessioni per una spina di bilanciamento 4S: una per il positivo della batteria o la cella n. 4, una per il negativo, la cella n. 1, la cella n. 2 e la cella n. 3. Misurali mettendo la sonda negativa sul lato negativo del pacco e misurando attraverso le connessioni. Una volta che tutti corrispondono, puoi saldare i fili di bilanciamento da ciascuna connessione ai pad corretti sul BMS.

Ho usato un cavo di calibro 26 (diametro.40 mm) per i collegamenti della bilancia e un filo di calibro 18 (diametro 1,02 mm) per la batteria +/- e le uscite di carico poiché gestiranno quasi 10 ampere di corrente. È possibile utilizzare un filo più piccolo per i collegamenti di bilanciamento poiché non gestiscono quasi nessuna corrente, solo la rispettiva tensione dai collegamenti. Non andrei sotto il calibro 26 però per questo. Una volta collegato il pacco, è possibile collegare i cavi della spina di bilanciamento alle uscite della batteria appropriate.

Passaggio 5: ricarica dell'equilibrio

Ora che abbiamo tutto collegato, possiamo collegare il nostro pacco al caricabatterie e assicurarci che si carichi. In questo modo saprai se le tue connessioni sono sbagliate, perché il tuo caricabatterie non si caricherà e ti avviserà di connessioni di tensione errate.

Per iniziare, abbiamo bisogno di un caricabatterie bilanciato per batterie al litio. Nessun altro caricabatterie funzionerà per questo perché deve avere una modalità di bilanciamento! Sto usando un clone cinese dello SkyRC iMax B6. No, non è il vero affare, ma ho trovato che la copia funzionava bene. Collegare i cavi positivo e negativo della batteria al caricabatterie. Il mio caricabatterie ha spine a banana con un connettore di tipo T Deans che si collega a vari connettori. È possibile utilizzare clip a coccodrillo o cavi in una spina del caricabatterie come Deans o XT60. Sto usando un connettore Deans e l'ho collegato alle uscite sulla scheda di bilanciamento. Assicurati che sia qui che colleghi il caricabatterie perché il BMS ha bisogno di un segnale da 12,6 volt per attivarsi. Se intendi che questa sia una batteria rimovibile, collega l'uscita a qualsiasi connettore che utilizzerà il tuo dispositivo. Sto cablando il mio con connettori a forcella e una presa Deans perché sarà per lo più montato in modo permanente sul mio progetto.

Il tuo caricabatterie potrebbe essere diverso, ma è così che funziona praticamente per tutti i cloni del caricabatterie SkyRC iMax B6. Collegare il cavo della bilancia alla presa 4S del caricabatterie. Funziona solo in un modo ed è contrassegnato per i lati positivo e negativo della batteria. Collegare il cavo del caricabatterie e impostare la modalità di carica su "Balance". Assicurati che anche il caricabatterie sia impostato sulla modalità "4S". Poiché si tratta di un pacco da 4400 mAh, mi piace impostare la corrente di carica su 1/2 o meno della corrente nominale massima, quindi da 2 a 2,2 ampere. Sto usando 1.5 perché questo è un test. Queste batterie sono praticamente completamente cariche, quindi le tensioni sono alte. Quando è in funzione, dovresti vedere le 4 celle della serie caricarsi allo stesso modo, tra 0,1 e 0,2 volt l'una dall'altra. Al termine della carica, tutte le celle dovrebbero essere alla stessa tensione, che è di 4,2 volt. Il pacco dovrebbe leggere una tensione di carica completa di 16,8 volt. Quando è alla tensione nominale, è 14,8 volt (3,7 volt per cella). Se lo stai caricando per la prima volta, inizia con un'impostazione di corrente bassa per la prima carica, quindi aumentalo quando lo ricarichi.

Passaggio 6: conclusione

Questo è tutto! Hai realizzato una batteria agli ioni di litio funzionale e affidabile simile a un pacco LiPo 4S 5000 mAh per una frazione del costo! Sì, hai bisogno di un caricabatterie, ma se hai una vecchia batteria per laptop in giro, un filo, una spina di ricarica e schede di saldatura, tutto ciò di cui hai bisogno è il BMS per iniziare che costa circa $ 10 USD o meno se lo acquisti da Cina. Questo mi è costato circa $ 24 USD. Sarebbe stato ancora più economico se avessi ricevuto tutto dalla Cina, ma non volevo aspettare un mese prima che i pezzi arrivassero qui! Avevo già il caricabatterie, il saldatore, il multimetro, la saldatura, gli strumenti e i fili, quindi tutto ciò che dovevo comprare era:

Batteria del computer portatile

Scheda BMS

Spine di bilanciamento

Strisce di nichel

Era più economico rispetto all'acquisto di un pacchetto LiPo ed era più pratico perché avevo bisogno di qualcosa che si adattasse al mio progetto. Inoltre, è divertente e ho imparato molto facendolo!

Spero che questa guida ti piaccia e, soprattutto, spero che tu ne sappia più di quanto sapessi prima di leggerla. È il mio primo tentativo, quindi per favore commenta e fammi sapere come ho fatto, o potrebbe essere migliore per il futuro! Grazie per aver letto!