Самодельный аккумуляторный пакет из 18650 батарей
- Шаг 1: Необходимые компоненты и инструменты
- Шаг 2: Выбор подходящих аккумуляторов 18650 для батарейного пакета
- Шаг 3: Выбор подходящих никелевых полос
- Шаг 4: Сварка точечным сварочным аппаратом против пайк
- Шаг 5: Проверка напряжения аккумуляторов
- Шаг 6: Емкость и напряжение батарейного пакета
- Шаг 7: Сборка 18650-ячеек
- Шаг 8: Припаять никелевые полосы (ленты)
- Шаг 9: Добавление BMS
- Шаг 10: 3D-напечатанный корпус
- Шаг 11: Проводка компонентов
- Шаг 12: Финальная сборка.
Весь мир переходит от использования ископаемых видов топлива и когда-нибудь станет полностью электрическим. В настоящее время литий-ионные аккумуляторы являются наиболее перспективной связкой среди всех типов аккумуляторов. Большинство батарей, используемых в ноутбуках, радиоуправляемых игрушках, дронах, медицинских устройствах, электроинструментах, электровелосипедах и электромобилях, основаны на 18650-батареях. Это один из наиболее устоявшихся форматов литий-ионных аккумуляторов, который производится в больших объемах и обладает низкой стоимостью за ватт-час.
Батарея 18650 (диаметр 18 мм и длина 65 мм) — это классификация li-on аккумуляторов. Ее форма такая же, но немного больше, чем у батареи типа АА. В сравнении с ними батареи типа АА иногда называют 14500, потому что у них диаметр 14 мм и высота 50 мм.
В этом руководстве мы покажем вам, как построить аккумуляторную батарею 18650 своими руками для применения в таких устройствах, как портативный аккумулятор (в народе известен как Power Bank), солнечный генератор, электро-велосипед, аккумуляторная стена и т. д. Основная идея очень проста: объединить несколько 18650-элементов последовательно и параллельно, чтобы создать более крупный аккумуляторный пакет, а затем обеспечить его безопасность, добавив систему управления батареей (BMS/БМС).
Отказ от ответственности: Это руководство предназначено для тех, кто имеет знания в области перезаряжаемых li-on технологий. Пожалуйста, не пытайтесь выполнить это, если вы новичок. Будьте осторожны.
Шаг 1: Необходимые компоненты и инструменты:
- Аккумуляторы 18650
- BMS/БМС
- Никелевые полосы
- Индикатор уровня заряда батареи
- Рокер-переключатель/ Клавишный переключатель
- Разъем DC
- Подставка для 18650 аккумуляторов
- Винты 3M x 10 мм
Используемые инструменты:
- Сварочный аппарат точечной сварки
- 3D-принтер
- Пассатижи для обжима/перекусывания провода
- Фен для горячего воздуха
- Мультиметр
- Зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов
Средства индивидуальной защиты:
- Защитные очки
- Электрические перчатки
Шаг 2: Выбор подходящих аккумуляторов 18650 для батарейного пакета
На рынке представлено множество типов аккумуляторов 12в 18650 по ценам от 300 до 1500 рублей, но какие из них лучше всего подходят? Рекомендуется покупать аккумуляторы 12в 18650 от известных брендов, таких как Panasonic, Samsung, Sanyo и LG. У этих компаний хорошо задокументированные характеристики производительности и отличный контроль качества. Аккумуляторы от признанных брендов обычно стоят дороже, но если учитывать их длительный срок службы, то они стоят того.
В этом проекте используются аккумуляторы Panasonic 18650B емкостью 3400 мАч с сайта virtustec.ru (https://virtustec.ru/akkumulyatory-li-ion/akkumulyator-panasonic-18650b-3400mah-flat-top-pcb-zaschischennyj.html)
Шаг 3: Выбор подходящих никелевых полос
Для создания батарейного пакета вы должны соединить 18650 батарею с помощью никелевых полос или толстого провода. Обычно для этого широко используются никелевые полосы. В целом, на рынке доступны два типа никелевых полос: полосы из никелированной стали и чистого никеля. Рекомендуется покупать чистые никелевые полосы. Они немного дороже никелированной стали, но имеют гораздо меньшее сопротивление. Меньшее сопротивление означает меньшее выделение тепла во время зарядки и разрядки, что приводит к более длительному сроку службы батареи.
Никелевые полосы предлагаются с различными размерами и длинами. Выбирайте полосы в соответствии с токоотдачей.
Шаг 4: Сварка точечным сварочным аппаратом против пайки
У вас есть два варианта соединения 18650 батарей: 1. Пайка 2. Сварка точечным сварочным аппаратом
Лучший выбор всегда — сварка точечным сварочным аппаратом, но такой сварочный аппарат стоит намного дороже хорошего паяльника.
Пайка:
Стоит знать, почему сварка предпочтительнее пайки. Проблема с пайкой заключается в том, что вы прикладываете много тепла к аккумулятору, а оно не рассеивается быстро. Это усиливает химическую реакцию внутри аккумулятора, что повреждает его производительность. В конечном итоге это приведет к потере емкости и сократит срок службы аккумулятора.
Но если вы не хотите покупать дорогой сварочный аппарат, вы можете припаять никелевые вкладыши к аккумулятору, следуя некоторым предосторожностям и хитростям:
- Чтобы минимизировать время контакта паяльника с аккумулятором, убедитесь, что поверхность достаточно шероховатая, и используйте много флюса, чтобы обеспечить быстрое течение пайки.
- Лучше всего иметь паяльник с высокой мощностью (минимум 80 Вт) и хорошей тепловой емкостью, чтобы он мог быстро передавать тепло к соединению, и вам не придется долго держать паяльник у аккумулятора, позволяя теплу проникать в него и повреждать аккумулятор.
Сварка точечным сварочным аппаратом:
Мы используем сварку точечным сварочным аппаратом, потому что это надежно соединяет аккумуляторы без добавления много тепла. На рынке доступны два класса сварочных аппаратов точечной сварки: для любителей и профессиональные. Приличный сварочный аппарат для любителей стоит около 5000-30000 рублей, в то время как хороший профессиональный сварочный аппарат может стоить и в десять раз дороже.
Шаг 5: Проверка напряжения аккумуляторов
Перед тем, как соединить аккумуляторы параллельно, сначала проверьте напряжение каждой отдельной ячейки. Для соединения ячеек параллельно, напряжение каждой ячейки должно быть близким друг к другу, иначе высокий ток будет течь от ячейки с более высоким напряжением к ячейке с более низким напряжением. Это может повредить ячейки и даже привести к возгоранию в редких случаях.
Если вы используете новые ячейки, напряжение ячейки должно быть около 3,5 В до 3,7 В, и вы можете соединить их без особых опасений. Но если вы собираетесь использовать старые аккумуляторы из ноутбуков, убедитесь, что напряжение каждой ячейки приблизительно одинаково, в противном случае зарядите ячейки до одинакового уровня напряжения с помощью хорошего зарядного устройства для литий-ионных аккумуляторов. В этом руководстве использовалось своё зарядное устройство Nitecore SC4 для зарядки всех 18650 ячеек до их соединения.
Шаг 6: Емкость и напряжение батарейного пакета
Для создания батарейного пакета сначала определите номинальное напряжение и емкость пакета. Это может быть выражено в вольтах, миллиампер-часах (мАч) или ватт-часах (Втч). Вы должны соединить ячейки параллельно, чтобы достичь желаемой емкости (мАч), и соединить такие параллельные группы последовательно, чтобы получить номинальное напряжение (вольты).
Для этого проекта допустимы такие требования:
- Батарейный пакет на 11,1 В и 17 Ач.
- Характеристики использованных 18650-ячеек: 3,7 В и 3400 мАч.
- Емкость (мАч):
- Желаемая емкость батарейного пакета = 17 Ач или 17000 мАч.
- Емкость каждой ячейки = 3400 мАч
- Количество ячеек, необходимых для параллельного соединения = 17000 / 3400 = 5 шт.
Обычно ячейки, соединенные параллельно, обозначаются с помощью «P», так что этот пакет будет называться «пакет 5P». Когда 5 ячеек соединены параллельно, в итоге получается одна ячейка с более высокой емкостью (т. е. 4,2 В, 17000 мАч).
Напряжение (вольты):
- Желаемое номинальное напряжение батарейного пакета — 11,1 В.
- Номинальное напряжение каждой ячейки = 3,7 В
- Количество ячеек, необходимых для последовательного соединения = 11,1 / 3,7 = 3 шт.
Обычно ячейки, соединенные последовательно, обозначаются с помощью «S», поэтому этот пакет будет называться «пакет 3S».
Итак, мы должны соединить 3 параллельные группы (по 5 ячеек в каждой группе) последовательно, чтобы создать батарейный пакет.
Конечная конфигурация пакета обозначается как «пакет 3S5P» с финальными характеристиками 11,1 В, 17 Ач.
Шаг 7: Сборка 18650-ячеек
Из предыдущего шага ясно, что наш батарейный пакет состоит из 3 параллельных групп, соединенных последовательно (3 х 3,7 В = 11,1 В), и каждая параллельная группа имеет 5 ячеек (3400 мАч х 5 = 17000 мАч). Теперь нам нужно правильно расположить 15 ячеек для установки электрического соединения между ними и 18650 БМС.
Поместите первую параллельную группу ячеек (5 шт.) положительной стороной вверх, затем поместите вторую параллельную группу с отрицательной стороной вверх, и, наконец, последнюю параллельную группу с положительной стороной вверх. Для лучшего понимания вы можете посмотреть на картинку выше.
Вы можете собрать ячейки, чтобы создать пакет, используя горячий клей или пластиковую подставку для 18650-ячеек. Тут использовались пластиковые держатели/спейсеры для 18650-ячеек для сборки 15 ячеек. Основные преимущества использования таких держателей ячеек:
- Вы можете создать пакет по своими параметрам, любого размера в соответствии с вашими требованиями.
- Он обеспечивает пространство между ячейками, что позволяет свежему воздуху проходить и батарее легко охлаждаться.
- Это делает ваш батарейный пакет прочным и надежным.
- Он обеспечивает защиту от вибраций вашего батарейного пакета.
Шаг 8: Припаять никелевые полосы (ленты)
Теперь пришло время узнать процедуру использования сварочного аппарата точечной сварки. У сварочного аппарата точечной сварки есть три варианта сварки: сварка с фиксированной сварочной головкой, сварка с фиксированной сварочной головкой и педалью или подвижный сварочный держатель с педалью. Перед сваркой необходимо подготовить никелевые полосы и сварочный аппарат.
Разрежьте никелевые полосы:
Положите вашу никелевую полосу поверх 5 ячеек (параллельно), убедитесь, что она покрывает все выводы ячеек, оставьте 10 мм лишних полос для подключения к БМС, затем разрежьте ее. Для последовательного соединения режьте маленькие никелевые полосы, как показано на рисунке. Вам понадобится четыре длинные полосы для параллельного соединения и 10 маленьких полос для последовательного соединения.
Соедините вывод «минус» первой параллельной группы с «плюсом»второй группы, а затем «минус» второй группы с «плюсом» третьей группы.
Пайка никелевых полос:
Этот сварочный аппарат можно использовать для сварки чистого никеля, а также никелированной стали. Вы должны настроить регулировку импульсов и регулятор тока в соответствии с толщиной никелевых полос.
Для никелевых полос толщиной 0,15 мм нажмите кнопку импульса 4P и регулятор тока на 4-5. Аналогично для никелевой полосы толщиной 0,2 мм нажмите кнопку импульса 4P, 6P и регулятор тока на 7-8. Убедитесь, что сварочный держатель плотно прижат к никелевой полосе и выводам аккумулятора, затем нажмите на педаль. Вы увидите маленькую искру и две точечные метки на полосе.
Успешная сварка:
Вы можете проверить качество сварки, потянув за никелевую полосу. Если она не отходит от выводов ячейки при нажатии рукой или требуется много усилий, то это хорошая сварка. Если вы можете легко снять ее, то вам нужно увеличить ток.
И, конечно же, куда без безопасности: Перед началом сварки точечным сварочным аппаратом всегда надевайте защитные очки.
Шаг 9: Добавление BMS
Система управления батареей (BMS/БМС) — это электронная система, которая управляет батарейным пакетом литиевых аккумуляторов, основные функции которой включают:
- Мониторинг всех параллельных групп в батарейном пакете и отключение его от источника питания при полной зарядке (приближенно 4.2V).
- Балансировка напряжения всех ячеек.
- Защита от полного разряда.
Два важных параметра, которые необходимо учитывать при выборе BMS:
- Количество ячеек в последовательном соединении — например, 2S / 3S / 4S.
- Максимальный ток разряда — например, 10A / 20A / 25A / 30A.
В этом проекте использовался BMS на 3S и 25A. Вот спецификации этого BMS:
- Диапазон перенапряжения: 4.25~4.35V ± 0.05V
- Диапазон переразряда: 2.3~3.0V ± 0.05V
- Максимальный рабочий ток: 0~25A
- Рабочая температура: -40℃ ~ +50℃
Как подключить?
Подключите BMS, как показано на схеме подключения. BMS имеет четыре пайки: B-, B1, B2 и B+. Вы должны подключить отрицательную ленту первой параллельной группы к B- и положительную ленту к B1. Аналогично подключите отрицательную ленту третьей параллельной группы к B2 и положительную ленту к B+.
Вы можете приварить никелевые полосы к BMS или припаять их к плате. Советуем припаять никелевые полосы к плате для более надежного соединения. Сначала нанесите флюс для пайки на плату и концы никелевых полос. Затем произведите пайку путем покрытия пайкой всех падов и соединения их вместе.
Шаг 10: 3D-напечатанный корпус
Батарейный пакет имеет обнаженные никелевые полосы со всех сторон, чтобы избежать случайного замыкания, был сделан специальный корпус:
Для печати использовался 3D-принтер Creality CR-10S и зеленый PLA-филамент с диаметром 1,75 мм. На печать основного корпуса ушло около 6,5 часов, а на печать верхней крышки — около 1,5 часа.
Настройки 3D принтера:
- Скорость печати: 70 мм/с
- Высота слоя: 0,3 мм
- Плотность заполнения: 100%
- Температура экструдера: 205°C
- Температура стола: 65°C
Шаг 11: Проводка компонентов
Обычно стандартный аккумулятор имеет только два вывода для подключения нагрузки и зарядки аккумулятора. Кроме того, я добавил индикатор уровня заряда аккумулятора, чтобы видеть уровень заряда аккумулятора при необходимости. Для этого использовались 5-мм — ый разъем постоянного тока (12 В / 3 А) для ввода/вывода, модуль индикатора уровня заряда аккумулятора 3S, и переключатель для включения/выключения индикатора уровня заряда аккумулятора.
Теперь перейдем к проводке компонентов. Вот простая схема проводки для всех компонентов. Это довольно просто! Для изоляции проводящих частей используйте термоусадочную трубку.
Примечание: Не припаивайте провода (P+ и P-) к BMS до установки компонентов в корпус.
Шаг 12: Финальная сборка.
Сначала установите компоненты в соответствующие отсеки 3D-напечатанного корпуса. Как показано на фотографии выше.
Припаяйте положительный провод (красный) от DC-разъема и переключателя к P+ на BMS, отрицательные провода от DC-разъема и индикатора уровня заряда аккумулятора к P- на BMS.
Затем нанесите горячий клей на дно отсека для аккумулятора и установите аккумуляторный пакет. Таким образом, он будет крепко держаться и предотвращать потерю соединений проводов.
Наконец, закрутите верхнюю крышку на место! Тут использовались винты 3M x 10 для крепления крышки. Теперь батарейный пакет готов к использованию.
Зарядка батарейного пакета:
Вы можете зарядить батарейный пакет с помощью 12,6-вольтового источника питания постоянного тока, подобного этому. Все это можно найти на virtustec.ru
