بسته باتری لیتیوم DIY 4S با BMS: 6 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:57

من بیش از یک آموزش یا راهنمای نحوه استفاده از باتری های لیتیوم یونی و بسته های باتری را تماشا کرده و خوانده ام ، اما واقعاً ندیده ام که جزئیات زیادی به شما بدهد. به عنوان یک مبتدی ، در یافتن پاسخ های خوب مشکل داشتم ، بنابراین بسیاری از این موارد آزمایش و خطا (و جرقه) بود.

وقتی تصمیم گرفتم یک باتری از 18650 سلول لیتیوم یون برای یک پروژه بسازم ، باتری لپ تاپ قدیمی خود را جدا کردم ، باتری ها را بیرون آوردم ، آنها را به همراه نوارهای فلزی به هم متصل کردم. با این حال ، در اولین تلاش خود آموختم که این کار چندان آسان نیست. باتری های یون لیتیوم مانند باتری های نیکل فلز هیدرید ، سرب اسید یا باتری های نیکل کادمیوم نیستند. آنها به تخلیه بیش از حد ، شارژ بیش از حد و اتصال کوتاه حساس هستند و به مراقبت خاصی احتیاج دارند تا از گرم شدن ، ذوب شدن یا انفجار آنها جلوگیری شود.

چرا از آنها استفاده کنیم؟ آنها واقعاً برای پروژه ها عالی هستند زیرا ولتاژ بالاتری نسبت به سایر مواد شیمیایی دارند و انرژی زیادی را در خود نگه می دارند ، به این معنی که می توانید از آنها کمتر از زمانی که از سلولهای هیدرید نیکل فلز یا سلولهای نیکل کادمیوم (فقط 1.2 ولت) استفاده می کنید ، استفاده کنید. باتری های ابزار برقی و باتری های خودروهای برقی به همین دلیل از سلول های یون لیتیوم ساخته شده اند. آنها در همه اشکال و اندازه ها و ظرفیت ها وجود دارند. سلولهای با کیفیت بالا می توانند سرعت تخلیه بالای 20 آمپر را تحمل کنند و در پیکربندی های متعدد سلول به خوبی کار می کنند. اگر به اطراف خود نگاه کنید می توانید آنها را به صورت ارزان یا رایگان تهیه کنید زیرا تقریباً هر لپ تاپ دارای باتری لیتیوم یون است که گاهی اوقات مردم آن را به دلیل "مرده" دور می اندازند ، اما ممکن است عمر زیادی در آن باقی بماند.

من در حال ساخت یک بسته 4S2P هستم که دارای 4 سلول به صورت سری و 2 سلول به صورت موازی برای 8 سلول است. این به شما ولتاژ شارژ کامل 16.8 ولت ، اسمی 14.8 ولت ، و درجه تخلیه 12 ولت را می دهد و ظرفیت سلول های سری را دو برابر می کند. همچنین دارای سیستم مدیریت باتری است که برای محافظت از سلول ها و عملکرد صحیح آن ضروری است. من توانستم این پروژه را با حدود 20 دلار آمریکا به پایان برسانم. به علاوه ، من آن را درست کردم!

بنابراین ، بیایید شروع کنیم! پیوندهایی به مواد مورد استفاده من اضافه خواهد شد.

مرحله 1: مواد ، ابزار و ایمنی

سلولهای یون لیتیوم تقریباً بی ضرر نیستند ، اما باید احتیاط هایی را انجام دهید. از کوتاه شدن آنها خودداری کنید و مراقب آهن لحیم کاری و ابزار باشید.

برای ابزارها به آهن لحیم کاری حداقل 30 وات احتیاج دارید ، مولتی متر دیجیتال ، برش دهنده های چاقو یا سیم ، برش های جانبی یا برش های برقی.

بعد ، لحیم کاری با کیفیت خوب مانند این:

سایر موارد ضروری ، البته برخی از باتری های لیتیوم یون 18650 ، یک بسته لپ تاپ قدیمی یا برخی از این موارد است:

نوارهای نیکل خالص مانند این:

یک سیستم/برد مدیریت باتری:

اتصالات پلاگین تعادل 4S:

اتصال دهنده های نوع T (یا کانکتورهای XT60):

شارژر بالانس برای شارژ بسته باتری:

ساير اقلام متفرقه شامل 18 سنج (قطر 1.02 ميلي متر) ، سنج 26 (قطر 0.40 ميلي متر) تا سنج 24 كيلو متر (.51 ميلي متر) ، نوار پوشاننده و يا نوار برقي يا فيلم كاهنده حرارتي بود.

مرحله 2: باتری ها

اول ، شما به برخی از باتری های لیتیوم یون 18650 نیاز دارید. از آنجا که من این کار را ارزان انجام می دهم ، به دنبال باتری های قدیمی لپ تاپ رفتم و یک بسته 9 سلولی Dell در انبار مقرون به صرفه کمتر از 3 دلار پیدا کردم. این بسته از سلولهای مارک قرمز سانیو با کیفیت خوب تشکیل شده بود. من برگه اطلاعات را بررسی کردم و آنها تقریباً دارای استاندارد 2200 میلی آمپر ساعت و دارای جریان تخلیه 4 آمپر هستند. بد نیست. بله ، آنها تقریباً مرده بودند (هر سلول زیر 2 ولت) ، اما من توانستم آنها را زنده کنم. من یک دستورالعمل دیگر تهیه می کنم که به شما می گوید چگونه این کار را انجام دهید. شما می توانید سلول های جدید را در eBay یا Amazon خریداری کنید ، اما می توانند برای مارک های خوب گران قیمت باشند. از مواردی که ظرفیت 5000 یا 9800 میلی آمپر ساعت را تبلیغ می کنند ، دوری کنید. آنها احتمالاً سلول های نام تجاری هستند که در آزمایشات کنترل کیفیت در کارخانه شکست خورده اند و ممکن است ظرفیت 1000 یا حتی 900 میلی آمپر ساعت داشته باشند. آنها مجدداً مارک گذاری شده و مجدداً با تخفیف فروخته می شوند. اگر از باتری لپ تاپ قدیمی استفاده کرده اید ، باید اتصالات قدیمی را از پایانه ها بردارید. برای این کار از برش های جانبی استفاده کنید.

مرحله 3: اتصال سلول ها

در مرحله بعد شما به راهی برای چسباندن سلول ها به یکدیگر نیاز دارید. می توانید از زبانه های لحیم کاری فولادی یا نوارهای نیکل استفاده کنید. من از نوارهای نیکل خالص استفاده می کنم ، نه فولاد نیکل ، زیرا در کشش جریان زیاد ، فولاد دارای مقاومت بیشتری نسبت به نیکل است ، که می تواند باعث تجمع گرما شود. آنها را به سلول ها لحیم می کنم. این روش توصیه نمی شود زیرا اگر آهن لحیم کاری را روی سلول به مدت طولانی نگه دارید ، به سلول آسیب می رساند و باعث از دست رفتن ظرفیت آن می شود. بهترین راه این است که از جوشکار نقطه ای هدفمند مانند این استفاده کنید:

با این حال ، مگر اینکه تعداد زیادی باتری تهیه کنید و هزینه 200 دلار یا بیشتر را برای یک دستگاه توجیه کنید ، لحیم کاری خوب است. فقط مراقب باش.

برای آهن لحیم کاری ، حداقل یک آهن 30 وات و لحیم خوب را توصیه می کنم. لحیم کاری خوب بسیار مهم است. برای این کار از لحیم بدون سرب استفاده کنید زیرا دمای ذوب بالاتری دارد. همچنین ، آهن لحیم کاری ضعیف آنقدر داغ نمی شود که بتواند سلول ها را به نوار نیکل بچسباند.

برای ساخت بسته باتری ، ما 4 سلول را به صورت سری می گیریم و یک سلول موازی اضافه می کنیم ، بنابراین ولتاژ و ظرفیت هر سلول را دو برابر می کنیم. برای مشاهده نحوه اتصال سلول ها به نمودار بالا مراجعه کنید. تنها عامل محدود کننده این است که همه سلول ها باید یکسان باشند. حتی با وجود BMS ، ظرفیت های نابرابر باعث می شود که یک سلول به طور نابرابر شارژ و تخلیه شود و این می تواند باعث شکست سریعتر آن سلول و سلول های دیگر شود. به همین دلیل استفاده از باتری های لپ تاپ خوب است ، زیرا همیشه از آنها استفاده می شود.

برای لحیم کاری سلولها ، پایانه های مثبت و منفی سلولها را خشن کرده و مقدار کمی لحیم کاری روی آن بمالید. در مرحله بعد ، سلولها را به ترتیب مناسب برای اتصال سری/موازی همانطور که در نمودارها نشان داده شده است ، مرتب کنید. برای این کار سلول ها را با نوار ماسک چسباندم ، اما می توانید از جداکننده های باتری نیز استفاده کنید.

نوارهای نیکل را به طول مناسب برش دهید تا سلول ها به یکدیگر متصل شوند. من برای این کار از برش های جانبی استفاده کردم ، اما برش های قلع یا برش های ورق نیز کار می کنند. روی هر انتهای نوار لحیم کاری کنید و نوار را به پایانه های باتری لحیم کنید. لحیم کاری را زیاد نگه ندارید ، فقط کافی است لحیم کاری ذوب شود. قبل از لحیم کردن اتصالات نهایی ، سلول ها را به هم چسباندم تا آنها به درستی تراز شوند.

مرحله 4: BMS Board and Balance Connections

برای استفاده بیشتر از باتری و جلوگیری از خرابی زودرس ، باید راهی برای اطمینان از محافظت و شارژ مناسب آنها اضافه کنید. یون های لیتیوم یا سلول های پلیمری باید از تخلیه زیر یا بیشتر محافظت شوند ، که می تواند واقعاً بد باشد. این کار توسط سیستم/برد مدیریت باتری یا BMS انجام می شود. این دستگاه ترکیبی از حفاظت از باتری برای باتری های چند سلولی است که ما در حال ساخت آن هستیم. این سیستم مدیریت باتری یا به اختصار BMS نامیده می شود. این دستگاه از سلول ها در برابر تخلیه بیش از حد و زیر ، جهش جریان و اتصال کوتاه محافظت می کند. انواع مختلف و پیکربندی بردهای BMS برای چیدمان و برنامه های مختلف سلول وجود دارد. من از یک برد 4S BMS با جریان کار 10 آمپر استفاده می کنم ، که برای برنامه من مناسب است (چراغ قوه LED 100 وات).

اتصال آن آسان است. هنگامی که باتری ما با هم لحیم می شود ، باید ولتاژهای سلول های سری را با یک مولتی متر اندازه گیری کنیم. شما باید 14.8 ولت برای باتری مثبت ، 3.7 ولت ، 7.4 ولت و 11.1 ولت داشته باشید. 5 اتصال برای دوشاخه تعادل 4S وجود دارد: یکی برای باتری مثبت یا سلول شماره 4 ، یکی برای منفی ، سلول شماره 1 ، سلول شماره 2 و سلول شماره 3. این موارد را با قرار دادن پروب منفی در طرف منفی بسته و اندازه گیری اتصالات اندازه گیری کنید. هنگامی که همه آنها مطابقت دارند ، می توانید سیم های تعادل را از هر اتصال به پدهای صحیح در BMS لحیم کنید.

من از سیم 26 سنج (0.40 میلی متر قطر) برای اتصالات ترازو و 18 گیج (قطر 1.02 میلی متر) برای باتری +/- و خروجی بار استفاده کردم زیرا آنها تقریبا 10 آمپر جریان را کنترل می کنند. می توانید از سیم های کوچکتر برای اتصالات ترازو استفاده کنید زیرا آنها تقریباً هیچ جریانی را کنترل نمی کنند ، فقط ولتاژ مربوطه را از اتصالات دریافت می کنند. اگرچه برای این کار زیر 26 درجه نمی روم. هنگامی که بسته را وصل کردید ، می توانید دوشاخه تعادل را به خروجی های مناسب باتری متصل کنید.

مرحله 5: شارژ موجودی

اکنون که همه چیز را به هم وصل کرده ایم ، می توانیم بسته خود را به شارژر متصل کرده و از شارژ شدن آن مطمئن شویم. از این طریق خواهید فهمید که اتصالات شما اشتباه است ، زیرا شارژر شما شارژ نمی کند و به شما در مورد اتصالات ولتاژ نادرست هشدار می دهد.

برای شروع ، ما نیاز به یک شارژر تعادل برای باتری های لیتیوم داریم. هیچ شارژر دیگری برای این کار نمی کند زیرا باید حالت تعادل داشته باشد! من از کلون چینی SkyRC iMax B6 استفاده می کنم. نه ، این معامله واقعی نیست ، اما من نسخه آن را خوب کار کردم. سیم های مثبت و منفی باتری را به شارژر وصل کنید. شارژر من دارای دوشاخه موز با کانکتور نوع Deans است که به اتصالات مختلف متصل می شود. می توانید از گیره تمساح یا سیم در یک شارژر شارژ مانند Deans یا XT60 استفاده کنید. من از کانکتور Deans استفاده می کنم و آن را به خروجی های موجود در برد بالانس متصل می کنم. مطمئن شوید که این جایی است که شارژر را وصل می کنید زیرا BMS برای فعال شدن خود به سیگنال 12.6 ولت نیاز دارد. اگر قصد دارید این یک باتری قابل جابجایی باشد ، خروجی را به هر کانکتوری که دستگاه شما استفاده می کند وصل کنید. من سیم خود را با اتصالات بیل و دوشاخه Deans سیم کشی می کنم ، زیرا بیشتر به طور دائم روی پروژه من نصب می شود.

ممکن است شارژر شما متفاوت باشد ، اما تقریباً برای همه کلون های شارژر SkyRC iMax B6 اینگونه عمل می کند. سیم تعادل را به سوکت 4S روی شارژر وصل کنید. فقط از یک جهت پیش می رود و برای جنبه های مثبت و منفی باتری مشخص شده است. سیم شارژر را وصل کرده و حالت شارژ را روی "تعادل" تنظیم کنید. مطمئن شوید که شارژر نیز روی حالت "4S" تنظیم شده باشد. از آنجا که این یک بسته 4400 میلی آمپر ساعتی است ، من دوست دارم جریان شارژ را روی 1/2 یا کمتر از حداکثر حداکثر جریان تنظیم کنم ، بنابراین 2 تا 2.2 آمپر. من از 1.5 استفاده می کنم زیرا این یک آزمایش است. این باتری ها تقریباً کاملاً شارژ شده اند ، بنابراین ولتاژها زیاد است. هنگامی که در حال کار است ، باید ببینید که 4 سلول سری به طور مساوی شارژ می شوند ، در فاصله 0.1 تا 0.2 ولت از یکدیگر. پس از اتمام شارژ ، تمام سلول ها باید در یک ولتاژ یکسان ، یعنی 4.2 ولت باشند. بسته باید ولتاژ شارژ کامل 16.8 ولت را بخواند. هنگامی که در ولتاژ اسمی است ، 14.8 ولت (3.7 ولت در هر سلول) است. اگر برای اولین بار آن را شارژ می کنید ، برای اولین بار شارژ را با تنظیم جریان کم شروع کنید ، سپس با شارژ مجدد آن را افزایش دهید.

مرحله 6: نتیجه گیری

خودشه! شما یک باتری لیتیوم یونی کاربردی و قابل اعتماد شبیه یک بسته LiPo 4S 5000 میلی آمپر ساعتی با کسری از هزینه ساخته اید! بله ، شما نیاز به شارژر دارید ، اما اگر یک باتری قدیمی لپ تاپ دارید ، سیم ، دوشاخه شارژ و زبانه های لحیم کاری دارید ، تنها چیزی که نیاز دارید این است که BMS راه اندازی شود که در صورت خرید از آن حدود 10 دلار یا کمتر هزینه دارد. چین این برای من حدود 24 دلار آمریکا هزینه داشت. اگر همه آن را از چین تهیه کنم ، حتی ارزان تر خواهد بود ، اما نمی خواستم یک ماه منتظر بمانم تا قطعات به اینجا برسند! من قبلاً شارژر ، آهن لحیم ، مولتی متر ، لحیم ، ابزار و سیم داشتم ، بنابراین تنها چیزی که باید خرید می کردم این بود:

باتری لپتاپ

برد BMS

شاخه های تعادل

نوارهای نیکل

ارزان تر از خرید بسته LiPo بود و کاربردی تر بود زیرا به چیزی نیاز داشتم که در پروژه من جا بیفتد. علاوه بر این ، سرگرم کننده است و من با این کار چیزهای زیادی آموختم!

امیدوارم از این راهنما خوشتان آمده باشد و بیشتر از همه ، امیدوارم بیشتر از قبل از خواندن آن اطلاعات داشته باشید. این اولین تلاش من است ، بنابراین لطفاً نظر دهید و به من اطلاع دهید که چگونه کار کردم ، یا می تواند برای آینده بهتر باشد! ممنون که خواندید!