Hitsaamaton litiumakku: 8 vaihetta (kuvien kanssa)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 08:59

Jos pidät elektroniikasta, yhteinen haaste voittaa on löytää sopiva virtalähde. Tämä pätee erityisesti kaikkiin kannettaviin laitteisiin/projekteihin, jotka haluat rakentaa, ja siellä akku on todennäköisesti paras vaihtoehto kyseiselle virtalähteelle. Jos rakennat pienitehoista laitetta, sinulla on lukuisia vaihtoehtoja, joista valita, mutta jos projektisi on voimakas nälkäinen pieni vika, saatat rajoittua litiumakkuihin. Litiumakut ovat monella tapaa hieno lahja ihmiskunnalle älykkäiltä akkutieteilijöiltä ja poika, olen kiitollinen näistä lahjoista.

Akkuja tarvitaan useille tuotteille, joilla on suuri virrankulutus. Näitä voivat olla kannettavat kaiuttimet, sähköpyörät, sähköiset rullalaudat, virtapankit, taskulamput, RC-tavarat ja paljon muuta.

Ainoa ongelma näissä paristoissa (jättäen täysin huomiotta niiden varauksen/purkautumisen herkkyyden ja taipumuksen nousta liekkeihin, kun niitä käsitellään huonosti) on, että ne ovat melko kalliita verrattuna muihin huonompaan akkutekniikkaan. Joten omien akkujen luominen halvalla on loistava apu vakaviin projekteihin.

Onneksi litiumparistot ovat niin suosittuja, että niitä on kaikkialla ympärillämme. Joten tässä ohjeessa opastan sinua luomaan oman akun 18650 litiumakusta, jotka on kerätty vanhoista kannettavista tietokoneista ja joita voit käyttää nälkäisiin projekteihisi.

Vaihe 1: Miksi tämä opastettava?

Joten mikä erottaa tämän ohjeen monista muista akun rakentamista koskevista ohjeista? Olen huomannut, että kun etsitään tapaa rakentaa akku, yleensä annetaan kaksi vaihtoehtoa. Niiden tarkoituksena on hitsata solut yhteen pistehitsaajan kanssa tai juottaa solut yhteen. Menemättä liikaa yksityiskohtiin näissä vaihtoehdoissa on tietysti joitain etuja ja haittoja. Pistehitsauksen ammattilainen on se, että se antaa luotettavan sidoksen ja vahingoittaa akkua vain vähän. Huonona puolena on kuitenkin se, että se vaatii pistehitsaajan, joka voi olla melko kallista. Juotos on paljon halvempaa ja luo paremman yhteyden, mutta kustannuksella, joka vahingoittaa akkua lämmönsiirron vuoksi kennoon. Toinen haitta molemmista näistä menetelmistä on se, että ne ovat melko pysyviä, ja ne tarvitsevat juottamisen tai kielekkeiden leikkaamisen, jotta akun kokoonpanoa voidaan muuttaa. Joten valitsen kolmannen vaihtoehdon, joka on hitsaamaton ja mahdollisesti juoton akku.

Suunnittelin nämä modulaariset kennopidikkeet, jotka mahdollistavat minkä tahansa ruudukon kokoisen akun rakentamisen ilman kalliita pistehitsaajia, vahingoittamatta paristoja ja vapaasti konfiguroimalla akun uudelleen tai vaihtamalla yksittäiset kennot milloin tahansa helposti.

Vaihe 2: Vastuuvapauslauseke

Ennen kuin aloitamme, minun on kuitenkin kerrottava teille, että litiumparistot, olivatpa ne kuinka hienoja tahansa, ovat vaarallisia, jos niitä ei käsitellä oikein. Nämä ovat paristojen lumihiutaleita ja räjähtävät/räjähtävät helvetin liekkeihin, jos niitä kohdellaan huonosti, ja tuhoavat projektisi, autosi, talosi tai mitä tahansa, joka voi olla syttyvää sen ulottuvilla. Näiden paristojen korkea energiasisältö voi myös aiheuttaa vakavia vaurioita oikosulussa. En ota mitään vastuuta mistään vahingoittuneesta omaisuudesta, elävästä olennosta tai hengellisestä/henkisestä kokonaisuudesta, mikä johtuu siitä, että tämän ohjeen mukaan jokin menee pieleen. Toimi näin vain, jos sinulla on riittävästi tietoa litium -akuista ja olet ryhtynyt tarvittaviin varotoimiin.

Lyhyesti sanottuna teet tämän omalla riskilläsi, enkä ota mitään vastuuta mistään, mikä voi mennä pieleen. Jos et halua riskeerata mitään, suosittelen, että ostat ammattilaisten valmistaman valmispakkauksen.

Rajoitukset:

Tässä olevat ohjeet keskittyvät pääasiassa suojaamattoman akun luomiseen, joten mitään BMS -järjestelmää tai muita turvamittauksia, jotka mahdollistavat akun turvallisen käytön, ei oteta huomioon. Tämä jätetään sen ratkaistavaksi, joka haluaa rakentaa tämän.

Vaihe 3: Hanki 18650 akkukennoa

Jos sinulla on jo 18650 akkua ja olet vain kiinnostunut akun luomisprosessista, voit siirtyä "Paketin rakentaminen" -vaiheeseen.

Yksi tavallisimmista akkutyypeistä on 18650 -paristokenno (tästä lähtien kutsutaan kennoksi), joka on kannettavien tietokoneiden yleisimmin käytetty akkutyyppi. (Tosiasia, 18650 kuvaa itse asiassa solun kokoa, jonka halkaisija on 18 mm ja pituus 65,0 mm). On tietysti muitakin soluja, kuten 21700 ja 26650, mutta suosionsa vuoksi tämä ohje on tarkoitettu vain 18650 -solutyyppiin.

Tärkein lähde ilmaisen 18650 -pisteytyksen saamiselle on epäilemättä vanhat kannettavat tietokoneet. Näihin mahtuu yleensä 6-9 solua kannettavan tietokoneen tyypistä riippuen. Jopa huonoista kannettavien akkuista johtuen vain osa kennoista on huonoja, kun taas loput voivat silti olla käyttökelpoisia. Muita paikkoja solujen hankkimiseen ovat sähköpyörän akut, virtapankit ja myös verkkokaupat, kuten eBay ja Amazon, vaikka nämä eivät tietenkään ole ilmaisia.

Kun sinulla on kannettavan tietokoneen akku, on aika avata se auki. VAROITUS, koska et halua puhkaista tai oikosulkea paristoja. Suosittelen käyttämään muovista työkalua uteliaalle osalle. Jos käytät edelleen metalliesineitä, kuten ruuvimeisseliä, varmista, että teet sen varovasti, jotta vältytään vahingoilta.

Kun solut on saatu, on aika testata niiden kapasiteetti. Tätä varten suosittelen akkulaturin/testerin käyttöä, kuten OPUS BT-C3100 (kumppanilinkki). Nämä kätevät pienet laitteet lataavat/tyhjentävät, testaavat ja ylläpitävät litiumkennoja puolestasi, mikä on hienoa, jos aiot käyttää litium -kennoja projekteihin.

Vaihe 4: Akut

Akkuja on rakennettu kahdesta pääasiallisesta syystä: jännitteen lisäämiseksi tai kapasiteetin lisäämiseksi. Kenno on yksittäinen paristo pakkauksessa ja kun kennot on kytketty sarjaan, jännite lisätään. Kun kennot on kytketty rinnakkain, niiden tilaan lisätään kapasiteettia, mikä jäljittelee suuremman kapasiteetin akkua. Akun kokoonpanoa kuvataan yleensä nimellä XsYp, jossa X osoittaa sarjassa olevien kennojen lukumäärää ja Y, rinnakkaisten kennojen lukumäärää. Näitä kertomalla saadaan pakkauksemme tarvitsemien solujen kokonaismäärä.

Tyypillisen 18650: n jännitealue on 4,2 V - ~ 2,5 V, joten jos haluat 12 V: n akun, joka yhdistää kolme kennoa sarjassa 3s1p, 12,6 V on ladattu täyteen ja aina 7,5 V: iin asti tyhjäksi (vaikka ei suositella purkaa kennot alle 3V).

Kennojen kapasiteetti vaihtelee suuresti mallin ja valmistajan välillä. Mutta testaamastani suuresta määrästä akkuja odotettavissa oleva kapasiteetti vaihtelee 2000 mAh - 3000 mAh välillä. Tietenkin löydät paristoja, joiden kapasiteetti on tätä pienempi ja ne, jotka yleensä hylkään.

Oletetaan siis, että haluat luoda virtapankin, jonka kapasiteetti on 10000 mAh ja sinulla on joukko 2000 mAh: n kennoja… sitten arvasit, että sinun on yhdistettävä viisi niistä rinnakkain 1s5p -kokoonpanossa saadaksesi 10000 mAh ja tietysti DC-DC-säädin, jotta se saa 5V.

Jos esimerkiksi haluat 12 V: n ja vähintään 10000 mAh: n, kokoonpano olisi 3s5p ja se tarkoittaa, että tarvittava määrä soluja olisi 15 tämän paketin luomiseksi.

Oman akun luominen on todella hyödyllistä, ja Internetissä on lukemattomia lukemateriaaleja. Joten jos olet uusi pakettien luomisessa, suosittelen, että teet siihen tutkimusta, koska tämä ohje ei anna kaikkia tietoja akkuista ja niiden rajoituksista. Vihjeitä muutamiin asioihin, joita kannattaa etsiä, ovat virranotto ja virranjako, BMS, tasapainovirta, jännitehäviö, akun sisäinen vastus, kielekkeiden koot, akun kemia ja lämpökierto.

Vaihe 5: Paketin rakentaminen

Tämän akun rakentamiseen tarvitaan pari asiaa.

Ensimmäinen askel akun rakentamisessa on päättää, mitä kokoonpanoa haluat/tarvitset. Tämä määräytyy jännitteen, kapasiteetin ja virran vaatimusten mukaan. Tässä ohjeessa luomme 3s2p-akun, jonka pitäisi johtaa 12 V: n 4-5000 mAh: n akkuun.

Koska tulostamme solupidikkeitämme, 3D -tulostin on uskomattoman hyödyllinen. Joten tämä on osa, jossa sinun pitäisi piipata 3D -tulostin takataskusta tai pyytää ystävällistä ystävää, jolla on tulostin, auttamaan sinua. Nämä kennopidikkeet ovat melko pieniä, joten jotta saisit oikean toleranssin niiden napsauttamiseen yhteen, suosittelen 0,4 mm: n tai pienemmän suuttimen käyttöä. STL- ja mallitiedostot löytyvät alla olevasta linkistä, josta löydät myös tulostusohjeet.

Poraa saatetaan tarvita myös valitusta kokoonpanomenetelmästä riippuen (lisää tästä myöhemmissä dioissa)

Kuten aiemmin mainittiin, hitsausta ei tarvita ja juottaminen on valinnaista. Pääasiallinen käyttö juottimelle olisi johtojen kiinnittäminen akkuun. Tämä voidaan kuitenkin välttää käyttämällä johtojen rengasliittimiä tai vain asettamalla kielekkeet johtoiksi ja jättämällä yksittäiset kennojohdot (tasapainotusjohdot) huomiotta.

Linkki stl-tiedostoihin: STL-tiedostot

Vaihe 6: Tarvittavat osat

Tulosta niin paljon pidikkeitä kuin tarvitset pakkauksellesi ja aloita muiden tarvittavien osien hankinta. Tätä rakennetta varten meidän on tulostettava yhteensä kuusi solupidikettä. Tulosta myös kotelo, kansi ja valinnaisesti teline, koska kotelo tekee akusta paljon kestävämmän ja luotettavamman.

Osaluettelo:

• Nikkeliliuska (maks. Leveys 7,5 mm)
• 2x M5 -ruuvia (vähintään 100 mm pitkä)
• 2x M5 siipimutterit
• 12x M3 -ruuvia ja mutteria*
• Liitäntäjohdot (punainen ja musta)
• Tasapainotusjohdot*

*Valinnainen osa

Vaihe 7: Kokoa pakkaus

Kun sinulla on kaikki osat, on aika koota pakkaus, ja tämä on melko yksinkertaista, koska painetut solupidikkeet voidaan napsauttaa toisiinsa tarvittavan pakkauskoon luomiseksi.

Kennopidikkeet on suunniteltu siten, että akkuja voi rakentaa useilla tavoilla.

1. Ensimmäinen vaihtoehto on kiertää välilehdet solunpitimen läpi useiden solujen yhdistämiseksi. Pidikkeet on suunniteltu joustavalla tavalla, jonka pitäisi varmistaa oikea kosketus akkukennoon.
2. Toinen vaihtoehto on käyttää M3 -ruuveja liittimien koskettimina ja kiristää ruuvien kielekkeet muttereilla. Tätä varten voi olla hyödyllistä porata reikiä kielekkeisiin, jotta M3 -ruuvit pääsevät läpi. Olen toimittanut jigin, joka auttaa etäisyyksiä porattaessa näitä reikiä. Voi olla viisasta käyttää nylon- tai loctite -muttereita estääkseen muttereiden irtoamisen, jos akku kestää tärinää.

Johtimien ja johtojen (kuten tasapainotusjohtojen) juottaminen ja liitoskappaleet (sarjayhteyksien luomiseksi) on tehtävä tässä vaiheessa varmistaen, että oikeat kielekkeet on kytketty.

Kun ensimmäinen osa (kutsutaan sitä alaosaksi) on valmis ja oikeat johtimet on juotettu/kiinnitetty, se voidaan sijoittaa kotelon pohjaan. Siitä tulee tiukka istuvuus. Tämän tarkoituksena on luoda vankka pakkaus ja vähentää tarpeetonta kolinaa pakkauksen sisällä.

Aseta paristot paikoilleen ja varmista, että kaikki rinnakkaiset parit ovat samalla jännitetasolla ja että kennojen kapasiteetti on sama. Sarjayhteyden luomiseksi soluparin tulee olla vuorottelevaan suuntaan, mikä tarkoittaa, että keskiparin tulee olla kahden muun parin vastakkainen.

Aseta ylemmät solupidikkeet pakkaukseen. Tämä vaihe saattaa vaatia heilutusta ja heilumista, jotta kaikki solut kohdistuisivat kunnolla yläpidikkeeseen.

TÄRKEÄ!

• Varmista ehdottomasti, että saat solujen napaisuuden ja suunnan oikein, muuten olet vaarassa oikosulkea solut ja siten vapauttaa niiden koko potentiaali, mikä on harvoin hyvä asia.
• Jos käytät vanhojen kannettavien paristojen tai muiden elektronisten laitteiden vanhoja kennoja, poista kaikki tarrat, liimajäämät tai kaikki muut, jotka voivat olla kennossa, varo irrottamasta kutistekalvoa. Haluat, että kenno liikkuu vapaasti kennopidikkeessä, jotta liittimet pääsevät hyvin kosketuksiin.

Vaihe 8: Testaa pakkaus

Kierrä kansi varovasti kiinni ja voila! toivottavasti sinulla on toimiva akku. Tietysti nyt on aika ottaa yleismittari pois ja testata pakkausta nähdäksesi, että se tuottaa odotetun jännitteen.

Kuten kuvista näkyy, olen luonut muutaman akun näillä pidikkeillä ja minun on sanottava, että ne ovat todella hienoja. Nyt on mahdollista rakentaa paketteja, joissa voit vaihtaa huonot solut helposti, muuttaa kokoonpanoa ja ladata kennoja erikseen.

On kuitenkin joitain mainittavia asioita tästä pakkausten rakentamistavasta. Koska liitäntää ei ole liitetty kennoihin, on huolehdittava siitä, että jokainen solu muodostaa oikean kosketuksen. Jos kennot eivät muodosta oikeaa kosketusta, kipinöitä voi syntyä, koska paristot purkautuvat epätasaisesti. Toinen asia, joka on pidettävä mielessä, on, että tämä ratkaisu johtaa vähemmän kompaktiin akkuun verrattuna esimerkiksi hitsaukseen. Kolmas haittapuoli on, että vaikka modulaarinen rakenne tekee siitä joustavan, voit silti rajoittua ruudukon kokoonpanoihin ja akun muodon mukauttaminen vaikeutuu.

Mutta jos mikään edellä mainituista haitoista ei häiritse sinua, onnittelut ohjeiden läpikäymisestä ja voit ratkaista kaikki tulevat voimahaasteet.

Muista, että litiumparistojen käyttäminen ilman suojaa on melko riskialtista, joten suosittelemme käyttämään sopivaa BMS -järjestelmää (Battery Monitoring System), joka suojaa pakkausta ylikuormitukselta/purkaukselta, ja myös jos siinä on tasapainotusominaisuus, sitä voidaan käyttää myös lataamiseen pakkaus. Katso alla olevat linkit ehdotetuista BMS -laitteistani käytettäväksi pienissä pakkauksissa.

12V BMS (3s pakkaus)

16V BMS (4s pakkaus)