Paquete de batería de iones de litio DIY 18650

- Aug 18, 2020-

Fuente: instructables.com



DIY Professional 18650 Battery Pack
DIY Professional 18650 Battery Pack
DIY Professional 18650 Battery Pack


El mundo se está alejando de los combustibles fósiles y algún día se volverá completamente eléctrico. En el mundo actual, el ión de litio es la química más prometedora de todas las baterías. La mayoría de los paquetes de baterías utilizados en computadoras portátiles, juguetes RC, drones, dispositivos médicos, herramientas eléctricas, bicicletas eléctricas y automóviles eléctricos (EV) se basan en el 18650.Es uno de los formatos de iones de litio más maduros disponibles, se produce en alto volumen y disfruta de un bajo costo por Wh.

La batería 18650 (18 mm de diámetro y 65 mm de longitud) es una clasificación de tamaño de las baterías de iones de litio y tiene la misma forma, pero un poco más grande que una batería AA. En comparación, las baterías AA a veces se denominan baterías 14500, porque tienen un diámetro de 14 mm y una altura de 50 mm.

Anteriormente hice unGenerador de energía solarque está funcionando muy bien hasta ahora. Pero el principal problema es su peso, es realmente pesado. El peso principal del generador solar se debe a la pesada batería de plomo-ácido en su interior. Así que decidí hacer un 18650 Li ligero y compacto Paquete de baterías de iones.

En este Instructable, le mostraré cómo hacer un paquete de baterías 18650 para aplicaciones como: banco de energía, generador solar, bicicleta eléctrica, pared eléctrica, etc. Lo fundamental es muy simple: solo para combinar el número de 18650 celdas en serie y paralelo para hacer un paquete más grande y finalmente para garantizar la seguridad agregando un BMS.

Al final de este proyecto, hice una carcasa impresa en 3D personalizada para el paquete de baterías.

Descargo de responsabilidad:No puedo ser responsable de ninguna pérdida de propiedad, daño o pérdida de la vida si se trata de eso. Este tutorial fue escrito para aquellos que tienen conocimientos sobre la tecnología de iones de litio recargable. No intente esto si es un novato. Mantenerse a salvo.


Paso 1: Piezas y herramientas necesarias

Piezas necesarias:

1. Batería 18650 (GearBest/Amazonas)

2. BMS (Banggood/Amazonas)

3. Tiras de Ni (Banggood/Amazonas)

4. Indicador de nivel de batería (Banggood)

5. Interruptor basculante (Aliexpress/Banggood)

6. Conector de CC (Banggood/Aliexpress)

7. Soporte de batería 18650 (Banggood)

8. Tornillos de 3 M x 10 mm (Banggood/Aliexpress)

Herramientas utilizadas

1. Soldador por puntos (Banggood/Amazonas)

2. Impresora 3D (Creality CR10S)

2. Pelacables / cortador (Amazonas)

3. Soplador de aire caliente (GearBest)

3. Multímetro (Amazonas)

5. Cargador de iones de litio (GearBest)

Equipo de seguridad :

1. Google de seguridad (Amazonas)

2. Guantes eléctricos (Amazonas)


Paso 2: Seleccionar las celdas 18650 adecuadas para el paquete de baterías

Selecting the Right 18650 Cells for the Battery Pack
Selecting the Right 18650 Cells for the Battery Pack
Selecting the Right 18650 Cells for the Battery Pack
Selecting the Right 18650 Cells for the Battery Pack

Encontrará muchos tipos de celdas 18650 en el mercado en el rango de precios de $ 1 a $ 10, pero ¿cuáles son las mejores? Recomiendo encarecidamente comprar 18650 celdas de empresas de marca comoPanasonic,Samsung,SanyoyLG. Estas celdas tienen características de rendimiento bien documentadas y un excelente control de calidad. Las celdas 18650 de marca reconocida son generalmente costosas, pero si considera un uso prolongado, vale la pena tenerlas.

Don' no compre ninguna celda con la palabra FUEGO en el nombre como Ultrafire, Surefire y Trustfire. En realidad, estas celdas son solo rechazos de fábrica, compradas por compañías como Ultrafire y reempaquetadas en su propia cubierta de marca. Muchas baterías usadas se empaquetan como nuevas y tienen una etiqueta blanca. Venden la batería marcando una capacidad de hasta 5000 mAh, pero en realidad su capacidad está entre 1000 y 2000 mAh. Otro problema importante con estas baterías 18650 baratas es el alto riesgo de explosión cuando se sobrecalienta durante la carga o descarga.

En este proyecto, he utilizado celdas verdes Panasonic 18650B de capacidad 3400 mAh deGearBest.


Paso 3: elegir las tiras de batería adecuadas

Choosing the Right Battery Strips

Para hacer el paquete de baterías, debe conectar las celdas 18650 juntas por medio de tiras de níquel o alambre grueso, generalmente las tiras de níquel se utilizan ampliamente para esto. En general, hay dos tipos de tiras de níquel disponibles en el mercado: tiras de acero niquelado y tiras de níquel puro. Sugeriré comprar el níquel puro. Es un poco más costoso que el acero niquelado, pero tiene una resistencia mucho menor. Baja resistencia significa menos generación de calor durante la carga y descarga, lo que conduce a una mayor vida útil de la batería.

Las tiras de níquel vienen con diferentes dimensiones y longitudes. Elija las tiras de acuerdo con la clasificación actual.


Paso 4: soldadura por puntos frente a soldadura

Spot Welding Vs Soldering

Tiene dos opciones: dos conectan las celdas 18650 juntas: 1. Soldadura 2. Soldadura por puntos

La mejor opción es siempre la soldadura por puntos, pero el soldador por puntos es mucho más costoso que un soldador de buena calidad.

Soldadura:

Debe saber por qué se prefiere la soldadura por puntos a la soldadura, el problema con la soldadura es que aplica mucho calor a la celda y no se disipa muy rápidamente. Esto mejora la reacción química en la célula que daña el rendimiento de la célula GG. En última instancia, perderá algo de capacidad y dará vida a las células.

Pero si no está interesado en comprar un costoso soldador por puntos, puede soldar las pestañas de níquel a la celda siguiendo algunas precauciones y trucos:

1. Para minimizar el tiempo de contacto de su soldador en la celda, asegúrese de que la superficie esté lo suficientemente raspada y de que use mucho fundente para permitir un flujo de soldadura rápido.

2. Es mejor tener una plancha de buena calidad y alta potencia (mínimo 80 W) con buena capacidad térmica para que pueda entregar el calor a la articulación rápidamente para que no tenga que sujetar la plancha a la batería durante mucho tiempo y deje que el calor se filtre en él, causando daños a la batería.

Soldadura de punto :

La razón por la que soldamos por puntos es porque une las celdas de manera segura sin agregarles mucho calor. Hay dos grados de soldadores por puntos actualmente disponibles en el mercado: grado hobby y grado profesional. Un soldador de punto de grado aficionado cuesta alrededor de $ 200 a $ 300, mientras que un buen grado profesional puede costar alrededor de diez veces más. utilizando laSoldadora por puntos SUNKKO 709A 1.9kwde Banggood.


Paso 5: Verifique el voltaje de la celda

Check the Cell Voltage
Check the Cell Voltage

Antes de conectar las celdas en paralelo, primero verifique los voltajes de las celdas individuales.Para conectar las celdas en paralelo, el voltaje de cada celda debe estar cerca entre sí, de lo contrario, una gran cantidad de corriente fluirá desde la celda con mayor voltaje a la celda con menor Esto puede dañar las celdas e incluso provocar un incendio en raras ocasiones.

Si está utilizando celdas nuevas, el voltaje de la celda está cerca de 3.5 V a 3.7 V, puede unirlas sin preocuparse mucho. Pero si va a usar una batería vieja para computadora portátil, asegúrese de que el voltaje de las celdas sea casi el mismo; de lo contrario, cargue las celdas al mismo nivel de voltaje usando un buen cargador de batería de iones de litio.Cargador Nitecore SC4para cargar todas las celdas 18650 antes de unirlas.


Paso 6: Capacidad y voltaje de la batería

Battery Pack Capacity and Voltage
Battery Pack Capacity and Voltage

Para fabricar el paquete de baterías, primero debe finalizar el voltaje nominal y la capacidad del paquete, ya sea en términos de Voltios, mAh / Ah o Wh. Debe conectar las celdas en paralelo para alcanzar la capacidad deseada (mAh) y conectar dicho grupo paralelo en serie para lograr la tensión nominal (Voltios).

Para este proyecto, el requisito es:Paquete de baterías de 11,1 V y 17 Ah

Especificación de 18650 celdas utilizadas:3,7 voltios y 3400 mAh

Capacidad (mAh):

Capacidad deseada del paquete de baterías=17 AH o 17000 mAh.

Capacidad de cada celda=3400 mAh

No de celdas necesarias para la conexión en paralelo=17000/3400=5 nos

Comúnmente, las celdas en paralelo se abrevian en términos de 'P', por lo que este paquete se conocerá como un "paquete 5P". Cuando se conectan 5 celdas en paralelo, alternativamente se crea una sola celda con mayor capacidad (es decir, 4.2V, 17000 mAh )

Voltaje (voltios):

El voltaje nominal deseado del paquete de baterías es de 11,1 V.

Voltaje nominal de cada celda=3,7 V

No de celdas necesarias para la conexión en serie=11,1 /3,7=3 nos

Por lo general, las celdas en serie se abrevian en términos de 'S', por lo que este paquete se conocerá como un "paquete 3S".

Entonces tenemos que conectar los 3 grupos paralelos (5 celdas en cada grupo) en serie para hacer el paquete de baterías.

La configuración del paquete final se designa como “paquete 3S5P” con una especificación final de 11.1V, 17AH.


Paso 7: Ensamble las celdas 18650

Assemble the 18650 Cells
Assemble the 18650 Cells

Del paso anterior, queda claro que nuestro paquete de baterías está compuesto por 3 grupos paralelos conectados en serie (3 x 3.7V=11.1V) y cada grupo paralelo tiene 5 celdas (3400 mAh x 5=17000 mAh). Hay que disponer las 15 celdas correctamente para realizar la conexión eléctrica entre ellas y con la placa BMS.

Coloque el primer grupo paralelo de celdas (5 números) con el lado positivo hacia arriba, luego coloque el segundo grupo paralelo con el lado negativo hacia arriba y finalmente el último grupo paralelo con el lado positivo hacia arriba. Para una mejor comprensión, puede ver la imagen de arriba.

Puede ensamblar las celdas para hacer el paquete usando pegamento caliente o usando un soporte de batería de plástico 18650.Usé soportes / espaciadores de celda de plástico 18650 para ensamblar las 15 celdas.Las principales ventajas de usar estos soportes de celda son

1. Puede hacer el paquete personalizado de cualquier tamaño según sus necesidades. Es como resolver un rompecabezas.

2. Proporciona espacio entre las celdas, lo que permite que pase el aire fresco y que la batería se enfríe fácilmente.

3. Hace que su batería sea sólida y confiable.

4. Proporciona seguridad anti-vibración a su batería.


Paso 8: Soldar por puntos las tiras de níquel

Spot Weld the Nickel Strips
Spot Weld the Nickel Strips
Spot Weld the Nickel Strips
Spot Weld the Nickel Strips

Ahora es el momento de conocer el procedimiento para usar la soldadora por puntos (estoy hablando de laSoldadura por puntosque he usado en este proyecto) .El soldador por puntos tiene tres opciones de soldadura: cabezal de soldadura fijo, cabezal de soldadura fijo con interruptor de pie, bolígrafo de soldadura por puntos móvil con interruptor de pie.Prefiero usar la segunda opción. las tiras de níquel y soldador.

Corta las tiras de níquel:

Coloque su tira de níquel encima de las 5 celdas (paralelas), asegurándose de que cubra todos los terminales de las celdas, deje un exceso de tiras de 10 mm para conectarlo al BMS y luego córtelo. Para la conexión en serie, corte pequeñas tiras de níquel como se muestra en la figura. Necesitará cuatro tiras largas para la conexión en paralelo y 10 tiras pequeñas para las conexiones en serie.

Conecte el primer terminal negativo del grupo paralelo al terminal positivo del segundo grupo y luego el terminal negativo del segundo grupo al terminal positivo del tercer grupo.

Suelde las tiras de batería:

Esta soldadora por puntos se puede utilizar para soldar el níquel puro y las tiras de acero niqueladas. Debe ajustar el pulso del soldador y la perilla de corriente de acuerdo con el grosor de las tiras de níquel.

Para tiras de níquel de 0.15 mm, presione la perilla de pulso 4P y la perilla de corriente a 4-5. De manera similar, para tiras de níquel de 0.2 mm, presione la perilla de pulso 4P, 6P y la perilla de corriente a 7-8. Asegúrese de que la pluma de soldadura esté comprimida con el banda de níquel y terminal de la batería, luego presione el interruptor de pie. Notará una pequeña chispa y dos marcas de puntos en la banda.

Soldadura exitosa:

Puede comprobar la calidad de la soldadura tirando de la tira de níquel. Si no se desprende con la presión de la mano o requiere mucha fuerza, entonces es una buena soldadura. Si puede despegarlo fácilmente, entonces debe aumentar la corriente.

La seguridad :Antes de comenzar la soldadura por puntos, use siempre gafas de seguridad.


Paso 9: Agregar el BMS

Adding the BMS
Adding the BMS
Adding the BMS
5 Más imágenes

Un sistema de gestión de baterías (BMS) es cualquier sistema electrónico que gestiona un paquete de baterías de litio y las principales funcionalidades son

1. Supervisa todos los grupos paralelos del paquete de baterías y desconéctelo de la fuente de alimentación de entrada cuando está completamente cargado (cerca de 4,2 V)

2. Equilibre el voltaje de todas las celdas por igual

3. No permite que el paquete se descargue en exceso.

Los dos parámetros importantes necesarios para comprar un BMS son: i) Número de celdas en serie, como 2S / 3S / 4S

ii). Corriente de descarga máxima - como 10A / 20A / 25A / 30A

Para este proyecto, he utilizado unPlaca BMS 3S y 25A.Estas son las especificaciones de ese BMS:

Sobre rango de voltaje: 4.25 ~ 4.35V ± 0.05V

Rango de voltaje de descarga: 2,3 ~ 3,0 V ± 0,05 V

Corriente máxima de funcionamiento: 0 ~ 25A

Temperatura de trabajo: -40 ℃ ~ +50 ℃

Como conectar ?

Conecte el BMS como se muestra en el diagrama de cableado. El BMS tiene cuatro almohadillas de soldadura: B-, B1, B2 y B +. Debe conectar el primer bus de terminal negativo del grupo paralelo al bus de terminal B y positivo al B1. De manera similar, el tercer bus de terminal negativo del grupo paralelo al B2 y el bus de terminal positivo al B +.

Puede soldar por puntos las tiras de níquel al BMS o soldarlo a la almohadilla de la PCB. Preferí soldar las tiras de níquel a la PCB para una conexión resistente. Primero aplique fundente de soldadura a las almohadillas de la PCB y al final de las tiras de níquel. todas las almohadillas aplicando una pequeña cantidad de soldadura y luego soldarlas juntas.

Crédito :El diagrama de cableado está tomado de la página del producto Banggood.


Paso 10: Caja impresa en 3D

3D Printed Enclosure
3D Printed Enclosure
3D Printed Enclosure
3D Printed Enclosure

El paquete de baterías tiene tiras de níquel expuestas alrededor, para evitar cualquier cortocircuito accidental, diseñé un gabinete para él. Usé Autodesk Fusion 360 para diseñar el gabinete para mi paquete de baterías. El gabinete tiene dos partes: cuerpo principal y tapa superior. Puede descargar los archivos .STL desdeThingiverse.

Usé miCreality CR-10SImpresora 3D y filamento PLA verde de 1,75 mm para imprimir las piezas. Me tomó alrededor de 6.5 horas imprimir el cuerpo principal y alrededor de 1.2 horas imprimir la tapa superior.

Mis configuraciones son:

Velocidad de impresión: capa de 70 mm / s

Altura: 0.3

Densidad de relleno: 100%

Temperatura de la extrusora: 205 ° C

Temperatura de la cama: 65 ° C


Paso 11: cableado de los componentes

Wiring the Components
Wiring the Components
Wiring the Components
Wiring the Components

Normalmente una batería estándar tiene solo dos terminales para conectar la carga y para cargar la batería.Aparte de esto, he agregado un indicador de nivel de batería, para ver el nivel de la batería cuando sea necesario.He usado un conector DC de 5 mm (12V / 3A ) para entrada / salida, módulo indicador de nivel de batería 3S para ver el estado de la batería y un interruptor basculante para encender / apagar el indicador de nivel de batería.

Ahora dejemos que&pase al cableado de los componentes. He preparado este sencillo diagrama de cableado para todos los componentes. ¡Es bastante simple! Para aislar las partes conductoras, utilicé tubos termorretráctiles.

Nota :Don' t suelde los cables (P + y P-) al BMS antes de instalar los componentes en el gabinete.


Paso 12: Montaje final

Final Assembling
Final Assembling
Final Assembling
2 Más imágenes

Primero instale los componentes en las ranuras respectivas en el gabinete impreso en 3D. Puede ver la imagen de arriba.

Suelde el positivo (cable rojo) del conector de CC y el interruptor basculante al P + del BMS, los cables negativos del conector de CC y el indicador de nivel de batería al P- del BMS.

Luego aplique pegamento caliente en la base del compartimiento de la batería, luego asegure la batería para que se asiente firmemente y evite que se pierdan las conexiones de los cables.

¡Finalmente, atornille las tapas superiores en su lugar! Usé tornillos de 3M x 10 para asegurar la tapa. Ahora la batería está lista para usar.

Carga de la batería:

Puede cargar la batería con un adaptador de CC de 12,6 V comoesta.Espero que hayas disfrutado leyendo sobre mi proyecto tanto como yo disfruté construyéndolo. Si estás pensando en hacer el tuyo propio te animo a que lo hagas, aprenderás mucho. Si tiene alguna sugerencia de mejora, coméntela a continuación.