DIY 18650 lithium-ionbatterijpak

- Aug 18, 2020-

Bron: instructables.com



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


De wereld verschuift weg van fossiele brandstoffen en zal ooit volledig elektrisch worden. In de huidige wereld is lithium-ion de meest veelbelovende chemie van alle batterijen. De meeste accupacks die worden gebruikt in laptops, RC-speelgoed, drones, medische apparaten, elektrisch gereedschap, e-bikes en elektrische auto's (EV) zijn gebaseerd op de 18650.Het is een van de meest volwassen beschikbare Li-ion-formaten en wordt geproduceerd in hoog volume en geniet van lage kosten per Wh.

De 18650-batterij (18 mm diameter en 65 mm lengte) is een formaatclassificatie van lithium-ionbatterijen en heeft dezelfde vorm, maar iets groter dan een AA-batterij. AA-batterijen worden in vergelijking wel 14500-batterijen genoemd, omdat ze een diameter van 14 mm en een hoogte van 50 mm hebben.

Eerder heb ik eenZonne-energie generatordie tot nu toe heel goed werkt. maar het grootste probleem is het gewicht, het is erg zwaar. het grootste gewicht van de zonnegenerator is te wijten aan de zware loodzuurbatterij erin. dus besloot ik om een ​​lichte en compacte 18650 Li te maken Ionenbatterij.

In deze Instructable zal ik je laten zien hoe je een 18650-batterijpakket kunt maken voor toepassingen zoals: Power Bank, Solar Generator, e-Bike, Power wall enz. De basis is heel simpel: gewoon om het aantal 18650-cellen in serie te combineren en parallel om een ​​groter pakket te maken en uiteindelijk om veiligheid te bieden door er een BMS aan toe te voegen.

Aan het einde van dit project heb ik een op maat gemaakte 3D-geprinte behuizing voor het batterijpakket gemaakt.

Disclaimer:Ik kan niet verantwoordelijk worden gehouden voor enig verlies van eigendommen, schade of overlijden als het erop aankomt. Deze tutorial is geschreven voor degenen die kennis hebben van oplaadbare lithium-ion-technologie. Probeer dit niet als je een beginner bent. Blijf Veilig.


Stap 1: Vereiste onderdelen en gereedschappen

Vereiste onderdelen:

1. 18650 batterij (GearBest/Amazon)

2. BMS (Banggood/Amazon)

3. Ni-strips (Banggood/Amazon)

4. Indicator batterijniveau (Banggood)

5. Tuimelschakelaar (Aliexpress/Banggood)

6. DC-aansluiting (Banggood/Aliexpress)

7. 18650 Batterijhouder (Banggood)

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

Gebruikte tools

1. Puntlasser (Banggood/Amazon)

2. 3D-printer (Creality CR10S)

2. Draadstripper / -snijder (Amazon)

3. Heteluchtblazer (GearBest)

3. Multimeter (Amazon)

5. Li-ion-oplader (GearBest)

Veiligheids uitrusting :

1. Veiligheidsgoogles (Amazon)

2. Elektrische handschoenen (Amazon)


Stap 2: De juiste 18650-cellen selecteren voor het batterijpakket

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

U zult veel soorten 18650-cellen op de markt vinden in de prijsklasse van $ 1 tot $ 10, maar welke zijn de beste? Ik zal ten zeerste aanbevelen om 18650-cellen te kopen van merkbedrijven zoalsPanasonic,Samsung,SanyoenLG. Deze cellen hebben goed gedocumenteerde prestatiekenmerken en uitstekende kwaliteitscontrole. Bekende 18650-cellen van het merk zijn over het algemeen duur, maar als u overweegt voor langdurig gebruik, zijn ze de moeite waard om het te hebben.

Koop geen cellen met het woord FIRE in de naam, zoals Ultrafire, Surefire en Trustfire. In werkelijkheid zijn deze cellen gewoon fabrieksafkeur, gekocht door bedrijven als Ultrafire en opnieuw verpakt in hun eigen merkomslag. Veel gebruikte batterijen worden opnieuw verpakt als nieuw en wit gelabeld. Ze verkopen de batterij door een capaciteit tot 5000 mAh te markeren, maar in werkelijkheid hun capaciteit ligt tussen de 1000 en 2000 mAh. Een ander groot probleem met deze goedkope 18650-cellen is dat hoge explosiegevaar bij oververhitting tijdens het opladen of ontladen.

In dit project heb ik groene Panasonic 18650B-cellen met een capaciteit van 3400 mAh gebruiktGearBest.


Stap 3: De juiste batterijstrips kiezen

Choosing the Right Battery Strips

Om het accupakket te maken moet je de 18650-cellen met elkaar verbinden door middel van nikkelstrips of dikke draad, over het algemeen worden hiervoor nikkelstrips veel gebruikt. Over het algemeen zijn er twee soorten nikkelstrips op de markt verkrijgbaar: vernikkelde stalen strips en pure nikkelstrips. Ik zal voorstellen om het pure nikkel te kopen. Het is een beetje duurder dan het vernikkelde staal, maar het heeft een veel lagere weerstand. Lage weerstand betekent minder warmteontwikkeling tijdens het laden en ontladen, wat leidt tot een langere levensduur van de batterij.

Nikkelstroken worden geleverd met verschillende afmetingen en lengtes. Kies de stroken volgens de huidige classificatie.


Stap 4: Puntlassen versus solderen

Spot Welding Vs Soldering

Je hebt twee opties om de 18650-cellen met elkaar te verbinden: 1. Solderen 2. Puntlassen

De beste keuze is altijd puntlassen, maar puntlassen is veel duurder dan een soldeerbout van goede kwaliteit.

Solderen:

Je moet weten waarom puntlassen de voorkeur heeft boven solderen, het probleem met solderen is dat je veel warmte op de cel aanbrengt en dat het niet erg snel verdwijnt. Dit versterkt de chemische reactie in de cel die de prestatie van de cel&# 39 schaadt. Uiteindelijk verlies je wat capaciteit en leven de cellen.

Maar als u niet geïnteresseerd bent in het kopen van een dure Spot Welder, kunt u de nikkellipjes aan de cel solderen door enkele voorzorgsmaatregelen en trucs te volgen:

1. Om de contacttijd van uw soldeerbout op de cel te minimaliseren, dient u ervoor te zorgen dat het oppervlak voldoende is opgeschuurd en dat u voldoende vloeimiddel gebruikt om een ​​snelle soldeerstroom mogelijk te maken.

2. Het is beter om een ​​strijkijzer met een hoog wattage (min. 80W) van goede kwaliteit te hebben met een goede thermische capaciteit, zodat het de warmte snel aan het gewricht kan afgeven, zodat u het strijkijzer niet lang aan de batterij hoeft te houden en laat de warmte erin sijpelen, waardoor de batterij beschadigd raakt.

Puntlassen:

De reden dat we puntlassen, omdat het de cellen veilig met elkaar verbindt zonder er veel warmte aan toe te voegen. Er zijn momenteel twee soorten puntlasmachines op de markt: hobbykwaliteit en professionele kwaliteit. Een fatsoenlijke spotlasser van hobbykwaliteit kost ongeveer $ 200 tot $ 300, terwijl een goede professionele spot ongeveer tien keer meer kost, dus ik zal voorstellen om een ​​spotlasser van hobbykwaliteit te kopen bij elke online winkel zoals: Banggood, AliExpress of eBay. de ... gebruikenSUNKKO 709A 1.9kw puntlasservan Banggood.


Stap 5: Controleer de celspanning

Check the Cell Voltage
Check the Cell Voltage

Voordat u de cellen parallel aansluit, controleert u eerst de individuele celspanningen. Voor het parallel schakelen van de cellen moet de spanning van elke cel dicht bij elkaar zijn, anders zal er een grote hoeveelheid stroom van de cel met een hogere spanning naar de cel met een lagere Dit kan de cellen beschadigen en in zeldzame gevallen zelfs brand veroorzaken.

Als u gloednieuwe cellen gebruikt, de celspanning ligt in de buurt van 3,5 V tot 3,7 V, kunt u ze zonder zorgen samenvoegen. Maar als u een oude laptopbatterij gaat gebruiken, zorg er dan voor dat de celspanning bijna hetzelfde is, of laad de cellen op tot hetzelfde spanningsniveau door een goede Li-ionbatterijlader te gebruiken.Nitecore SC4 Opladerom alle 18650-cellen op te laden voordat u ze samenvoegt.


Stap 6: Capaciteit en spanning van de accu

Battery Pack Capacity and Voltage
Battery Pack Capacity and Voltage

Om het batterijpakket te maken, moet u eerst de nominale spanning en capaciteit van het pakket finaliseren, ofwel in volt, mAh / Ah of Wh. Je moet de cellen parallel schakelen om de gewenste capaciteit (mAh) te bereiken en zo'n parallelle groep in serie schakelen om de nominale spanning (Volt) te bereiken.

Voor dit project is de eis:11,1 V en 17 Ah accupack

Specificatie van 18650 gebruikte cellen:3,7 V en 3400 mAh

Capaciteit (mAh):

Gewenste capaciteit van het accupakket=17 AH of 17000 mAh.

Capaciteit van elke cel=3400 mAh

Aantal cellen vereist voor parallelle verbinding=17000/3400=5 nos

Gewoonlijk worden parallel geschakelde cellen afgekort met 'P', dus dit pakket zal bekend staan ​​als een "5P-pakket". Wanneer 5 cellen parallel zijn aangesloten, hebt u uiteindelijk een enkele cel gemaakt met een hogere capaciteit (dwz 4,2 V, 17000 mAh )

Spanning (Volt):

De gewenste nominale spanning van het accupakket is 11,1V.

Nominale spanning van elke cel=3,7 V.

Aantal cellen vereist voor serieschakeling=11,1 / 3,7=3 nos

Gewoonlijk worden cellen in serie afgekort met 'S', dus dit pakket zal bekend staan ​​als een "3S-pakket".

We moeten dus de 3 parallelle groepen (5 cellen in elke groep) in serie schakelen om het batterijpakket te maken.

De uiteindelijke pakketconfiguratie wordt aangeduid als "3S5P-pakket" met een uiteindelijke specificatie van 11.1V, 17AH.


Stap 7: Monteer de 18650-cellen

Assemble the 18650 Cells
Assemble the 18650 Cells

Uit de vorige stap is het duidelijk dat ons batterijpakket bestaat uit 3 parallelle groepen die in serie zijn geschakeld (3 x 3,7 V=11,1 V) en elke parallelle groep heeft 5 cellen (3400 mAh x 5=17000 mAh). moeten de 15 cellen correct rangschikken om de elektrische verbinding tussen hen en met het BMS-bord te maken.

Plaats de eerste parallelle groep cellen (5 nos) met de positieve kant naar boven, plaats dan de tweede parallelle groep met de negatieve kant naar boven en tenslotte de laatste parallelle groep met de positieve kant naar boven. Voor een beter begrip zie je de bovenstaande afbeelding.

Je kunt de cellen in elkaar zetten om het pakket te maken door hete lijm te gebruiken of door een plastic 18650 batterijhouder te gebruiken. Ik heb plastic 18650 celhouders / afstandhouders gebruikt om de 15 cellen te monteren. De belangrijkste voordelen van het gebruik van deze celhouders zijn

1. U kunt het aangepaste pakket van elk formaat maken volgens uw vereisten. Het is net als het oplossen van een puzzel.

2. Het biedt ruimte tussen de cellen, waardoor frisse lucht kan passeren en de batterij gemakkelijk kan afkoelen.

3. Het maakt uw accu solide en betrouwbaar.

4. Het biedt veiligheid anti-vibratie aan uw accu


Stap 8: Puntlas de nikkelstrips

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

Nu is het tijd om de procedure te kennen voor het gebruik van de Spot Welder (ik heb het over dePuntlasmachinedie ik in dit project heb gebruikt). de puntlasmachine heeft drie laskeuzes: vaste laskop, vaste laskop met voetschakelaar, beweegbare puntlaspen met voetschakelaar. ik geef de voorkeur aan de tweede optie. de nikkelstroken en lasser.

Snijd de nikkelstroken:

Leg uw nikkelstrip bovenop de 5 cellen (parallel), zorg ervoor dat deze alle celaansluitingen bedekt, laat 10 mm overtollige stroken over om deze op het GBS aan te sluiten en knip deze vervolgens af.Voor serieschakeling knipt u kleine nikkelstroken zoals weergegeven in de afbeelding. U heeft vier lange strips nodig voor parallelschakeling en 10 kleine strips voor serieschakeling.

Verbind de eerste negatieve pool van de parallelle groep met de positieve pool van de tweede groep en vervolgens de negatieve pool van de tweede groep met de positieve pool van de derde groep.

Las de batterijstrips:

Deze puntlasmachine kan worden gebruikt om zowel het zuivere nikkel als de vernikkelde stalen strips te lassen. Je moet de laspuls en stroomknop aanpassen aan de dikte van de nikkelstrips.

Voor 0,15 mm nikkelstrips, druk de pulsknop 4P en de huidige knop op 4-5. Evenzo voor 0,2 mm nikkelstrip, druk de pulsknop 4P, 6P en de huidige knop op 7-8. Zorg ervoor dat de laspen is samengedrukt met de nikkel strip en accupool, druk vervolgens op de voetschakelaar. U ziet een kleine vonk en twee puntmarkeringen op de strip.

Succesvol lassen:

U kunt de laskwaliteit controleren door aan de nikkelstrip te trekken. Als het niet loskomt met handdruk, of veel kracht vereist, dan is het een goede las. Als je het gemakkelijk kunt afpellen, moet je de stroom verhogen.

Veiligheid:Draag altijd een veiligheidsbril voordat u met het puntlassen begint.


Stap 9: BMS toevoegen

Adding the BMS
Adding the BMS
Adding the BMS
5 meer afbeeldingen

Een batterijbeheersysteem (BMS) is elk elektronisch systeem dat een lithiumbatterijpak beheert en de belangrijkste functionaliteiten zijn

1. Bewaakt alle parallelle groepen in de accu en koppelt deze los van de ingangsstroombron wanneer deze volledig is opgeladen (bijna 4,2 V)

2. Breng alle celspanning gelijk in evenwicht

3. Laat&# 39 niet toe dat de verpakking te veel wordt ontladen.

De twee belangrijke parameters die nodig zijn om een ​​BMS te kopen zijn: i) Aantal cellen in serie - zoals 2S / 3S / 4S

ii). Maximale ontlaadstroom - zoals 10A / 20A / 25A / 30A

Voor dit project heb ik een3S en 25A GBS-kaartDit zijn de specificaties van die BMS:

Overspanningsbereik: 4,25 ~ 4,35V ± 0,05V

Over ontladingsspanningsbereik: 2,3 ~ 3,0V ± 0,05V

Maximale bedrijfsstroom: 0 ~ 25A

Werktemperatuur: -40 ℃ ~ +50 ℃

Hoe te verbinden ?

Sluit het BMS aan zoals weergegeven in het bedradingsschema. Het BMS heeft vier soldeerblokken: B-, B1, B2 en B +. U moet de eerste parallelle groep minpoolbus aansluiten op de B- en pluspoolbus naar de B1. Evenzo de derde parallelle groep negatieve terminalbus naar de B2 en positieve terminalbus naar de B +.

Je kunt de nikkelstrips puntlassen op de BMS of solderen op de PCB-pad. Ik soldeer de nikkelstrips liever aan de PCB voor een stevige verbinding. Breng eerst soldeervloeistof aan op de PCB-pads en het uiteinde van de nikkel-strips. alle pads door een kleine hoeveelheid soldeer aan te brengen en ze vervolgens aan elkaar te solderen.

Krediet:Het bedradingsschema is afkomstig van de Banggood-productpagina.


Stap 10: 3D-geprinte behuizing

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

Het batterijpakket heeft rondom blootliggende nikkelstrips, om onbedoelde kortsluiting te voorkomen, heb ik er een behuizing voor ontworpen. Ik heb Autodesk Fusion 360 gebruikt om de behuizing voor mijn batterijpakket te ontwerpen. De behuizing bestaat uit twee delen: hoofdgedeelte en bovendeksel. U kunt de .STL-bestanden downloaden vanThingiverse.

Ik heb mijnCreality CR-10S3D-printer en 1,75 mm groen PLA filament om de onderdelen te printen. Het kostte me ongeveer 6,5 uur om het hoofdgedeelte te printen en ongeveer 1,2 uur om het bovendeksel te printen.

Mijn instellingen zijn:

Afdruksnelheid: 70 mm / s laag

Hoogte: 0,3

Vuldichtheid: 100%

Extruder Temperatuur: 205 ° C

Bed Temp: 65 ° C


Stap 11: bedrading van de componenten

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

Normaal gesproken heeft een standaardbatterij slechts twee aansluitingen voor het aansluiten van de belasting en om de batterij op te laden. Daarnaast heb ik een batterijniveau-indicator toegevoegd om het batterijniveau te zien wanneer dat nodig is. Ik heb een 5 mm DC-aansluiting gebruikt (12V / 3A ) voor invoer / uitvoer, 3S batterijniveau-indicator module om de batterijstatus te zien en een tuimelschakelaar om de batterij-indicator AAN / UIT te zetten.

Laten we nu' s verder gaan met de bedrading van de componenten. I' heb dit eenvoudige bedradingsschema voor alle componenten opgesteld. Het is' s vrij simpel! Om de geleidende delen te isoleren heb ik krimpkous gebruikt.

Notitie :Soldeer de draden (P + en P-) niet aan' t soldeer aan de GBS voordat u de componenten in de behuizing installeert.


Stap 12: definitieve montage

Final Assembling
Final Assembling
Final Assembling
2 meer afbeeldingen

Installeer eerst de componenten in de respectievelijke slots in de 3D-geprinte behuizing. U kunt de bovenstaande afbeelding zien.

Soldeer de positieve (rode draad) van de DC-aansluiting en de tuimelschakelaar naar de P + van het BMS, de negatieve draden van de DC-aansluiting en de batterijniveau-indicator naar de P- van BMS.

Breng vervolgens hete lijm aan op de onderkant van het batterijcompartiment en zet het batterijpakket vast, zodat het stevig vastzit en het losraken van draadverbindingen wordt voorkomen.

Schroef ten slotte de bovendeksels op hun plaats! Ik heb 3 x 10 schroeven gebruikt om het deksel te bevestigen, nu is de batterij klaar voor gebruik.

Het batterijpakket opladen:

U kunt het batterijpakket bijvoorbeeld opladen met een 12,6 V DC-adapterdit.Ik hoop dat je net zoveel hebt genoten van het lezen over mijn project als ik ervan heb genoten om het te bouwen. Als u suggesties voor verbeteringen heeft, kunt u deze hieronder vermelden.