Pacote de bateria de lítio sem solda: 8 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:34

Se você trabalha com eletrônica, um desafio comum a ser superado será encontrar uma fonte de alimentação adequada. Isso é especialmente verdadeiro para todos os dispositivos / projetos portáteis que você queira construir e, nesse caso, uma bateria provavelmente será sua melhor aposta para essa fonte de energia. Se você está construindo um dispositivo de baixo consumo de energia, então você tem várias opções para escolher, mas se seu projeto é um pequeno bugger com fome de energia, então você pode estar limitado a baterias de lítio. Em muitos aspectos, as baterias de lítio são um presente maravilhoso para a humanidade, dado por cientistas de baterias inteligentes, e estou muito grato por esses presentes.

As baterias são necessárias para uma ampla gama de produtos com alta demanda de energia. Podem ser alto-falantes portáteis, e-bikes, skates elétricos, bancos de energia, lanternas, coisas RC e muito, muito mais.

O único problema com essas baterias (ignorando totalmente sua seletividade de carga / descarga e tendência a pegar fogo quando maltratadas) é que elas são muito caras em comparação com outras tecnologias de bateria inferiores. Portanto, ser capaz de criar suas próprias baterias de baixo custo é um grande facilitador para projetos sérios.

Felizmente para nós, as baterias de lítio são tão populares que estão à nossa volta. Portanto, neste guia, irei guiá-lo através do processo de criação de sua própria bateria a partir de 18.650 baterias de lítio, retiradas de laptops antigos que você pode usar para alimentar seus projetos que consomem muita energia.

Etapa 1: Por que isso é instrutível?

Então, o que diferencia este instrutível de muitas outras instruções sobre a construção de uma bateria? Bem, eu percebi que ao procurar uma maneira de construir uma bateria, geralmente duas opções são fornecidas. Estes são para soldar as células em conjunto com um soldador local ou para soldar as células entre si. Sem entrar em muitos detalhes, existem alguns prós e contras nessas opções. A vantagem da soldagem por pontos é que ela fornece uma ligação confiável com poucos danos à bateria. O contra, entretanto, é que requer um soldador local que pode ser bastante caro. Soldar é muito mais barato e criará uma conexão melhor, mas ao custo de danificar a bateria devido à transferência de calor para a célula. Outra desvantagem de ambos os métodos é que eles são bastante permanentes, exigindo dessoldar ou cortar as abas para permitir alterações na configuração da bateria. Portanto, estou optando por uma terceira opção, que é uma bateria sem solda e potencialmente sem solda.

Eu projetei esses suportes de células modulares que permitem a construção de qualquer pacote de bateria do tamanho de grade sem o uso de soldadores locais caros, sem danos às baterias e com a liberdade de reconfigurar o pacote de bateria ou substituir células individuais a qualquer momento com facilidade.

Etapa 2: isenção de responsabilidade

Antes de começar, porém, devo informar que as baterias de lítio, por mais maravilhosas que sejam, são muito perigosas se não forem manuseadas corretamente. Estes são os flocos de neve das baterias e irão explodir / explodir em chamas infernais se maltratados, derrubando seu projeto, carro, casa ou o que quer que seja inflamável ao seu alcance. O alto conteúdo de energia dessas baterias também pode causar sérios danos em caso de curto-circuito. Eu não assumo qualquer responsabilidade por qualquer propriedade danificada, criatura viva ou entidade espiritual / mental como resultado de algo dar errado seguindo estas instruções. Você só deve fazer isso se tiver conhecimento adequado sobre baterias de lítio e tiver tomado as precauções necessárias.

Em suma, você faz isso por sua própria conta e risco e não assumo qualquer responsabilidade por nada que possa dar errado com isso. Se não quer arriscar nada, sugiro que compre um pack acabado feito por profissionais.

Limitações:

As instruções aqui se concentrarão principalmente na criação de uma bateria desprotegida, portanto, nenhuma consideração será levada a qualquer tipo de BMS ou outras medidas de segurança que nos permitam utilizar a bateria de maneira segura. Isso é deixado para quem quiser construir isso para resolver.

Etapa 3: Fornecimento de células de bateria 18650

Se você já tem 18.650 baterias e está apenas interessado no processo de criação de uma bateria, pule para a etapa "Construindo a bateria".

Um dos tipos de bateria mais comuns que você encontrará será a célula de bateria 18650 (referida como célula de agora em diante), que é o tipo de bateria mais comumente usado em laptops. (Fato, 18650 realmente descreve o tamanho da célula, que tem 18 mm de diâmetro e 65,0 mm de comprimento). É claro que existem outras células como 21700 e 26650, mas devido à sua popularidade, este instrutível se concentrará apenas no tipo de célula 18650.

A principal fonte de pontuação grátis para 18650 são, sem dúvida, laptops antigos. Eles geralmente contêm de 6 a 9 células, dependendo do tipo de laptop. Mesmo com baterias de laptop ruins, é provável que apenas algumas das células fiquem ruins, enquanto o resto ainda pode ser usado. Outros locais para obter células são em baterias de e-bike, bancos de energia e também lojas online como eBay e Amazon, embora essas, obviamente, não sejam gratuitas.

Assim que você tiver uma bateria de laptop, é hora de abri-la. CUIDADO, entretanto, como você não quer perfurar ou causar curto-circuito em nenhuma das baterias. Minha recomendação é usar uma ferramenta de plástico para a parte de alavanca. Se você ainda usa um objeto de metal, como uma chave de fenda, certifique-se de fazê-lo com cuidado para não causar contratempos.

Depois de ter suas células, é hora de testar a capacidade delas. Para isso, recomendo usar um carregador / testador de bateria como o OPUS BT-C3100 (link de afiliado). Esses pequenos dispositivos práticos irão carregar / descarregar, testar e manter suas células de lítio para você, o que é ótimo se você planeja usar células de lítio para projetos.

Etapa 4: pacotes de bateria

As baterias são construídas por dois motivos principais: para aumentar a tensão ou / e para aumentar a capacidade. Uma célula é uma bateria individual em um pacote e, quando as células são conectadas em série, a voltagem é adicionada. Quando as células são conectadas em paralelo, a capacidade das células é adicionada, simulando uma bateria de maior capacidade. A configuração de uma bateria é geralmente descrita como XsYp, onde X indica o número de células em série e Y, o número de células em paralelo. Multiplicando-os, obtemos o número total de células necessárias para o nosso pacote.

A faixa de tensão de um 18650 típico está entre 4,2 V e ~ 2,5 V e, se você quisesse uma bateria de 12 V conectando três células na série 3s1p, daria 12,6 V totalmente carregada e até 7,5 V completamente vazia (embora não seja recomendado células de descarga abaixo de 3 V).

A capacidade das células varia muito entre o modelo e o fabricante. Mas, pela vasta quantidade de baterias que testei, a capacidade esperada para baterias usadas de laptop varia de 2.000mAh a 3.000mAh. Claro que você encontrará baterias com capacidade inferior a essa e aquelas que geralmente descarto.

Então, digamos que você queira criar um banco de energia com capacidade de 10000mAh e você tem um monte de células de 2000mAh … então, você adivinhou, você precisará conectar cinco delas em configuração paralela 1s5p para obter os 10000mAh e, claro, um Regulador DC-DC para chegar a 5V.

Se você, por exemplo, quisesse 12V e pelo menos 10000mAh, a configuração seria 3s5p e isso significa que a quantidade necessária de células seria 15 para criar esse pacote.

Criar sua própria bateria é realmente muito útil e há toneladas de material de leitura por aí, na internet. Portanto, se você é novo na criação de packs, sugiro que pesquise, pois este manual não fornecerá todos os detalhes sobre os packs de bateria e suas limitações. Dicas sobre algumas coisas para pesquisar são consumo e divisão de corrente, BMS, carga de equilíbrio, queda de tensão, resistência interna da bateria, tamanhos de guia, química da bateria e fuga térmica.

Etapa 5: Construindo o Pacote

Existem algumas coisas que serão necessárias para que possamos construir esta bateria.

A primeira etapa da construção da bateria é decidir qual configuração você deseja / precisa. Isso é decidido pelos requisitos de tensão, capacidade e corrente. Neste instrutível estaremos criando uma bateria 3s2p que deve resultar em uma bateria de 12V 4-5000mAh.

Uma vez que imprimiremos nossos suportes de células, uma impressora 3D será incrivelmente útil. Portanto, esta é a parte em que você deve sacar uma impressora 3D do bolso de trás ou pedir ajuda a um amigo amigo com uma impressora. Esses suportes de células são bem pequenos, então para obter a tolerância adequada para encaixá-los, eu recomendaria usar um bico de 0,4 mm ou menor. Os arquivos STL e de modelo podem ser encontrados no link abaixo, onde você também encontrará instruções de impressão.

Uma broca também pode ser necessária, dependendo do método de montagem escolhido (mais sobre isso em slides posteriores)

Como mencionado antes, nenhuma soldagem será necessária e a soldagem será opcional. O uso principal de um ferro de solda seria anexar cabos à bateria. No entanto, isso pode ser evitado usando terminais em anel nos fios ou apenas fazendo com que as guias funcionem como condutores e ignorando condutores de célula individuais (condutores de equilíbrio).

Link para arquivos stl: arquivos STL

Etapa 6: peças necessárias

Imprima quantos suportes forem necessários para sua embalagem e comece a buscar as outras peças necessárias. Para esta construção, precisaremos imprimir um total de seis suportes de células. Imprima também o invólucro, a tampa e, opcionalmente, o suporte, pois o invólucro tornará a bateria muito mais durável e confiável.

Lista de peças:

• Aba de níquel (largura máxima de 7, 5 mm)
• 2 parafusos M5 (pelo menos 100 mm de comprimento)
• 2x porcas-asas M5
• 12x parafusos e porcas M3 *
• Condutores do terminal (vermelho e preto)
• Balanceamento de leads *

* Parte opcional

Etapa 7: montar o pacote

Depois de ter todas as peças, é hora de montar o pacote e isso é bastante simples, pois os suportes de célula impressos podem ser encaixados uns nos outros para criar o tamanho de pacote necessário.

Os suportes de célula são projetados de tal forma que existem várias maneiras de usá-los para construir uma bateria.

1. A primeira opção é enfiar as guias no suporte da célula para conectar várias células. Os suportes são projetados com alguma elasticidade que deve garantir o contato adequado com a célula da bateria.
2. A segunda opção é usar parafusos M3 como contatos terminais e apertar as guias nos parafusos usando porcas. Para isso, pode ser útil fazer furos nas guias para permitir a passagem dos parafusos M3. Eu forneci um gabarito que ajudará com o espaçamento ao fazer esses orifícios. Pode ser sensato usar porcas de náilon ou Loctite para evitar que as porcas se soltem se a bateria suportar vibrações.

Qualquer soldagem de condutores e fios (como condutores de balanceamento) e guias de conexão (para criar conexões em série) deve ser feita neste estágio, certificando-se de que as guias corretas estejam conectadas.

Depois que a primeira parte (vamos chamá-la de parte inferior) estiver concluída e os fios condutores adequados tiverem sido soldados / conectados, ele pode ser colocado na parte inferior do gabinete. Vai ser um ajuste apertado. Isso tem o propósito de criar uma embalagem robusta e reduzir qualquer ruído desnecessário dentro da embalagem.

Insira as baterias, certificando-se de que todos os pares paralelos estejam no mesmo nível de voltagem e que as células tenham capacidade semelhante. Para criar uma conexão em série, o par de células deve estar voltado para a direção alternada, o que significa que o par do meio deve estar voltado para o lado oposto dos outros dois pares.

Insira os suportes de células superiores no pacote. Esta etapa pode exigir alguns mexer e mexer para que todas as células se alinhem corretamente no suporte superior.

IMPORTANTE!

• Certifique-se absolutamente de obter a polaridade e a orientação correta das células, caso contrário, você corre o risco de causar um curto-circuito nas células e, com isso, liberar todo o seu potencial, o que raramente é bom.
• Se estiver usando células eliminadas de baterias antigas de laptop ou outros dispositivos eletrônicos, certifique-se de remover todos os adesivos, resíduos de cola ou qualquer outra coisa que possa estar na célula, tomando cuidado para não remover o filme plástico. Você deseja que a célula se mova livremente no suporte da célula para permitir um bom contato dos terminais.

Etapa 8: teste o pacote

Enrosque a tampa com cuidado e voila! espero que você tenha uma bateria funcionando. Claro que agora é a hora de pegar seu multímetro e testar o pacote para ver se ele fornece a voltagem esperada.

Como pode ser visto nas fotos, criei algumas baterias com esses suportes e devo dizer que são realmente ótimas. Agora é possível construir pacotes onde você pode trocar células ruins com facilidade, alterar a configuração e células de carga individualmente.

No entanto, há algumas coisas que vale a pena mencionar sobre essa forma de construir pacotes. Uma vez que a conexão não está ligada às células, deve-se tomar cuidado extra para garantir que todas as células estejam fazendo o contato adequado. Se as células não estiverem produzindo o contato adequado, faíscas podem ser geradas, pois as baterias descarregam de maneira irregular. Outra coisa a ter em mente é que esta solução resultará em uma bateria menos compacta em comparação com a soldagem, por exemplo. A terceira desvantagem é que, embora a construção modular a torne flexível, você ainda está limitado às configurações de padrão de grade e, portanto, a personalização do formato da bateria se torna mais difícil.

Mas se nenhuma das desvantagens mencionadas acima o incomodar, parabéns por ter feito isso através dos instructables e que você seja capaz de resolver todos os seus desafios de energia no futuro.

Lembre-se de que usar baterias de lítio sem qualquer proteção é muito arriscado, portanto, uma recomendação é usar um BMS (sistema de monitoramento de bateria) adequado para proteger o pacote de sobrecarga / descarga e também se um recurso de balanceamento estiver incluído, ele também pode ser usado para carregar o pacote. Veja os links abaixo do meu BMS sugerido para usar em embalagens pequenas.

12V BMS (pacote de 3s)

16V BMS (pacote de 4s)