Pacote de bateria de lítio DIY 4S com BMS: 6 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:39

Eu assisti e li mais de um tutorial ou guia prático sobre baterias de íon de lítio e pacotes de bateria, mas eu realmente não vi um que forneça muitos detalhes. Como um novato, tive problemas para encontrar boas respostas, então muito disso era tentativa e erro (e faíscas).

Quando decidi construir uma bateria com 18.650 células de íon de lítio para um projeto, desmontei a bateria do meu laptop antigo, tirei as baterias e as soldei junto com tiras de metal em uma bateria. No entanto, aprendi na minha primeira tentativa que não era tão fácil. As baterias de íon de lítio não são como as baterias de hidreto de metal de níquel, ácido de chumbo ou níquel cádmio. Eles são sensíveis a descargas excessivas, carregamento excessivo e curtos-circuitos e precisam de cuidados especiais para evitar que superaquecem, derretam ou explodam.

Por que usá-los? Eles são realmente ótimos para projetos porque têm uma voltagem mais alta do que outros produtos químicos e retêm muita energia, o que significa que você pode usar menos deles do que se estivesse usando hidreto de metal de níquel ou células de cádmio de níquel (apenas 1,2 volts). Por esse motivo, as baterias de ferramentas elétricas e as baterias de veículos elétricos são feitas de células de íon de lítio. Eles vêm em todas as formas, tamanhos e capacidades. Células de alta qualidade podem suportar altas taxas de descarga de mais de 20 amperes e funcionam bem em configurações de células múltiplas. Você também pode obtê-los de forma barata ou gratuita se olhar ao redor, porque praticamente todo laptop tem uma bateria de íon de lítio que as pessoas às vezes jogam fora porque está "morta", mas pode ter muita vida restante nela.

Estou construindo um pacote 4S2P que tem 4 células em série e 2 em paralelo para 8 células. Isso lhe dará uma tensão de carga total de 16,8 volts, 14,8 volts nominais e uma classificação de descarga de 12 volts, e o dobro da capacidade das células em série. Possui também um sistema de gerenciamento de bateria, necessário para proteger as células e mantê-las funcionando bem. Consegui terminar este projeto por cerca de $ 20 USD. Além disso, eu consegui!

Então vamos começar! Links para os materiais que usei serão incluídos.

Etapa 1: Materiais, Ferramentas e Segurança

As células de íon de lítio são bastante inofensivas, mas você precisa tomar alguns cuidados. Evite colocá-los em curto e tenha cuidado com o ferro de solda e as ferramentas.

Para as ferramentas, você precisa de um ferro de solda de pelo menos 30 watts, um multímetro digital, faca ou descascador de fios, cortadores laterais ou cortadores nivelados.

A seguir, uma solda de boa qualidade como esta: https://www.ebay.com/itm/Kester-44-Rosin-Core-Sold … Esta é uma das melhores que você pode obter para a eletrônica.

Os outros itens necessários são, é claro, algumas baterias de íon de lítio 18.650, um pacote de laptop antigo ou alguns como estes: https://www.ebay.com/itm/1-10x-Lot-Samsung-INR1865 …

Tiras de níquel puro como estas:

Um sistema / placa de gerenciamento de bateria:

Conectores de plugue de equilíbrio 4S:

Conectores do tipo T da Deans (ou conectores XT60):

Equilibre o carregador para carregar a bateria:

Outros itens diversos foram fio de calibre 18 (1,02 mm de diâmetro), calibre 26 (0,40 mm de diâmetro) a calibre 24 (0,51 mm), fita isolante e / ou fita isolante ou filme termoencolhível.

Etapa 2: as baterias

Primeiro, você precisará de algumas baterias de íon de lítio 18650. Como estou fazendo isso barato, procurei baterias de laptop velhas e encontrei um pacote Dell de 9 células no depósito de economia por menos de US $ 3. Este pacote era composto de algumas células vermelhas da marca Sanyo de boa qualidade. Verifiquei a folha de dados e eles têm uma capacidade padrão de 2200 mAh e são classificados para corrente de descarga de 4 amperes. Nada mal. Sim, eles estavam praticamente mortos (menos de 2 volts cada célula), mas fui capaz de reanimá-los. Estou fazendo outro Instructable que lhe diz como fazer isso. Você pode comprar células novas no eBay ou Amazon, mas podem ser caras para as boas marcas. Fique longe daqueles que anunciam capacidade de 5000 ou 9800 mAh. Provavelmente são células de marca que não passaram nos testes de controle de qualidade de fábrica e podem ter capacidade de 1000 ou até 900 mAh. Eles são renomeados e revendidos com desconto. Se você usou uma bateria de laptop velha, será necessário remover os conectores antigos dos terminais. Use os cortadores laterais para fazer isso.

Etapa 3: Conectando as células

Em seguida, você precisa encontrar uma maneira de unir as células. Você pode usar guias de solda de aço ou tiras de níquel. Estou usando tiras de níquel puro, não aço niquelado, porque em altas correntes, o aço tem maior resistência do que o níquel, o que pode causar acúmulo de calor. Estou soldando-as às células. Esta não é a forma recomendada porque se você segurar o ferro de solda na célula por muito tempo, ele danificará a célula e fará com que ela perca capacidade. A melhor maneira é usar um soldador por pontos feito sob medida como este:

No entanto, a menos que você faça muitas baterias e possa justificar o gasto de US $ 200 ou mais por uma, soldar é bom. Apenas tenha cuidado.

Para o ferro de soldar, recomendo pelo menos um ferro de 30 watts e uma boa solda. Uma boa solda é crítica. Não use solda sem chumbo para isso porque tem uma temperatura de fusão mais alta. Além disso, um ferro de solda mais fraco não esquentará o suficiente para unir adequadamente as células às tiras de níquel.

Para construir a bateria, estamos pegando 4 células em série e adicionando uma célula paralela, então temos o dobro da voltagem e capacidade por célula. Veja o diagrama acima para saber como conectar as células. O único fator limitante é que todas as células precisam ser idênticas. Mesmo com o BMS, capacidades desiguais fariam com que uma célula fosse carregada e descarregada desigualmente e isso poderia fazer com que aquela célula e as outras falhassem mais rapidamente. Por isso é bom usar baterias de laptop, já que sempre foram usadas juntas.

Para soldar as células, desbaste os terminais positivo e negativo das células e aplique uma pequena quantidade de solda. Em seguida, organize as células na ordem adequada para a conexão em série / paralela, conforme mostrado nos diagramas. Para isso, colei as células com fita adesiva, mas você também pode usar espaçadores de bateria.

Corte as tiras de níquel no comprimento correto para conectar as células. Usei alguns cortadores laterais para isso, mas cortadores de estanho ou cortadores de chapa também funcionam. Aplique solda em cada extremidade da tira e solde a tira nos terminais da bateria. Não segure o ferro de solda por muito tempo, apenas o suficiente para derreter a solda. Prendi as células com fita adesiva antes de soldar as conexões finais para mantê-las alinhadas corretamente.

Etapa 4: BMS Board e Balance Connections

Para obter o máximo da bateria e evitar que ela falhe prematuramente, precisamos adicionar uma forma de nos certificarmos de que estão protegidas e carregadas corretamente. As células de íon de lítio ou polímero precisam ser protegidas contra descarga insuficiente ou excessiva, o que pode ser muito ruim. Isso é feito por um sistema / placa de gerenciamento de bateria ou BMS. É um dispositivo que combina proteção de bateria para baterias de várias células, como estamos construindo. É chamado de sistema de gerenciamento de bateria ou BMS para breve. É um dispositivo que protege as células contra descargas excessivas e insuficientes, picos de corrente e curtos-circuitos. Existem muitos tipos e configurações diferentes de placas BMS para diferentes arranjos de células e aplicações. Estou usando uma placa 4S BMS classificada para uma corrente de trabalho de 10 A, o que é adequado para minha aplicação (lanterna LED de 100 watts).

Conectar é fácil. Assim que nossa bateria for soldada, precisamos medir as tensões nas células em série com um multímetro. Você deve ter 14,8 volts para o positivo da bateria, 3,7 V volts, 7,4 V volts e 11,1 volts. Existem 5 conexões para um plugue de equilíbrio 4S: uma para o positivo da bateria ou célula # 4, uma para o negativo, célula # 1, célula # 2 e célula # 3. Meça-os colocando a sonda negativa no lado negativo da embalagem e medindo através das conexões. Uma vez que todos eles combinem, você pode soldar os fios de equilíbrio de cada conexão às almofadas corretas no BMS.

Usei fio de bitola 26 (0,40 mm de diâmetro) para as conexões de balanceamento e bitola 18 (1,02 mm de diâmetro) para as saídas de carga e +/- da bateria, uma vez que lidarão com quase 10 amperes de corrente. Você pode usar fios menores para as conexões da balança, uma vez que elas não estão lidando com quase nenhuma corrente, apenas a respectiva tensão das conexões. Eu não iria abaixo de 26 para isso. Depois de conectar o pacote, você pode conectar os cabos do plugue de equilíbrio às saídas de bateria adequadas.

Etapa 5: carregamento de equilíbrio

Agora que temos tudo conectado, podemos conectar nosso pacote ao carregador e garantir que carregue. É assim que você saberá se suas conexões estão erradas, pois o carregador não carrega e avisa sobre conexões de tensão incorretas.

Para começar, precisamos de um carregador de equilíbrio para baterias de lítio. Nenhum outro carregador funcionará para isso porque ele precisa ter um modo de equilíbrio! Estou usando um clone chinês do SkyRC iMax B6. Não, não é o negócio real, mas descobri que a cópia funcionou muito bem. Conecte os fios positivo e negativo da bateria ao carregador. Meu carregador tem plugues banana com um conector do tipo T da Deans que se conecta a vários conectores. Você pode usar pinças de crocodilo ou fio em um plugue de carregador como um Deans ou XT60. Estou usando um conector Deans e o conectei às saídas no painel de equilíbrio. Certifique-se de que é onde você conecta o carregador, pois o BMS precisa de um sinal de 12,6 volts para se ativar. Se você pretende que seja uma bateria removível, conecte a saída a qualquer conector que seu dispositivo usará. Estou conectando o meu com conectores tipo espada e um plugue Deans porque ele será montado permanentemente em meu projeto.

Seu carregador pode ser diferente, mas é assim que ele funciona para praticamente todos os clones do carregador SkyRC iMax B6. Conecte o cabo de equilíbrio no soquete 4S do carregador. Ele só vai em uma direção e é marcado para os lados positivo e negativo da bateria. Conecte o cabo do carregador e defina o modo de carga para "Equilíbrio". Certifique-se de que o carregador também esteja no modo "4S". Como este é um pacote de 4400 mAh, eu gosto de definir a corrente de carga para 1/2 ou menos da classificação de corrente máxima, então 2 a 2,2 amperes. Estou usando 1.5 porque este é um teste. Essas baterias estão praticamente totalmente carregadas, então as tensões são altas. Quando estiver funcionando, você deverá ver as células da série 4 carregando igualmente, com uma diferença de 0,1 a 0,2 volts uma da outra. Quando o carregamento terminar, todas as células devem estar na mesma voltagem, que é de 4,2 volts. O pacote deve ler uma tensão de carga total de 16,8 volts. Quando está na tensão nominal, é de 14,8 volts (3,7 volts por célula). Se você estiver carregando pela primeira vez, comece com uma configuração de corrente baixa para a primeira carga e aumente-a quando carregá-la novamente.

Etapa 6: Conclusão

É isso! Você fez uma bateria de íon de lítio funcional e confiável semelhante a um pacote LiPo 4S 5000 mAh por uma fração do custo! Sim, você precisa de um carregador, mas se tiver uma bateria de laptop velha por aí, algum fio, plugue de carga e lingüetas de solda, tudo o que você precisa é do BMS para começar, que custa cerca de US $ 10 ou menos se você comprá-lo China. Isso me custou cerca de US $ 24. Seria ainda mais barato se eu pegasse tudo da China, mas eu não queria esperar um mês para as peças chegarem aqui! Eu já tinha o carregador, o ferro de solda, o multímetro, a solda, as ferramentas e os fios, então tudo que eu precisava comprar era:

Bateria do laptop

Placa BMS

Plugues de equilíbrio

Tiras de níquel

Era mais barato do que comprar um pacote LiPo e era mais prático porque eu precisava de algo para caber no meu projeto. Além disso, é divertido e aprendi muito fazendo isso!

Espero que goste deste guia e, acima de tudo, espero que saiba mais do que antes de lê-lo. É minha primeira tentativa, por favor, comente e me diga como eu me saí, ou poderia ser melhor no futuro! Obrigado por ler!