Bricolaje profesional 18650 batería

El mundo se está alejando de los combustibles fósiles y algún día se volverá completamente eléctrico. En el mundo actual, el ion 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 autos eléctricos (EV) se basan en el 18650. Es uno de los formatos de iones de litio más maduros disponibles. en alto volumen y disfruta de un bajo costo por Wh.

Puede encontrar todos mis proyectos en: //www.opengreenenergy.com/

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

Anteriormente, hice un generador de energía solar que funciona muy bien hasta ahora. Pero el problema principal es su peso, es realmente pesado. El peso principal del generador solar se debe a la batería de plomo ácido que contiene. Así que decidí hacer una batería 18650 Li Ion ligera y compacta.

En este Instructable, te mostraré cómo hacer un paquete de baterías 18650 para aplicaciones como: Power Bank, Solar Generator, e-Bike, Power wall, etc. Lo fundamental es muy simple: solo combinar el número de 18650 celdas en serie y en paralelo para hacer un paquete más grande y, finalmente, para garantizar la seguridad añadiéndole un BMS.

Al final de este proyecto, hice una carcasa impresa en 3D personalizada para la batería.

Descargo de responsabilidad: no puedo ser responsable de ninguna pérdida de propiedad, daño o pérdida de vidas si se trata de eso. Este tutorial fue escrito para aquellos que tienen conocimiento 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 requeridas:

1. Batería 18650 (GearBest / Amazon)

2. BMS (Banggood / Amazon)

3. Tiras de Ni (Banggood / Amazon)

4. Indicador de nivel de batería (Banggood)

5. Interruptor basculante (Aliexpress / Banggood)

6. DC Jack (Banggood / Aliexpress)

7. Soporte de batería 18650 (Banggood)

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

Herramientas utilizadas

1. Soldador por puntos (Banggood / Amazon)

2. Impresora 3D (Creality CR10S)

2. Pelacables / cortador (Amazon)

3. Soplador de aire caliente (GearBest)

3. Multímetro (Amazon)

5. Cargador de iones de litio (GearBest)

Equipo de seguridad :

1. Gafas de seguridad (Amazon)

2. Guantes eléctricos (Amazon)

Paso 2: Seleccionar las celdas 18650 correctas para la batería

Encontrará muchos tipos de celdas 18650 en el mercado en el rango de precios de $ 1 a $ 10, pero ¿cuáles son los mejores? Recomiendo comprar celdas 18650 de compañías de marca como Panasonic, Samsung, Sanyo y LG. Estas celdas tienen características de rendimiento bien documentadas y un excelente control de calidad. Las celdas de la marca 18650 de renombre son generalmente costosas, pero si considera el uso prolongado, vale la pena tenerlas.

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, comprados por compañías como Ultrafire y reempacados en su propia cubierta de marca. Muchas baterías usadas se vuelven a envolver como nuevas y etiquetadas en blanco. Venden la batería marcando la capacidad de hasta 5000 mAh, pero en realidad su capacidad está entre 1000 a 2000 mAh. Otro problema importante con estas celdas 18650 baratas es el alto riesgo de explosión cuando se sobrecalienta durante la carga o descarga.

En este proyecto, he usado celdas verdes Panasonic 18650B de capacidad 3400 mAh de GearBest.

Paso 3: elegir las tiras de batería correctas

Para hacer la batería, debe conectar las celdas 18650 juntas mediante tiras de níquel o cable grueso. Generalmente, las tiras de níquel se usan 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 lleva 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 vs soldadura

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

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

Soldadura

Debe saber por qué se prefiere la soldadura por puntos en lugar de 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. Finalmente perderás algo de capacidad y darás 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 desgastada y use suficiente flujo para permitir un flujo rápido de soldadura.

2. Es mejor tener una plancha de buena potencia de alta potencia (min 80W) con buena capacidad térmica para que pueda enviar el calor a la junta rápidamente para que no tenga que mantener la plancha en la batería durante mucho tiempo y dejar que el calor infiltrarse en él, causando daños a la batería.

Soldadura de punto :

La razón por la que colocamos soldadura por puntos es porque une de forma segura las celdas sin agregarles mucho calor. Hay dos grados de soldadores por puntos disponibles actualmente en el mercado: grado hobby y grado profesional. Un soldador puntual decente para hobby cuesta alrededor de $ 200 a $ 300, mientras que un buen grado profesional puede costar alrededor de diez veces más, por lo que sugeriré comprar un soldador puntual de grado hobby en cualquier tienda en línea como: Banggood, Aliexpress o eBay. utilizando el soldador por puntos SUNKKO 709A 1.9kw de Banggood.

Paso 5: Verifique el voltaje de la celda

Antes de conectar las celdas en paralelo, primero verifique los voltajes de las celdas individuales. Para el paralelismo de las celdas, el voltaje de cada celda debe estar cerca el uno del otro, de lo contrario, una gran cantidad de corriente fluirá desde la celda con mayor voltaje a la celda con menor voltaje. Esto puede dañar las células e incluso provocar incendios 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 demasiado. Pero si va a usar una batería de computadora portátil vieja, asegúrese de que el voltaje de las celdas sea casi el mismo, de lo contrario, cargue las celdas al mismo nivel de voltaje utilizando un buen cargador de batería de iones de litio. Utilicé mi cargador Nitecore SC4 para cargar todos los 18650 células antes de unirlas.

Paso 6: capacidad y voltaje de la batería

Para hacer el paquete de baterías, primero debe finalizar el voltaje nominal y la capacidad del paquete, ya sea en 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 el voltaje nominal (Volt).

Para este proyecto, el requisito es: batería de 11.1 V y 17 Ah

Especificación de las celdas 18650 utilizadas: 3.7V y 3400 mAh

Capacidad (mAh):

Capacidad deseada de la batería = 17 AH o 17000 mAh.

Capacidad de cada celda = 3400 mAh

No de celdas requeridas para 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, finalmente se hizo una sola celda con mayor capacidad (es decir, 4.2V, 17000 mAh )

Voltaje (voltio):

El voltaje nominal deseado de la batería es de 11.1V.

Tensión nominal de cada celda = 3.7 V

No de celdas requeridas para la conexión en serie = 11.1 /3.7 = 3 nos

Comúnmente, 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 la batería.

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

Paso 7: ensamble las celdas 18650

Del paso anterior, está claro que nuestra batería está compuesta 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). tiene que organizar las 15 celdas correctamente para hacer la conexión eléctrica entre ellas y con la placa BMS.

Coloque el primer grupo paralelo de celdas (5 nos) 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 de acuerdo a sus requerimientos. Es como resolver un rompecabezas.

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

3. Hace que su batería sea sólida y confiable.

4. Proporciona seguridad antivibraciones a su batería

Paso 8: suelde por puntos las tiras de níquel

Ahora es el momento de conocer el procedimiento para usar el soldador por puntos (estoy hablando del soldador por puntos que 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, móvil pluma de soldadura por puntos con interruptor de pie. Prefiero usar la segunda opción. Antes de soldar, debe preparar las tiras de níquel y el soldador.

Cortar las tiras de níquel:

Coloque su tira de níquel en la parte superior de las 5 celdas (en paralelo), asegurándose de que cubra todos los terminales de las celdas, deje un exceso de tiras de 10 mm para conectarla al BMS y luego córtela. 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 niquelado. Debe ajustar el pulso de la soldadora 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 la tira 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 tira de níquel y terminal de batería, luego presione el interruptor de pie. Notará una pequeña chispa y dos puntos en la tira.

Soldadura exitosa:

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

Seguridad: antes de comenzar la soldadura por puntos, use siempre gafas de seguridad.

Paso 9: Agregar el BMS

Un sistema de gestión de batería (BMS) es cualquier sistema electrónico que gestiona una batería de litio y las principales funcionalidades son

1. Supervisa todos los grupos paralelos en la batería y desconéctala de la fuente de alimentación de entrada cuando está completamente cargada (cerca de 4.2V)

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 máxima de descarga - como 10A / 20A / 25A / 30A

Para este proyecto, he usado una placa BMS 3S y 25A. Estas son las especificaciones de ese BMS:

Rango de sobretensión: 4.25 ~ 4.35V ± 0.05V

Rango de voltaje de descarga: 2.3 ~ 3.0V ± 0.05V

Corriente de funcionamiento máxima: 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 B- y el bus de terminal positivo al B1. De manera similar, el tercer bus terminal negativo del grupo paralelo al B2 y el bus terminal positivo al B +.

Puede soldar por puntos las tiras de níquel al BMS o soldarlo a la almohadilla de PCB. Preferí soldar las tiras de níquel a la PCB para una conexión resistente. Primero aplique el fundente de soldadura a las almohadillas de PCB y el extremo de las tiras de níquel. todas las almohadillas aplicando poca 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

El paquete de baterías tiene tiras de níquel expuestas alrededor, para evitar cualquier cortocircuito accidental, diseñé un gabinete para ello. Utilicé 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 de Thingiverse.

Utilicé mi impresora 3D Creality CR-10S y un filamento verde PLA de 1.75 mm para imprimir las piezas. Me llevó alrededor de 6.5 horas imprimir el cuerpo principal y alrededor de 1.2 horas imprimir la tapa superior.

Mi configuración es:

Velocidad de impresión: capa de 70 mm / s

Altura: 0.3

Densidad de relleno: 100%

Temperatura del extrusor: 205 ° C

Temperatura de la cama: 65 ° C

Paso 11: cableado de los componentes

Normalmente, una batería estándar tiene solo dos terminales para conectar la carga y cargar la batería. Además de esto, he agregado un indicador de nivel de batería, para ver el nivel de la batería cuando sea necesario. He utilizado un conector de CC 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 pasemos al cableado de los componentes. He preparado este diagrama de cableado simple para todos los componentes. ¡Es bastante simple! Para aislar las partes conductoras, utilicé tubos termocontraíbles.

Nota: No suelde los cables (P + y P-) al BMS antes de instalar los componentes en el gabinete.

Paso 12: montaje final

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 suelten las conexiones de los cables.

¡Finalmente, atornille las tapas superiores en su lugar! Utilicé 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 como este. Puede obtenerla fácilmente en AliExpress o eBay.

Espero que hayas disfrutado leyendo sobre mi proyecto tanto como a mí me ha gustado construirlo. Si estás pensando en hacer el tuyo, te animo a que lo hagas, aprenderás mucho. Si tiene alguna sugerencia para mejorar, coméntela a continuación.

Gracias !

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