Keevitamata liitiumaku: 8 sammu (koos piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:46

Kui tegelete elektroonikaga, on ühine väljakutse ületada sobiva toiteallika leidmine. See kehtib eriti kõigi kaasaskantavate seadmete/projektide kohta, mida võiksite ehitada, ja tõenäoliselt on aku selle toiteallika jaoks teie parim valik. Kui ehitate vähese energiatarbega seadet, on teil valida paljude võimaluste vahel, kuid kui teie projekt on võimsust näljane väike lollakas, võite piirduda liitiumakudega. Liitiumakud on paljuski imeline kingitus inimkonnale nutikatelt akuteadlastelt inimestelt ja ma olen nende kingituste eest tänulik.

Akuid on vaja suure hulga toodete jaoks, millel on suur energiavajadus. Need võivad olla kaasaskantavad kõlarid, e-jalgrattad, elektrilised rulad, toitepangad, taskulambid, RC-asjad ja palju-palju muud.

Nende patareide ainus probleem (ignoreerides täielikult nende laadimis-/tühjenemisvõimet ja halva käitlemise korral leekidesse süttimist) on see, et need on võrreldes teiste halvemate akutehnoloogiatega üsna kallid. Seega on võimalus soodsalt oma akusid luua ja see on suurepärane võimalus tõsiste projektide jaoks.

Meie õnneks on liitiumakud nii populaarsed, et neid leidub meie ümber. Nii et selles juhendis juhendan teid protsessis, kuidas luua oma 18650 liitiumakust oma akupakk, mis on kogutud vanadest sülearvutitest, mida saate kasutada oma energiaga näljaste projektide toiteks.

Samm: miks see juhendatav on?

Mis siis eristab seda juhendamist paljudest muudest juhistest aku koostamise kohta? Noh, ma olen märganud, et kui otsite viisi aku valmistamiseks, antakse tavaliselt kaks võimalust. Need on rakkude keevitamine punktkeevitajaga või elementide kokku jootmine. Ilma liigsetesse detailidesse laskumata on nende valikutega muidugi mõned plussid ja miinused. Punktkeevituse eeliseks on see, et see tagab usaldusväärse sideme, kahjustamata akut. Miinuseks on aga see, et see nõuab kohapealset keevitajat, mis võib olla üsna kulukas. Jootmine on palju odavam ja loob parema ühenduse, kuid aku kahjustamise hinnaga, mis tuleneb soojusülekandest elementi. Mõlema meetodi teine puudus on see, et need on üsna püsivad, nõudes lehtede jootmist või sakkide lõikamist, et võimaldada aku konfiguratsiooni muutmist. Seega valin kolmanda variandi, milleks on keevisõmbluseta ja potentsiaalselt jootmiseta aku.

Disainisin need moodulrakkude hoidikud, mis võimaldavad ehitada mis tahes võrgu suurusega akusid ilma kalleid punktkeevitajaid kasutamata, ilma patareisid kahjustamata ja vabalt akupaketti ümber seadistada või üksikuid elemente igal ajal hõlpsalt asendada.

2. samm: lahtiütlemine

Enne alustamist pean teile siiski teatama, et liitiumpatareid, olgu need nii imelised kui tahes, on õige käitlemise korral üsna ohtlikud. Need on patareide lumehelbed ja plahvatavad/plahvatavad põrgusse leeki, kui neid halvasti koheldakse, võttes maha teie projekti, auto, maja või kõik muu, mis on käeulatuses tuleohtlik. Nende akude suur energiasisaldus võib lühise korral põhjustada ka tõsiseid kahjustusi. Ma ei võta endale mingit vastutust kahjustatud vara, elusolendi või vaimse/vaimse olemuse eest, mis tuleneb sellest, et midagi on selle juhendi järgi valesti läinud. Seda peaksite tegema ainult siis, kui teil on piisavalt teadmisi liitiumpatareide kohta ja olete võtnud vajalikud ettevaatusabinõud.

Lühidalt öeldes teete seda omal vastutusel ja ma ei vastuta millegi eest, mis võib sellega valesti minna. Kui te ei soovi millegagi riskida, siis soovitan teil osta professionaalide valmistatud valmispakk.

Piirangud:

Siinsed juhised keskenduvad peamiselt kaitsmata akupaketi loomisele, seega ei võeta arvesse ühtegi BMS -i ega muid ohutusmeetmeid, mis võimaldaksid meil akut ohutult kasutada. See on jäetud kõigile, kes soovivad selle lahendada.

Samm: hankige 18650 akuelementi

Kui teil on juba 18650 akut ja olete lihtsalt huvitatud akupaketi loomisest, võite minna sammu "Paki loomine" juurde.

Üks levinumaid akutüüpe, millega kokku puutute, on 18650 akuelement (edaspidi nimetatakse elemendiks), mis on sülearvutites kõige sagedamini kasutatav akutüüp. (Fakt, 18650 kirjeldab tegelikult lahtri suurust, mille läbimõõt on 18 mm ja pikkus 65,0 mm). Muidugi on ka teisi lahtreid nagu 21700 ja 26650, kuid nende populaarsuse tõttu keskendub see juhend ainult 18650 rakutüübile.

Tasuta 18650 hindamise peamine allikas on kahtlemata vanad sülearvutid. Need mahutavad tavaliselt 6-9 lahtrit sõltuvalt sülearvuti tüübist. Isegi sülearvuti halbadest patareidest tulenevalt on tõenäoline, et ainult mõned elemendid on halvad, ülejäänud aga siiski kasutatavad. Teised kohad rakkude hankimiseks on e-jalgratta akud, toitepangad ja ka veebipoodid nagu eBay ja amazon, kuigi need pole muidugi tasuta.

Kui olete sülearvuti aku käes hoidnud, on aeg see avada. ETTEVAATUST, kuna te ei soovi ühtegi akut torgata ega lühistada. Minu soovitus on kasutada uudishimuliku osa jaoks plastikust tööriista. Kui kasutate endiselt metallist eset, näiteks kruvikeerajat, siis tehke seda ettevaatlikult, et mitte äpardusi tekitada.

Kui olete oma rakud saanud, on aeg nende võimsust testida. Selleks soovitan kasutada akulaadijat/testrit nagu OPUS BT-C3100 (sidusettevõtte link). Need käepärased väikesed seadmed laadivad/tühjendavad, testivad ja hooldavad teie liitiumelemente teie eest, mis on suurepärane, kui kavatsete kasutada liitiumelemente projektide jaoks.

Samm: akud

Akuid on ehitatud kahel peamisel põhjusel: pinge tõstmiseks või võimsuse suurendamiseks. Element on üksik aku pakis ja kui rakud on järjestikku ühendatud, lisatakse pinge. Kui elemendid on paralleelselt ühendatud, lisatakse nende asemel mahutavus, imiteerides suurema võimsusega akut. Aku konfiguratsiooni kirjeldatakse tavaliselt kui XsYp, kus X tähistab jadamisi ja Y, paralleelselt. Neid korrutades saame meie paki jaoks vajalike rakkude koguarvu.

Tüüpilise 18650 pingevahemik on vahemikus 4,2 V kuni ~ 2,5 V ja seega, kui soovite 12 V akut, mis ühendab 3s1p seeria kolme elementi, annaks 12,6 V täielikult laetud ja kuni 7,5 V täiesti tühi (kuigi seda ei soovitata tühjendage rakud alla 3 V).

Lahtrite maht varieerub mudelite ja tootjate vahel suuresti. Kuid suurest testitud akude hulgast on kasutatud sülearvutipatareide eeldatav maht vahemikus 2000–3000 mAh. Loomulikult leiate sellest väiksema mahutavusega patareid ja need, mille ma tavaliselt ära viskan.

Oletame, et soovite luua 10000mAh võimsusega toitepanga ja teil on hunnik 2000mAh elemente … siis arvasite, et peate selle 10000mAh saamiseks ühendama viis neist paralleelselt 1spp konfiguratsiooniga DC-DC regulaator 5V pinge saavutamiseks.

Kui soovite näiteks 12 V ja vähemalt 10000 mAh, siis oleks konfiguratsioon 3s5p ja see tähendab, et selle paketi loomiseks on vaja 15 lahtrit.

Oma aku loomine on tõepoolest väga kasulik ja internetis on palju lugemismaterjali. Nii et kui olete pakettide loomisel uus, soovitan teil seda veidi uurida, kuna see juhend ei anna kõiki üksikasju akupakettide ja nende piirangute kohta. Vihjeid mõnele asjale, mida otsida, on voolutugevus ja voolujaotus, BMS, tasakaalulaeng, pingelangus, aku sisetakistus, sakkide suurused, aku keemia ja termiline põgenemine.

5. samm: pakendi loomine

Selle aku koostamiseks on vaja paar asja.

Aku ehitamise esimene samm on otsustada, millist konfiguratsiooni soovite/vajate. Selle määravad pinge, võimsuse ja voolu nõuded. Selles juhendis loome 3s2p aku, mille tulemuseks peaks olema 12V 4-5000mAh aku.

Kuna trükime oma kärjehoidjaid, on 3D -printer uskumatult kasulik. Nii et see on see osa, kus peaksite tagataskust 3D -printeri välja piitsutama või paluma sõbralikul printeriga sõbral teid aidata. Need elemendihoidikud on üsna väikesed, nii et nende kokku klõpsamise nõuetekohase tolerantsi saamiseks soovitaksin kasutada 0,4 mm või väiksemat otsikut. STL- ja mudelifailid leiate allolevalt lingilt, kust leiate ka printimisjuhised.

Sõltuvalt valitud monteerimismeetodist võib vaja minna ka külvikut (sellest lähemalt hilisematel slaididel)

Nagu varem mainitud, pole keevitamine vajalik ja jootmine on valikuline. Jootekolvi peamine kasutusala oleks juhtmete kinnitamine aku külge. Seda saab aga vältida, kui kasutada juhtmetel rõngasklemme või lasta lihtsalt sakkidel toimida juhtmetena ja ignoreerida üksikuid elemendi juhtmeid (tasakaalustusjuhtmeid).

Link stl-failidele: STL-failid

6. samm: vajalikud osad

Printige oma pakile nii palju hoidikuid kui vaja ja alustage muude vajalike osade hankimist. Selle ehituse jaoks peame printima kokku kuus lahtrihoidjat. Printige ka korpus, kaas ja valikuliselt kinnitus, kuna ümbris muudab aku palju vastupidavamaks ja usaldusväärsemaks.

Osade nimekiri:

• Niklikeel (max laius 7,5 mm)
• 2x M5 kruvi (vähemalt 100 mm pikk)
• 2x M5 tiibmutrid
• 12x M3 kruvi ja mutrit*
• Klemmijuhtmed (punane ja must)
• Tasakaalustusjuhtmed*

*Valikuline osa

Samm: pange pakend kokku

Kui teil on kõik osad käes, on aeg pakend kokku panna ja see on üsna lihtne, kuna trükitud lahtrihoidikud saab soovitud pakendi suuruse loomiseks üksteise külge klõpsata.

Lahtrihoidikud on konstrueeritud nii, et neid saab kasutada mitmel viisil aku valmistamiseks.

1. Esimene võimalus on keerata sakid läbi lahtrihoidja, et ühendada mitu lahtrit. Hoidjad on konstrueeritud nii, et need on vedrustatud, mis peaks tagama nõuetekohase kontakti akuelemendiga.
2. Teine võimalus on kasutada klemmikontaktidena M3 kruvisid ja pingutada mutritega kruvide kruvid. Selleks võib olla kasulik puurida sakkidesse augud, et võimaldada M3 kruvide läbimist. Olen pakkunud rakist, mis aitab nende aukude puurimisel vahekaugust. Mõistlik on kasutada nailonmutreid või loktiiti, et vältida mutrite lahti keeramist, kui aku talub vibratsiooni.

Juhtmete ja juhtmete (nagu tasakaalustusjuhtmed) ja ühenduskaartide (jadaühenduste loomiseks) jootmine tuleks teha selles etapis, veendudes, et õiged sakid on ühendatud.

Kui esimene osa (nimetagem seda alumiseks osaks) on valmis ja õiged juhttraadid on joodetud/kinnitatud, saab selle paigutada korpuse põhja. See saab olema tihe. See on mõeldud selleks, et luua tugev pakend ja vähendada tarbetut müristamist pakendi sees.

Sisestage patareid, veendudes, et kõik paralleelpaarid on samal pingetasemel ja elementide võimsus on sarnane. Seeriaühenduse loomiseks peaks lahtripaar olema suunatud vahelduva suuna poole, mis tähendab, et keskmine paar peaks olema kahe teise paari vastas.

Sisestage ülemised lahtrihoidjad pakendisse. See samm võib nõuda mõningast raputamist ja näppimist, et kõik lahtrid saaksid ülemisse hoidikusse õigesti joonduda.

TÄHTIS!

• Veenduge, et saate rakkude polaarsuse ja orientatsiooni õigesti, vastasel juhul on teil oht rakke lühistada ja sellega nende potentsiaali täielikult vabastada, mis on harva hea.
• Kui kasutate vanadest sülearvutipatareidest või muudest elektroonikaseadmetest puhastatud elemente, eemaldage kindlasti kõik kleebised, liimijäägid või kõik muu, mis võib elemendil olla, olge ettevaatlik ja ärge eemaldage kokkutõmmatavat ümbrist. Soovite, et element liiguks lahtrihoidikus vabalt, et võimaldada klemmidega hästi kokku puutuda.

8. samm: testige pakki

Keerake kaas ettevaatlikult kinni ja voila! loodetavasti on teil töökorras aku. Muidugi on nüüd aeg multimeeter välja võtta ja pakki testida, et näha, kas see annab oodatud pinge.

Nagu piltidelt näha, olen nende hoidikutega loonud paar akut ja pean ütlema, et need on tõesti suurepärased. Nüüd on võimalik ehitada pakette, kus saate hõlpsalt halvad elemendid välja vahetada, konfiguratsiooni muuta ja rakke eraldi laadida.

Selle pakendite koostamise viisi kohta tasub siiski mainida mõnda asja. Kuna ühendus ei ole rakkudega ühendatud, tuleb olla eriti ettevaatlik, et tagada iga elemendi korralik kontakt. Kui rakud ei tee õiget kontakti, võivad patareid ebaühtlaselt tühjenedes tekitada sädemeid. Teine asi, mida meeles pidada, on see, et selle lahenduse tulemuseks on näiteks keevitamisega võrreldes vähem kompaktne aku. Kolmas puudus on see, et kuigi modulaarne konstruktsioon muudab selle paindlikuks, piirdute siiski võrgumustri konfiguratsioonidega ja aku komplekti kohandamine muutub seega raskemaks.

Aga kui ükski ülalnimetatud puudustest teid ei häiri, siis õnnitleme teid juhendite täitmise eest ja võite lahendada kõik oma tulevased energiaprobleemid.

Pidage meeles, et liitiumpatareide kasutamine ilma igasuguse kaitseta on üsna riskantne, seega soovitame kasutada sobivat BMS -i (aku jälgimissüsteemi), et kaitsta pakki ülelaadimise/tühjenemise eest ning kui on kaasas tasakaalustusfunktsioon, saab seda kasutada ka laadimiseks pakk. Vaadake allolevaid linke minu soovitatud BMS -ist, mida kasutada väikeste pakendite jaoks.

12V BMS (3s pakendis)

16V BMS (4s pakendis)