ชุดแบตเตอรี่ลิเธียม DIY 4S พร้อม BMS: 6 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:07

ฉันได้ดูและอ่านบทช่วยสอนหรือคำแนะนำเกี่ยวกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนและชุดแบตเตอรี่มากกว่าหนึ่งรายการแล้ว แต่ฉันยังไม่เห็นสิ่งที่ให้รายละเอียดมากมายแก่คุณจริงๆ ในฐานะมือใหม่ ฉันมีปัญหาในการหาคำตอบที่ดี ดังนั้นสิ่งนี้จึงเป็นการลองผิดลองถูก (และจุดประกาย) หลายครั้ง

เมื่อฉันตัดสินใจสร้างชุดแบตเตอรี่จากเซลล์ลิเธียมไอออน 18650 สำหรับโครงการหนึ่ง ฉันแยกแบตเตอรี่แล็ปท็อปเก่าออก นำแบตเตอรี่ออก บัดกรีเข้าด้วยกันด้วยแถบโลหะในก้อนแบตเตอรี่ อย่างไรก็ตาม ฉันได้เรียนรู้จากความพยายามครั้งแรกว่ามันไม่ง่ายขนาดนั้น แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนไม่เหมือนกับแบตเตอรี่นิกเกิลเมทัลไฮไดรด์ ตะกั่วกรด หรือนิกเกิลแคดเมียม พวกมันไวต่อการคายประจุมากเกินไป การชาร์จเกิน และการลัดวงจร และต้องการการดูแลเป็นพิเศษเพื่อป้องกันไม่ให้เกิดความร้อนสูงเกินไป หลอมละลาย หรือระเบิด

ทำไมต้องใช้พวกเขา? เหมาะอย่างยิ่งสำหรับโครงการต่างๆ เนื่องจากมีแรงดันไฟฟ้าสูงกว่าเคมีอื่นๆ และมีพลังงานมาก ซึ่งหมายความว่าคุณสามารถใช้สารเหล่านี้ได้น้อยกว่าถ้าคุณใช้นิกเกิลเมทัลไฮไดรด์หรือเซลล์นิกเกิลแคดเมียม (เพียง 1.2 โวลต์) แบตเตอรี่เครื่องมือไฟฟ้าและแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าทำจากเซลล์ลิเธียมไอออนด้วยเหตุนี้ พวกเขามาในรูปทรงและขนาดและความสามารถทั้งหมด เซลล์คุณภาพสูงสามารถทนต่ออัตราการคายประจุที่สูงกว่า 20 แอมป์ และทำงานได้ดีในการกำหนดค่าเซลล์หลายแบบ คุณยังสามารถหาซื้อได้ในราคาถูกหรือฟรีหากคุณมองไปรอบๆ เพราะแล็ปท็อปแทบทุกเครื่องมีแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนอยู่ในนั้น ซึ่งบางครั้งผู้คนก็ทิ้งไปเพราะมัน “ตายแล้ว” แต่อาจมีชีวิตเหลืออยู่อีกมาก

ฉันกำลังสร้างแพ็ก 4S2P ที่มี 4 เซลล์ในซีรีส์ และ 2 เซลล์ขนานกันสำหรับ 8 เซลล์ สิ่งนี้จะให้แรงดันไฟฟ้าชาร์จเต็ม 16.8 โวลต์ 14.8 โวลต์เล็กน้อยและพิกัดการคายประจุ 12 โวลต์และเพิ่มความจุของเซลล์ซีรีย์เป็นสองเท่า นอกจากนี้ยังมีระบบจัดการแบตเตอรี่ซึ่งจำเป็นต่อการปกป้องเซลล์และทำให้มันทำงานได้อย่างถูกต้อง ฉันสามารถทำโครงการนี้ให้เสร็จได้ในราคาประมาณ $20 USD นอกจากนี้ ฉันทำได้!

เริ่มกันเลย! ลิงก์ไปยังวัสดุที่ฉันใช้จะถูกรวมไว้

ขั้นตอนที่ 1: วัสดุ เครื่องมือ และความปลอดภัย

เซลล์ลิเธียมไอออนนั้นค่อนข้างไม่เป็นอันตราย แต่คุณจำเป็นต้องใช้มาตรการป้องกัน หลีกเลี่ยงการลัดวงจรและระวังหัวแร้งและเครื่องมือ

สำหรับเครื่องมือ คุณต้องมีหัวแร้งที่มีกำลังไฟอย่างน้อย 30 วัตต์ ดิจิตัลมัลติมิเตอร์ มีดหรือคีมปอกสายไฟ คัตเตอร์ด้านข้าง หรือคัตเตอร์ฟลัช

ต่อไป บัดกรีคุณภาพดีแบบนี้: https://www.ebay.com/itm/Kester-44-Rosin-Core-Sold… นี่คือสิ่งที่ดีที่สุดที่คุณจะได้รับสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

รายการที่จำเป็นอื่นๆ แน่นอน แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน 18650 บางชุด ไม่ว่าจะเป็นชุดแล็ปท็อปเก่า หรือบางอย่างที่คล้ายกัน:

แถบนิกเกิลบริสุทธิ์เช่นนี้:

ระบบ/บอร์ดจัดการแบตเตอรี่:

ขั้วต่อปลั๊กบาลานซ์ 4S:

ขั้วต่อ T-type ของ Deans (หรือขั้วต่อ XT60):

แท่นชาร์จสำหรับชาร์จแบตเตอรี่:

รายการเบ็ดเตล็ดอื่นๆ ได้แก่ ลวด 18 เกจ (เส้นผ่านศูนย์กลาง 1.02 มม.) ลวด 26 เกจ (เส้นผ่านศูนย์กลาง.40 มม.) ถึง 24 เกจ (.51 มม.) เทปกาว และหรือเทปพันสายไฟ หรือฟิล์มหดด้วยความร้อน

ขั้นตอนที่ 2: แบตเตอรี่

ขั้นแรก คุณจะต้องใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนขนาด 18650 จำนวนหนึ่ง เพราะฉันทำมันราคาถูก ฉันจึงมองหาแบตเตอรี่แล็ปท็อปรุ่นเก่า และพบชุด Dell 9 เซลล์ที่คลังเก็บราคาถูกในราคาไม่ถึง 3 ดอลลาร์ ชุดนี้ประกอบด้วยเซลล์ยี่ห้อซันโยสีแดงคุณภาพดี ฉันตรวจสอบแผ่นข้อมูลแล้วและมีความจุมาตรฐาน 2200 mAh และจัดอันดับสำหรับกระแสไฟ 4 แอมป์ ไม่เลว. ใช่ พวกมันค่อนข้างตายแล้ว (ต่ำกว่า 2 โวลต์ต่อเซลล์) แต่ฉันสามารถชุบชีวิตพวกมันได้ ฉันกำลังสร้าง Instructable อื่นที่บอกคุณถึงวิธีการทำสิ่งนี้ คุณสามารถซื้อเซลล์ใหม่เอี่ยมบนอีเบย์หรืออเมซอน แต่อาจมีราคาแพงสำหรับแบรนด์ที่ดี อยู่ห่างจากที่โฆษณาความจุ 5000 หรือ 9800 mAh อาจเป็นเซลล์แบรนด์เนมที่ล้มเหลวในการทดสอบการควบคุมคุณภาพในโรงงาน และอาจมีความจุ 1,000 หรือ 900 mAh พวกเขาจะรีแบรนด์และขายซ้ำในราคาส่วนลด หากคุณใช้แบตเตอรี่แล็ปท็อปเครื่องเก่า คุณต้องถอดขั้วต่อเก่าออกจากขั้วต่อ ใช้เครื่องตัดด้านข้างทำเช่นนี้

ขั้นตอนที่ 3: เชื่อมต่อเซลล์

ต่อไปคุณต้องมีวิธีในการรวมเซลล์เข้าด้วยกัน คุณสามารถใช้แถบบัดกรีเหล็กหรือแถบนิกเกิล ฉันใช้แถบนิกเกิลบริสุทธิ์ ไม่ใช่เหล็กชุบนิเกิล เพราะเมื่อดึงกระแสไฟสูง เหล็กจะมีความต้านทานสูงกว่านิกเกิล ซึ่งอาจทำให้เกิดความร้อนสะสมได้ ฉันกำลังบัดกรีพวกมันไปที่เซลล์ นี่ไม่ใช่วิธีที่แนะนำ เพราะหากคุณถือหัวแร้งไว้บนเซลล์นานเกินไป จะทำให้เซลล์เสียหายและทำให้สูญเสียความสามารถ วิธีที่ดีที่สุดคือการใช้เครื่องเชื่อมแบบเฉพาะจุดแบบนี้:

อย่างไรก็ตาม เว้นแต่คุณจะผลิตก้อนแบตเตอรี่จำนวนมากและสามารถปรับการใช้จ่าย 200 ดอลลาร์ขึ้นไปสำหรับหนึ่งก้อน การบัดกรีก็ใช้ได้ เพียงแค่ระมัดระวัง

สำหรับหัวแร้ง ผมขอแนะนำหัวแร้งอย่างน้อย 30 วัตต์และตัวบัดกรีที่ดี การประสานที่ดีเป็นสิ่งสำคัญ ห้ามใช้บัดกรีไร้สารตะกั่วสำหรับสิ่งนี้ เพราะมีอุณหภูมิหลอมเหลวสูงกว่า นอกจากนี้ หัวแร้งที่อ่อนกว่าจะไม่ร้อนพอที่จะเชื่อมเซลล์กับแถบนิกเกิลได้อย่างเหมาะสม

ในการสร้างก้อนแบตเตอรี่ เราใช้ 4 เซลล์ในอนุกรมและเพิ่มเซลล์คู่ขนาน ดังนั้นเราจึงมีแรงดันไฟฟ้าและความจุเป็นสองเท่าต่อเซลล์ ดูแผนภาพด้านบนเกี่ยวกับวิธีการเชื่อมต่อเซลล์ ปัจจัยจำกัดเพียงอย่างเดียวคือเซลล์ทั้งหมดต้องเหมือนกัน แม้จะมี BMS ความจุที่ไม่เท่ากันก็จะทำให้เซลล์หนึ่งมีประจุและคายประจุอย่างไม่เท่ากัน และอาจทำให้เซลล์นั้นและเซลล์อื่นๆ ล้มเหลวเร็วขึ้น นี่คือเหตุผลที่ดีที่จะใช้แบตเตอรี่แล็ปท็อป เนื่องจากมีการใช้งานร่วมกันมาโดยตลอด

ในการประสานเซลล์ ให้หยาบขั้วบวกและขั้วลบของเซลล์ และใช้บัดกรีจำนวนเล็กน้อย ถัดไป จัดเรียงเซลล์ตามลำดับที่เหมาะสมสำหรับการเชื่อมต่อแบบอนุกรม/แบบขนานตามที่แสดงในแผนภาพ ฉันติดเทปเซลล์ด้วยเทปกาวสำหรับสิ่งนี้ แต่คุณยังสามารถใช้ตัวเว้นวรรคแบตเตอรี่ได้

ตัดแถบนิกเกิลให้มีความยาวที่ถูกต้องเพื่อเชื่อมต่อเซลล์เข้าด้วยกัน ฉันใช้เครื่องตัดด้านข้างสำหรับสิ่งนี้ แต่สนิปหรือเครื่องตัดแผ่นโลหะก็ใช้ได้เช่นกัน ใช้บัดกรีที่ปลายแต่ละด้านของแถบ และประสานแถบเข้ากับขั้วแบตเตอรี่ อย่าถือหัวแร้งไว้นานเกินไป แค่พอให้หัวแร้งละลาย ฉันติดเทปเซลล์ไว้ด้วยกันก่อนที่จะบัดกรีการเชื่อมต่อขั้นสุดท้ายเพื่อให้อยู่ในแนวเดียวกันอย่างถูกต้อง

ขั้นตอนที่ 4: การเชื่อมต่อบอร์ด BMS และยอดคงเหลือ

เพื่อให้ได้ประโยชน์สูงสุดจากชุดแบตเตอรี่และป้องกันไม่ให้แบตเตอรี่เสียก่อนเวลาอันควร เราต้องเพิ่มวิธีการเพื่อให้แน่ใจว่าแบตเตอรี่ได้รับการปกป้องและชาร์จอย่างเหมาะสม ลิเธียมไอออนหรือเซลล์โพลีเมอร์จำเป็นต้องได้รับการปกป้องจากการคายประจุเกินหรือต่ำกว่า ซึ่งอาจส่งผลเสียได้ ทำได้โดยระบบ/บอร์ดจัดการแบตเตอรี่หรือ BMS เป็นอุปกรณ์ที่รวมการป้องกันแบตเตอรี่สำหรับแบตเตอรี่เซลล์หลายก้อนเหมือนที่เรากำลังสร้าง เรียกว่าระบบจัดการแบตเตอรี่หรือเรียกสั้นๆ ว่า BMS เป็นอุปกรณ์ที่ปกป้องเซลล์จากการคายประจุเกินและต่ำกว่า กระแสไฟกระชาก และไฟฟ้าลัดวงจร บอร์ด BMS มีประเภทและการกำหนดค่าที่แตกต่างกันมากมายสำหรับการจัดเรียงเซลล์และการใช้งานที่แตกต่างกัน ฉันใช้บอร์ด 4S BMS ที่ได้รับการจัดอันดับสำหรับกระแสไฟทำงาน 10 แอมป์ ซึ่งดีสำหรับแอปพลิเคชันของฉัน (ไฟฉาย LED 100 วัตต์)

การเชื่อมต่อเป็นเรื่องง่าย เมื่อบัดกรีแบตเตอรี่เข้าด้วยกันแล้ว เราจำเป็นต้องวัดแรงดันไฟฟ้าในเซลล์อนุกรมด้วยมัลติมิเตอร์ คุณควรมี 14.8 โวลต์สำหรับแบตเตอรี่บวก, 3.7V โวลต์, 7.4V โวลต์และ 11.1 โวลต์ มีการเชื่อมต่อ 5 จุดสำหรับปลั๊กบาลานซ์ 4S: หนึ่งอันสำหรับแบตเตอรี่บวกหรือเซลล์ #4 หนึ่งช่องสำหรับขั้วลบ เซลล์ #1 เซลล์ #2 และเซลล์ #3 วัดค่าเหล่านี้โดยวางโพรบลบที่ด้านลบของชุด และวัดตามจุดเชื่อมต่อ เมื่อจับคู่ทั้งหมดแล้ว คุณสามารถบัดกรีสายบาลานซ์จากการเชื่อมต่อแต่ละครั้งไปยังแผ่นอิเล็กโทรดที่ถูกต้องบน BMS

ฉันใช้ลวดเกจ 26 เส้น (เส้นผ่านศูนย์กลาง.40 มม.) สำหรับการเชื่อมต่อเครื่องชั่ง และ 18 เกจ (เส้นผ่านศูนย์กลาง 1.02 มม.) สำหรับแบตเตอรี่ +/- และเอาต์พุตโหลดเนื่องจากจะรองรับกระแสไฟเกือบ 10 แอมป์ คุณสามารถใช้ลวดที่มีขนาดเล็กลงสำหรับการเชื่อมต่อของเครื่องชั่งได้ เนื่องจากไม่สามารถจัดการกับกระแสไฟใดๆ ได้ เพียงแค่แรงดันไฟฟ้าตามลำดับจากจุดเชื่อมต่อเท่านั้น ฉันจะไม่ไปต่ำกว่า 26 วัดแม้ว่าสำหรับเรื่องนี้ เมื่อคุณเชื่อมต่อแพ็คแล้ว คุณสามารถเชื่อมต่อปลั๊กบาลานซ์ที่นำไปสู่เอาต์พุตแบตเตอรี่ที่เหมาะสม

ขั้นตอนที่ 5: การชาร์จยอดคงเหลือ

ตอนนี้เรามีทุกอย่างที่เชื่อมต่อแล้ว เราก็สามารถเชื่อมต่อชุดของเรากับที่ชาร์จและตรวจสอบให้แน่ใจว่าชาร์จได้ นี่คือวิธีที่คุณจะทราบได้ว่าการเชื่อมต่อของคุณผิดหรือไม่ เพราะที่ชาร์จของคุณจะไม่ชาร์จและเตือนคุณเกี่ยวกับการเชื่อมต่อด้วยแรงดันไฟฟ้าที่ไม่ถูกต้อง

ในการเริ่มต้น เราต้องการเครื่องชาร์จแบบสมดุลสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียม ไม่มีที่ชาร์จอื่นสำหรับสิ่งนี้เพราะต้องมีโหมดสมดุล! ฉันใช้ SkyRC iMax B6 โคลนจีน ไม่ มันไม่ใช่ของจริง แต่ฉันพบว่าสำเนานั้นทำงานได้ดี ต่อขั้วบวกและขั้วลบของแบตเตอรี่เข้ากับเครื่องชาร์จ ที่ชาร์จของฉันมีปลั๊กกล้วยที่มีขั้วต่อ Deans T-type ที่เชื่อมต่อกับขั้วต่อต่างๆ คุณสามารถใช้คลิปหรือสายไฟจระเข้ในปลั๊กชาร์จ เช่น Deans หรือ XT60 ฉันกำลังใช้ตัวเชื่อมต่อ Deans และเชื่อมต่อกับเอาท์พุตบนบอร์ดดุล ตรวจสอบให้แน่ใจว่านี่คือที่ที่คุณเชื่อมต่อเครื่องชาร์จ เนื่องจาก BMS ต้องการสัญญาณ 12.6 โวลต์เพื่อเปิดใช้งานตัวเอง หากคุณต้องการให้สิ่งนี้เป็นแบตเตอรี่แบบถอดได้ ให้ต่อสายเอาท์พุตเข้ากับขั้วต่อใดๆ ที่อุปกรณ์ของคุณจะใช้ ฉันกำลังเดินสายของฉันด้วยขั้วต่อจอบและปลั๊กดีนส์ เพราะส่วนใหญ่จะติดตั้งกับโปรเจ็กต์ของฉันอย่างถาวร

ที่ชาร์จของคุณอาจแตกต่างกัน แต่นี่เป็นวิธีที่ใช้ได้กับทุกโคลนของเครื่องชาร์จ SkyRC iMax B6 เสียบตะกั่วบาลานซ์เข้ากับซ็อกเก็ต 4S บนเครื่องชาร์จ มันไปในทางเดียวเท่านั้นและถูกทำเครื่องหมายสำหรับด้านบวกและด้านลบของแบตเตอรี่ ต่อสายชาร์จและตั้งค่าโหมดการชาร์จเป็น "สมดุล" ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้ตั้งค่าที่ชาร์จเป็นโหมด "4S" ด้วย เนื่องจากเป็นแพ็คขนาด 4400 mAh ฉันชอบตั้งค่ากระแสไฟชาร์จเป็น 1/2 หรือน้อยกว่าของพิกัดกระแสสูงสุด ดังนั้น 2 ถึง 2.2 แอมป์ ฉันใช้ 1.5 เพราะนี่คือการทดสอบ แบตเตอรี่เหล่านี้ถูกชาร์จจนเต็มค่อนข้างมาก ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าจึงสูง เมื่อทำงาน คุณควรเห็นเซลล์ซีรีส์ทั้ง 4 เซลล์ชาร์จเท่าๆ กัน โดยอยู่ภายใน 0.1 ถึง 0.2 โวลต์ซึ่งกันและกัน เมื่อการชาร์จเสร็จสิ้น เซลล์ทั้งหมดควรมีแรงดันไฟฟ้าเท่ากัน คือ 4.2 โวลต์ แพ็คควรอ่านค่าแรงดันชาร์จเต็ม 16.8 โวลต์ เมื่ออยู่ที่แรงดันไฟฟ้าเล็กน้อย จะเท่ากับ 14.8 โวลต์ (3.7 โวลต์ต่อเซลล์) หากคุณกำลังชาร์จเป็นครั้งแรก ให้เริ่มต้นที่การตั้งค่ากระแสไฟต่ำสำหรับการชาร์จครั้งแรก จากนั้นเร่งขึ้นเมื่อคุณชาร์จอีกครั้ง

ขั้นตอนที่ 6: บทสรุป

แค่นั้นแหละ! คุณได้สร้างแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ใช้งานได้และเชื่อถือได้ซึ่งคล้ายกับแพ็ค LiPo 4S 5,000 mAh โดยมีค่าใช้จ่ายเพียงเล็กน้อย! ใช่ คุณต้องมีที่ชาร์จ แต่ถ้าคุณมีแบตเตอรี่แล็ปท็อปเก่าวางอยู่รอบๆ สายไฟ ปลั๊กชาร์จ และแท็บบัดกรี สิ่งที่คุณต้องมีก็คือ BMS เพื่อใช้งานต่อไป ซึ่งมีค่าใช้จ่ายประมาณ 10 ดอลลาร์สหรัฐฯ หรือน้อยกว่าหากคุณซื้อจาก จีน. สิ่งนี้ทำให้ฉันเสียค่าใช้จ่ายประมาณ 24 เหรียญสหรัฐ มันจะถูกกว่านี้อีกถ้าฉันได้มันมาจากประเทศจีนทั้งหมด แต่ฉันไม่อยากรอถึงเดือนกว่าจะได้อะไหล่มาที่นี่! ฉันมีที่ชาร์จ หัวแร้ง มัลติมิเตอร์ บัดกรี เครื่องมือ และสายไฟอยู่แล้ว ดังนั้นสิ่งที่ฉันต้องซื้อคือ:

แบตเตอรี่แล็ปท็อป

บอร์ด BMS

ปลั๊กบาลานซ์

แถบนิกเกิล

ราคาถูกกว่าการซื้อแพ็ค LiPo และใช้งานได้จริงมากกว่าเพราะฉันต้องการบางอย่างเพื่อให้เข้ากับโปรเจ็กต์ของฉัน ยิ่งไปกว่านั้น มันสนุกและได้เรียนรู้อะไรมากมายจากการทำมัน!

ฉันหวังว่าคุณจะชอบคู่มือนี้ และที่สำคัญที่สุด ฉันหวังว่าคุณจะรู้มากกว่าที่คุณเคยอ่านมาก่อน นี่เป็นความพยายามครั้งแรกของฉัน ดังนั้นโปรดแสดงความคิดเห็นและแจ้งให้เราทราบว่าฉันเป็นอย่างไร หรืออาจจะดีขึ้นสำหรับอนาคต! ขอบคุณที่อ่าน!