Schweißloser Lithium-Akku - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:15

Wenn Sie sich für Elektronik interessieren, besteht eine häufige Herausforderung darin, eine geeignete Stromquelle zu finden. Dies gilt insbesondere für alle tragbaren Geräte / Projekte, die Sie möglicherweise bauen möchten, und dort ist eine Batterie höchstwahrscheinlich die beste Wahl für diese Stromquelle. Wenn Sie ein Gerät mit geringem Stromverbrauch bauen, haben Sie zahlreiche Optionen zur Auswahl, aber wenn Ihr Projekt ein stromhungriger kleiner Mistkerl ist, sind Sie möglicherweise auf Lithiumbatterien beschränkt. In vielerlei Hinsicht sind Lithiumbatterien ein wunderbares Geschenk an die Menschheit von intelligenten Batteriewissenschaftlern und Junge, ich bin dankbar für diese Geschenke.

Akkupacks werden für eine ganze Reihe von Produkten mit hohem Leistungsbedarf benötigt. Das können tragbare Lautsprecher, E-Bikes, Elektro-Skateboards, Powerbanks, Taschenlampen, RC-Sachen und vieles mehr sein.

Das einzige Problem bei diesen Batterien (wobei ihre wählerische Ladung/Entladung und die Neigung, bei unsachgemäßer Behandlung in Flammen aufzugehen, völlig ignoriert werden) besteht darin, dass sie im Vergleich zu anderen minderwertigen Batterietechnologien recht teuer sind. Die Möglichkeit, kostengünstig eigene Akkupacks zu erstellen, ist also ein großartiger Wegbereiter für ernsthafte Projekte.

Zum Glück für uns sind Lithiumbatterien so beliebt, dass sie überall um uns herum sind. In diesem anweisbaren werde ich Sie durch den Prozess der Erstellung Ihres eigenen Akkus aus 18650 Lithium-Batterien führen, die von alten Laptops gesäubert wurden, die Sie verwenden können, um Ihre energiehungrigen Projekte mit Strom zu versorgen.

Schritt 1: Warum dieses Instructable?

Was unterscheidet diese Anleitung von den vielen anderen Anweisungen zum Bau eines Akkus? Nun, mir ist aufgefallen, dass bei der Suche nach einer Möglichkeit zum Bau eines Akkus normalerweise zwei Optionen angeboten werden. Diese dienen dazu, die Zellen mit einem Punktschweißgerät zusammenzuschweißen oder die Zellen miteinander zu verlöten. Ohne zu sehr ins Detail zu gehen, gibt es bei diesen Optionen natürlich einige Vor- und Nachteile. Der Vorteil beim Punktschweißen ist, dass es eine zuverlässige Verbindung mit geringer Beschädigung der Batterie bietet. Der Nachteil ist jedoch, dass es einen Punktschweißer erfordert, der ziemlich teuer sein kann. Löten ist viel billiger und führt zu einer besseren Verbindung, jedoch auf Kosten der Beschädigung der Batterie aufgrund der Wärmeübertragung in die Zelle. Ein weiterer Nachteil dieser beiden Verfahren besteht darin, dass sie ziemlich dauerhaft sind und ein Entlöten oder Schneiden von Laschen erfordern, um Änderungen an der Batteriekonfiguration zu ermöglichen. Also entscheide ich mich für eine dritte Option, bei der es sich um einen schweißlosen und möglicherweise lötfreien Akku handelt.

Ich habe diese modularen Zellhalter entwickelt, die den Aufbau von Batteriepacks in jeder Rastergröße ohne teure Punktschweißgeräte ermöglichen, ohne die Batterien zu beschädigen und mit der Freiheit, den Batteriepack jederzeit neu zu konfigurieren oder einzelne Zellen einfach auszutauschen.

Schritt 2: Haftungsausschluss

Bevor wir jedoch beginnen, muss ich Ihnen mitteilen, dass Lithiumbatterien, so wunderbar sie auch sein mögen, bei unsachgemäßer Handhabung ziemlich gefährlich sind. Dies sind die Schneeflocken von Batterien und explodieren / explodieren in höllischen Flammen, wenn sie falsch behandelt werden und Ihr Projekt, Auto, Haus oder was auch immer in seiner Reichweite brennbar sein könnte, zerstören. Der hohe Energiegehalt dieser Batterien kann bei Kurzschlüssen auch ernsthafte Schäden verursachen. Ich übernehme keine Verantwortung für beschädigte Gegenstände, Lebewesen oder spirituelle / geistige Wesen, die nach dieser Anleitung schief gehen. Dies sollten Sie nur tun, wenn Sie über ausreichende Kenntnisse über Lithiumbatterien verfügen und die notwendigen Vorkehrungen getroffen haben.

Kurz gesagt, Sie tun dies auf eigene Gefahr und ich übernehme keine Verantwortung für alles, was dabei schief gehen kann. Wenn Sie nichts riskieren möchten, empfehle ich Ihnen, eine fertige Packung von Profis zu kaufen.

Einschränkungen:

Die Anweisungen hier konzentrieren sich hauptsächlich auf die Erstellung eines ungeschützten Akkupacks, daher werden keinerlei BMS oder andere Sicherheitsmaßnahmen berücksichtigt, die es uns ermöglichen, den Akkupack auf sichere Weise zu verwenden. Dies zu lösen bleibt jedem überlassen, der dies bauen möchte.

Schritt 3: Beschaffung von 18650 Batteriezellen

Wenn Sie bereits 18650-Akkus haben und nur daran interessiert sind, einen Akku zu erstellen, können Sie mit dem Schritt "Erstellen des Akkus" fortfahren.

Einer der häufigsten Batterietypen, auf den Sie stoßen werden, ist die 18650-Batteriezelle (im Folgenden als Zelle bezeichnet), die am häufigsten in Laptops verwendet wird. (Tatsache, 18650 beschreibt tatsächlich die Größe der Zelle, die einen Durchmesser von 18 mm und eine Länge von 65,0 mm hat). Es gibt natürlich andere Zellen wie 21700 und 26650, aber aufgrund ihrer Popularität konzentriert sich dieses anweisbare nur auf den 18650-Zelltyp.

Die Hauptquelle für die Bewertung von kostenlosen 18650 sind zweifellos alte Laptops. Diese fassen je nach Laptop-Typ in der Regel 6-9 Zellen. Selbst bei schlechten Laptop-Akkus besteht die Möglichkeit, dass nur einige der Zellen schlecht sind, während der Rest noch verwendbar ist. Andere Bezugsquellen für Zellen sind E-Bike-Akkupacks, Powerbanks und auch Online-Shops wie eBay und Amazon, die natürlich nicht kostenlos sein werden.

Sobald Sie einen Laptop-Akku in der Hand haben, ist es an der Zeit, ihn aufzubrechen. VORSICHT jedoch, da Sie keine der Batterien beschädigen oder kurzschließen möchten. Meine Empfehlung ist, ein Plastikwerkzeug für das Hebelteil zu verwenden. Wenn Sie immer noch einen Metallgegenstand wie einen Schraubendreher verwenden, gehen Sie vorsichtig vor, um keine Pannen zu verursachen.

Sobald Sie Ihre Zellen haben, ist es an der Zeit, ihre Kapazität zu testen. Dazu empfehle ich die Verwendung eines Batterieladegeräts/Testers wie dem OPUS BT-C3100 (Affiliate-Link). Diese handlichen kleinen Geräte laden/entladen, testen und warten Ihre Lithium-Zellen für Sie, was großartig ist, wenn Sie Lithium-Zellen für Projekte verwenden möchten.

Schritt 4: Akkus

Akkupacks werden aus zwei Hauptgründen gebaut: um die Spannung zu erhöhen oder/und um die Kapazität zu erhöhen. Eine Zelle ist eine einzelne Batterie in einem Pack und wenn Zellen in Reihe geschaltet sind, wird die Spannung addiert. Wenn Zellen parallel verdrahtet werden, wird stattdessen die Kapazität der Zellen hinzugefügt, wodurch eine Batterie mit höherer Kapazität nachgeahmt wird. Die Konfiguration eines Batteriepacks wird normalerweise als XsYp beschrieben, wobei X die Anzahl der Zellen in Reihe und Y die Anzahl der Zellen parallel angibt. Durch Multiplikation dieser erhalten wir die Gesamtzahl der Zellen, die für unser Pack benötigt werden.

Der Spannungsbereich eines typischen 18650 liegt zwischen 4,2 V und ~2,5 V. Wenn Sie also einen 12-V-Akku wünschen, der drei Zellen in Reihe verbindet, würde 3s1p 12,6 V vollständig geladen und bis zu 7,5 V vollständig leer liefern (obwohl dies nicht empfohlen wird) Zellen unter 3 V entladen).

Die Kapazität in Zellen variiert stark zwischen Modell und Hersteller. Aber aus der großen Menge an Akkus, die ich getestet habe, reicht die erwartete Kapazität für gebrauchte Laptop-Akkus von 2000 mAh bis 3000 mAh. Natürlich finden Sie Batterien mit geringerer Kapazität als diese und solche, die ich normalerweise entsorge.

Nehmen wir an, Sie möchten eine Powerbank mit einer Kapazität von 10000 mAh erstellen und haben eine Reihe von 2000 mAh-Zellen… DC-DC-Regler, um es auf 5V zu bringen.

Wenn Sie zum Beispiel 12 V und mindestens 10000 mAh wollten, wäre die Konfiguration 3s5p und das bedeutet, dass die erforderliche Anzahl von Zellen 15 betragen würde, um dieses Paket zu erstellen.

Es ist in der Tat sehr nützlich, einen eigenen Akku zu erstellen, und es gibt Unmengen an Lesematerial im Internet. Also, wenn Sie neu bei der Erstellung von Packs sind, schlage ich vor, dass Sie etwas recherchieren, da diese Anleitung nicht alle Details zu Batteriepacks und deren Einschränkungen enthält. Hinweise zu einigen Dingen, die Sie nachschlagen sollten, sind Stromaufnahme und Stromteilung, BMS, Ausgleichsladung, Spannungsabfall, Batterieinnenwiderstand, Laschengrößen, Batteriechemie und thermisches Durchgehen.

Schritt 5: Aufbau des Pakets

Es gibt ein paar Dinge, die für uns erforderlich sind, um diesen Akku zu bauen.

Der erste Schritt beim Bau des Akkupacks besteht darin, zu entscheiden, welche Konfiguration Sie wünschen/benötigen. Dies wird durch die Spannungs-, Kapazitäts- und Stromanforderungen entschieden. In diesem anweisbaren werden wir einen 3s2p-Akku erstellen, der zu einem 12V 4-5000mAh Akku führen sollte.

Da wir unsere Zellhalter drucken werden, wird ein 3D-Drucker unglaublich nützlich sein. Dies ist also der Teil, in dem Sie einen 3D-Drucker aus Ihrer Gesäßtasche zücken oder einen freundlichen Freund mit einem Drucker bitten sollten, Ihnen zu helfen. Diese Zellhalter sind ziemlich klein. Um die richtige Toleranz für das Zusammenschnappen zu erhalten, würde ich die Verwendung einer 0,4-mm-Düse oder kleiner empfehlen. Die STL- und Modelldateien finden Sie unter dem unten stehenden Link, wo Sie auch Druckanweisungen finden.

Je nach gewählter Montagemethode kann auch ein Bohrer erforderlich sein (mehr dazu in späteren Folien)

Wie bereits erwähnt, ist kein Schweißen erforderlich und das Löten ist optional. Die Hauptverwendung für einen Lötkolben wäre das Anbringen von Kabeln am Akku. Dies kann jedoch vermieden werden, indem stattdessen Ringkabelschuhe an Drähten verwendet werden oder die Laschen einfach als Leitungen fungieren und einzelne Zellenleitungen (Ausgleichsleitungen) ignoriert werden.

Link zu stl-Dateien: STL-Dateien

Schritt 6: Benötigte Teile

Drucken Sie so viele Halter wie nötig für Ihr Paket und beginnen Sie mit der Beschaffung der anderen benötigten Teile. Für diesen Build müssen wir insgesamt sechs Zellhalter drucken. Bedrucken Sie auch das Gehäuse, den Deckel und optional die Halterung, da das Gehäuse den Akku viel langlebiger und zuverlässiger macht.

Liste der Einzelteile:

• Nickel-Tab (max. Breite von 7, 5 mm)
• 2x M5 Schrauben (mindestens 100mm lang)
• 2x M5 Flügelmuttern
• 12x M3 Schrauben und Muttern*
• Anschlusskabel (Rot und Schwarz)
• Abgleich von Leads*

*Optionales Teil

Schritt 7: Bauen Sie das Paket zusammen

Sobald Sie alle Teile haben, ist es Zeit, die Packung zusammenzubauen, und dies ist ziemlich einfach, da die bedruckten Zellhalter ineinander eingerastet werden können, um die gewünschte Packungsgröße zu erreichen.

Die Zellhalter sind so konzipiert, dass sie auf vielfältige Weise zum Aufbau eines Akkupacks verwendet werden können.

1. Die erste Möglichkeit besteht darin, Laschen durch den Zellenhalter zu fädeln, um mehrere Zellen zu verbinden. Die Halterungen sind mit einer gewissen Federkraft ausgelegt, die einen ordnungsgemäßen Kontakt mit der Batteriezelle gewährleisten soll.
2. Die zweite Möglichkeit besteht darin, M3-Schrauben als Anschlusskontakte zu verwenden und die Laschen mit Muttern an den Schrauben festzuziehen. Dazu kann es sinnvoll sein, Löcher in die Laschen zu bohren, damit die M3-Schrauben hindurchgehen können. Ich habe eine Bohrlehre bereitgestellt, die beim Bohren dieser Löcher mit dem Abstand hilft. Es kann sinnvoll sein, Nylonmuttern oder Loctite zu verwenden, um ein Lösen der Muttern zu verhindern, wenn die Batterie Vibrationen aushält.

Jegliches Löten von Leitungen und Drähten (wie Ausgleichsleitungen) und Verbindungslaschen (um Reihenschaltungen zu erstellen) sollte in dieser Phase durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass die richtigen Laschen angeschlossen sind.

Sobald das erste Teil (nennen wir es das untere Teil) fertig ist und die richtigen Anschlussdrähte gelötet/angebracht wurden, kann es in den Boden des Gehäuses gelegt werden. Es wird eng. Dies ist beabsichtigt, um einen robusten Rucksack zu schaffen und unnötiges Rumpeln im Inneren des Rucksacks zu reduzieren.

Legen Sie die Batterien ein und achten Sie dabei darauf, dass alle parallelen Paare den gleichen Spannungspegel haben und die Zellen eine ähnliche Kapazität haben. Um eine Reihenschaltung zu erstellen, sollte das Zellenpaar in abwechselnder Richtung zeigen, dh das mittlere Paar sollte den anderen beiden Paaren gegenüberliegen.

Setzen Sie die oberen Zellhalter in die Packung ein. Dieser Schritt erfordert möglicherweise einiges Wackeln und Fummeln, damit alle Zellen richtig in den oberen Halter passen.

WICHTIG!

• Achten Sie unbedingt auf die richtige Polarität und Ausrichtung der Zellen, sonst laufen Sie Gefahr, die Zellen kurzzuschließen und damit ihr volles Potenzial auszuschöpfen, was selten gut ist.
• Wenn Sie aufgeräumte Zellen aus alten Laptopbatterien oder anderen elektronischen Geräten verwenden, entfernen Sie alle Aufkleber, Klebereste oder alles andere, was sich auf der Zelle befinden könnte, und achten Sie darauf, dass Sie die Schrumpffolie nicht entfernen. Sie möchten, dass sich die Zelle im Zellenhalter frei bewegen kann, um einen guten Kontakt der Klemmen zu ermöglichen.

Schritt 8: Testen Sie das Paket

Schrauben Sie den Deckel vorsichtig auf und voila! Sie haben hoffentlich einen funktionierenden Akku. Natürlich ist es jetzt an der Zeit, Ihr Multimeter herauszunehmen und das Pack zu testen, um zu sehen, ob es die erwartete Spannung liefert.

Wie auf den Bildern zu sehen ist, habe ich mit diesen Haltern ein paar Akkupacks erstellt und muss sagen, dass sie wirklich klasse sind. Es ist jetzt möglich, Packs zu bauen, in denen Sie defekte Zellen einfach austauschen, die Konfiguration ändern und Zellen einzeln laden können.

Es gibt jedoch einige Dinge, die es wert sind, über diese Art, Pakete zu bauen, erwähnt zu werden. Da die Verbindung nicht mit den Zellen verbunden ist, muss besonders darauf geachtet werden, dass jede Zelle ordnungsgemäßen Kontakt hat. Wenn die Zellen keinen korrekten Kontakt herstellen, können Funken entstehen, da sich die Batterien ungleichmäßig entladen. Außerdem ist zu beachten, dass diese Lösung im Vergleich zum Schweißen zu einem weniger kompakten Akku führt. Der dritte Nachteil besteht darin, dass der modulare Aufbau zwar flexibel ist, Sie jedoch immer noch auf Gittermusterkonfigurationen beschränkt sind und die Anpassung der Form des Akkupacks daher schwieriger wird.

Aber wenn Sie keiner der oben genannten Nachteile stört, dann herzlichen Glückwunsch, dass Sie es durch die instructables geschafft haben, und können Sie alle Ihre zukünftigen Power-Herausforderungen lösen.

Denken Sie daran, dass die Verwendung von Lithiumbatterien ohne Schutz ziemlich riskant ist. Daher empfiehlt es sich, ein geeignetes BMS (Battery Monitoring System) zu verwenden, um das Pack vor Überladung/Entladung zu schützen. Wenn eine Ausgleichsfunktion enthalten ist, kann es auch zum Laden verwendet werden die Packung. Siehe Links unten von meinem vorgeschlagenen BMS für kleine Packungen.

12V BMS (3s Pack)

16V BMS (4s Pack)