Inhaltsverzeichnis:
- Schritt 1: Materialien, Werkzeuge und Sicherheit
- Schritt 2: Die Batterien
- Schritt 3: Anschließen der Zellen
- Schritt 4: BMS-Board- und Balance-Anschlüsse
- Schritt 5: Balance-Aufladung
- Schritt 6: Fazit
Video: DIY 4S Lithium-Akku mit BMS - Gunook
2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:21
Ich habe mehr als ein Tutorial oder eine Anleitung zu Lithium-Ionen-Akkus und Akkupacks gesehen und gelesen, aber ich habe nicht wirklich eines gesehen, das Ihnen viele Details gibt. Als Neuling hatte ich Probleme, gute Antworten zu finden, daher war vieles davon Versuch und Irrtum (und Funken).
Als ich mich entschloss, für ein Projekt einen Akkupack aus 18650 Lithium-Ionen-Zellen zu bauen, zerlegte ich meinen alten Laptop-Akku, holte die Akkus heraus und lötete sie mit Metallstreifen zu einem Akkupack zusammen. Allerdings habe ich bei meinem ersten Versuch gelernt, dass es nicht so einfach ist. Lithium-Ionen-Batterien sind nicht wie Nickel-Metallhydrid-, Blei-Säure- oder Nickel-Cadmium-Batterien. Sie sind empfindlich gegenüber Überentladung, Überladung und Kurzschlüssen und müssen besonders sorgfältig vor Überhitzung, Schmelzen oder Explodieren geschützt werden.
Warum sie verwenden? Sie sind wirklich toll für Projekte, weil sie eine höhere Spannung haben als andere Chemikalien und viel Energie halten, was bedeutet, dass Sie weniger davon verwenden können, als wenn Sie Nickel-Metallhydrid- oder Nickel-Cadmium-Zellen verwenden (nur 1,2 Volt). Akkus für Elektrowerkzeuge und Elektroautos werden deshalb aus Lithium-Ionen-Zellen hergestellt. Sie kommen in allen Formen und Größen und Kapazitäten. Qualitativ hochwertige Zellen können hohen Entladungsraten von über 20 Ampere standhalten und funktionieren gut in mehreren Zellenkonfigurationen. Sie können sie auch günstig oder kostenlos bekommen, wenn Sie sich umschauen, denn so ziemlich jeder Laptop hat einen Lithium-Ionen-Akku, den die Leute manchmal wegwerfen, weil er "tot" ist, aber möglicherweise noch viel Leben darin hat.
Ich baue ein 4S2P-Pack mit 4 Zellen in Reihe und 2 parallel für 8 Zellen. Dadurch erhalten Sie eine volle Ladespannung von 16,8 Volt, eine Nennspannung von 14,8 Volt und eine entladene Nennspannung von 12 Volt und die doppelte Kapazität der Reihenzellen. Es verfügt auch über ein Batteriemanagementsystem, das notwendig ist, um die Zellen zu schützen und ordnungsgemäß zu funktionieren. Ich konnte dieses Projekt für etwa 20 USD abschließen. Außerdem habe ich es geschafft!
Also lasst uns anfangen! Links zu den von mir verwendeten Materialien werden eingefügt.
Schritt 1: Materialien, Werkzeuge und Sicherheit
Lithium-Ionen-Zellen sind ziemlich harmlos, aber Sie müssen einige Vorsichtsmaßnahmen treffen. Vermeiden Sie Kurzschlüsse und seien Sie vorsichtig mit dem Lötkolben und den Werkzeugen.
Für die Werkzeuge benötigen Sie einen Lötkolben mit mindestens 30 Watt, ein Digitalmultimeter, Messer- oder Abisolierzange, Seitenschneider oder Bündigschneider.
Als nächstes einige Lötzinn von guter Qualität wie folgt: https://www.ebay.com/itm/Kester-44-Rosin-Core-Sold… Dies ist eines der besten, die Sie für Elektronik bekommen können.
Die anderen notwendigen Gegenstände sind natürlich einige 18650 Lithium-Ionen-Akkus, entweder ein alter Laptop-Pack oder solche wie diese:
Reine Nickelstreifen wie diese:
Ein Batteriemanagementsystem/Board:
4S Waagensteckverbinder:
Deans T-Typ-Anschlüsse (oder XT60-Anschlüsse):
Balance-Ladegerät zum Aufladen des Akkus:
Andere verschiedene Gegenstände waren 18 Gauge (1,02 mm Durchmesser), 26 Gauge (0,40 mm Durchmesser) bis 24 Gauge (0,51 mm) Draht, Abdeckband und/oder Elektroband oder Schrumpffolie.
Schritt 2: Die Batterien
Zuerst benötigen Sie einige Lithium-Ionen-Batterien der Größe 18650. Da ich das billig mache, suchte ich nach alten Laptop-Akkus und fand im Secondhand-Depot ein 9-Zellen-Dell-Pack für weniger als 3 US-Dollar. Diese Packung bestand aus einigen roten Zellen der Marke Sanyo von guter Qualität. Ich habe das Datenblatt überprüft und sie haben eine ziemlich standardmäßige Kapazität von 2200 mAh und sind für einen Entladestrom von 4 Ampere ausgelegt. Nicht schlecht. Ja, sie waren ziemlich tot (unter 2 Volt pro Zelle), aber ich konnte sie wiederbeleben. Ich mache ein anderes Instructable, das Ihnen sagt, wie das geht. Sie können brandneue Zellen bei eBay oder Amazon kaufen, aber sie können für die guten Marken teuer sein. Finger weg von denen, die mit einer Kapazität von 5000 oder 9800 mAh werben. Vermutlich handelt es sich um Markenzellen, die die Qualitätskontrolle im Werk nicht bestanden haben und eine Kapazität von 1000 oder sogar 900 mAh haben können. Sie werden umbenannt und mit einem Rabatt weiterverkauft. Wenn Sie einen alten Laptop-Akku verwendet haben, müssen Sie die alten Anschlüsse von den Anschlüssen entfernen. Verwenden Sie dazu den Seitenschneider.
Schritt 3: Anschließen der Zellen
Als nächstes benötigen Sie eine Möglichkeit, die Zellen zusammenzukleben. Sie können Stahllötfahnen oder Nickelstreifen verwenden. Ich verwende reine Nickelstreifen, keinen vernickelten Stahl, da Stahl bei hoher Stromaufnahme einen höheren Widerstand als Nickel hat, was zu einem Wärmestau führen kann. Ich löte sie an die Zellen. Dies ist nicht der empfohlene Weg, denn wenn Sie den Lötkolben zu lange auf die Zelle halten, wird die Zelle beschädigt und ihre Kapazität verliert. Der beste Weg ist, einen speziell angefertigten Punktschweißer wie diesen zu verwenden:
Wenn Sie jedoch nicht viele Akkus herstellen und es rechtfertigen können, 200 USD oder mehr für einen auszugeben, ist das Löten in Ordnung. Sei bloß vorsichtig.
Für den Lötkolben empfehle ich mindestens einen 30 Watt-Bügel und gutes Lötmittel. Gutes Lot ist entscheidend. Verwenden Sie hierfür kein bleifreies Lot, da es eine höhere Schmelztemperatur hat. Außerdem wird ein schwächerer Lötkolben nicht heiß genug, um die Zellen richtig mit den Nickelstreifen zu verbinden.
Um den Akku zu bauen, nehmen wir 4 Zellen in Reihe und fügen eine parallele Zelle hinzu, sodass wir die doppelte Spannung und Kapazität pro Zelle haben. Siehe das Diagramm oben, um zu erfahren, wie Sie die Zellen verbinden. Der einzige limitierende Faktor ist, dass alle Zellen identisch sein müssen. Selbst mit dem BMS würden ungleiche Kapazitäten dazu führen, dass eine Zelle ungleich geladen und entladen würde und dies könnte dazu führen, dass diese Zelle und die anderen schneller ausfallen. Aus diesem Grund ist es gut, Laptop-Akkus zu verwenden, da sie immer zusammen verwendet wurden.
Um die Zellen zu verlöten, rauen Sie die Plus- und Minuspole der Zellen auf und tragen Sie eine kleine Menge Lötzinn auf. Als nächstes ordnen Sie die Zellen in der richtigen Reihenfolge für die Reihen- / Parallelschaltung an, wie in den Diagrammen gezeigt. Dafür habe ich die Zellen mit Kreppband zusammengeklebt, du kannst aber auch Batterie-Abstandshalter verwenden.
Schneiden Sie die Nickelstreifen auf die richtige Länge, um die Zellen miteinander zu verbinden. Ich habe dafür einige Seitenschneider verwendet, aber auch Blechscheren oder Blechschneider funktionieren. Bringen Sie Lot an jedem Ende des Streifens an und löten Sie den Streifen an die Batteriepole. Halten Sie den Lötkolben nicht zu lange an, gerade genug, um das Lot zu schmelzen. Ich klebte die Zellen zusammen, bevor ich die endgültigen Verbindungen lötete, um sie richtig ausgerichtet zu halten.
Schritt 4: BMS-Board- und Balance-Anschlüsse
Um das Beste aus dem Akku herauszuholen und einen vorzeitigen Ausfall zu verhindern, müssen wir eine Möglichkeit hinzufügen, um sicherzustellen, dass die Akkus richtig geschützt und geladen werden. Lithium-Ionen- oder Polymerzellen müssen vor Unter- oder Überentladung geschützt werden, was wirklich schlimm sein kann. Dies erfolgt durch ein Batteriemanagementsystem/-board oder BMS. Es ist ein Gerät, das den Batterieschutz für mehrzellige Batterien, wie wir sie bauen, kombiniert. Es wird Batteriemanagementsystem oder kurz BMS genannt. Es ist ein Gerät, das die Zellen vor Über- und Unterentladung, Stromspitzen und Kurzschlüssen schützt. Es gibt viele verschiedene Typen und Konfigurationen von BMS-Boards für verschiedene Zellenanordnungen und Anwendungen. Ich verwende eine 4S BMS-Platine, die für einen Arbeitsstrom von 10 Ampere ausgelegt ist, was für meine Anwendung in Ordnung ist (100 Watt LED-Taschenlampe).
Das Anschließen ist einfach. Sobald unsere Batterie zusammengelötet ist, müssen wir die Spannungen an den Reihenzellen mit einem Multimeter messen. Sie sollten 14,8 Volt für Batterieplus haben, 3,7 Volt Volt, 7,4 Volt Volt und 11,1 Volt. Es gibt 5 Anschlüsse für einen 4S-Balance-Stecker: einen für Batterie Plus oder Zelle #4, einen für Minus, Zelle #1, Zelle #2 und Zelle #3. Messen Sie diese, indem Sie die negative Sonde auf die negative Seite der Packung legen und über die Anschlüsse hinweg messen. Sobald alle übereinstimmen, können Sie die Balancedrähte von jedem Anschluss an die richtigen Pads am BMS anlöten.
Ich habe 26-Gauge-Draht (0,40 mm Durchmesser) für die Balanceverbindungen und 18 Gauge (1,02 mm Durchmesser) für die Batterie +/- und die Lastausgänge verwendet, da sie fast 10 Ampere Strom verarbeiten. Für die Balance-Anschlüsse können Sie kleinere Drähte verwenden, da sie kaum Strom verarbeiten, sondern nur die jeweilige Spannung von den Anschlüssen. Dafür würde ich aber nicht unter 26er gehen. Sobald Sie das Pack angeschlossen haben, können Sie die Balance-Steckerkabel an die entsprechenden Batterieausgänge anschließen.
Schritt 5: Balance-Aufladung
Nachdem wir alles angeschlossen haben, können wir unser Pack an das Ladegerät anschließen und sicherstellen, dass es aufgeladen wird. So erkennen Sie, ob Ihre Anschlüsse falsch sind, denn Ihr Ladegerät lädt nicht und warnt Sie vor falschen Spannungsanschlüssen.
Zum Start benötigen wir ein Balance-Ladegerät für Lithium-Batterien. Kein anderes Ladegerät wird dafür funktionieren, da es einen Balance-Modus haben muss! Ich verwende einen chinesischen Klon des SkyRC iMax B6. Nein, es ist nicht das Original, aber ich fand, dass die Kopie gut funktioniert. Verbinden Sie das Plus- und Minuskabel der Batterie mit dem Ladegerät. Mein Ladegerät hat Bananenstecker mit einem Deans T-Typ-Anschluss, der an verschiedene Anschlüsse angeschlossen werden kann. Sie können Krokodilklemmen verwenden oder einen Ladestecker wie einen Deans oder XT60 anschließen. Ich verwende einen Deans-Anschluss und verbinde ihn mit den Ausgängen des Balance Boards. Stellen Sie sicher, dass Sie das Ladegerät hier anschließen, da das BMS ein 12,6-Volt-Signal benötigt, um sich selbst zu aktivieren. Wenn Sie beabsichtigen, dass dies ein austauschbarer Akku ist, verbinden Sie den Ausgang mit dem Anschluss, den Ihr Gerät verwenden wird. Ich verdrahte meine mit Flachsteckern und einem Deans-Stecker, weil sie meistens fest in meinem Projekt montiert wird.
Ihr Ladegerät mag anders sein, aber so funktioniert es für so ziemlich jeden Klon des SkyRC iMax B6-Ladegeräts. Stecken Sie das Waagenkabel in die 4S-Buchse des Ladegeräts. Es geht nur in eine Richtung und ist für die positive und negative Seite der Batterie markiert. Schließen Sie das Ladekabel an und stellen Sie den Lademodus auf "Balance". Stellen Sie sicher, dass das Ladegerät auch auf den "4S"-Modus eingestellt ist. Da es sich um ein 4400-mAh-Pack handelt, stelle ich den Ladestrom gerne auf 1/2 oder weniger des maximalen Nennstroms ein, also 2 bis 2,2 Ampere. Ich verwende 1,5, weil dies ein Test ist. Diese Batterien sind ziemlich vollständig geladen, daher sind die Spannungen hoch. Wenn es läuft, sollten Sie sehen, dass sich die Zellen der 4er-Serie gleichmäßig aufladen, innerhalb von 0,1 bis 0,2 Volt voneinander. Wenn der Ladevorgang abgeschlossen ist, sollten alle Zellen die gleiche Spannung haben, die 4,2 Volt beträgt. Das Pack sollte eine volle Ladespannung von 16,8 Volt anzeigen. Bei Nennspannung sind es 14,8 Volt (3,7 Volt pro Zelle). Wenn Sie es zum ersten Mal aufladen, beginnen Sie beim ersten Laden mit einer niedrigen Stromeinstellung und erhöhen Sie es dann, wenn Sie es erneut laden.
Schritt 6: Fazit
Das ist es! Sie haben einen funktionalen und zuverlässigen Lithium-Ionen-Akku ähnlich einem 4S 5000 mAh LiPo-Pack für einen Bruchteil der Kosten hergestellt! Ja, du brauchst ein Ladegerät, aber wenn du einen alten Laptop-Akku herumliegen hast, etwas Kabel, Ladestecker und Lötfahnen, dann brauchst du nur das BMS, um loszulegen, das ungefähr 10 USD oder weniger kostet, wenn du es bei kaufst China. Das hat mich etwa 24 USD gekostet. Es wäre noch billiger, wenn ich alles aus China hätte, aber ich wollte nicht einen Monat warten, bis die Teile hier sind! Ich hatte das Ladegerät, den Lötkolben, das Multimeter, das Lötmittel, die Werkzeuge und die Drähte bereits, also musste ich nur noch Folgendes kaufen:
Laptop Batterie
BMS-Board
Ausgleichsstecker
Nickelstreifen
Es war billiger als der Kauf eines LiPo-Packs und war praktischer, weil ich etwas für mein Projekt brauchte. Außerdem macht es Spaß und ich habe dabei viel gelernt!
Ich hoffe, dass Ihnen dieser Leitfaden gefällt, und vor allem hoffe ich, dass Sie mehr wissen als vor dem Lesen. Es ist mein erster Versuch, also kommentieren Sie bitte und lassen Sie mich wissen, wie ich es gemacht habe oder für die Zukunft besser sein könnte! Danke fürs Lesen!
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