Paquete de baterías de litio sin soldadura: 8 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:40

Si le gusta la electrónica, un desafío común que debe superar será encontrar una fuente de alimentación adecuada. Esto es especialmente cierto para todos los dispositivos / proyectos portátiles que desee construir, y allí, lo más probable es que una batería sea su mejor opción para esa fuente de energía. Si está construyendo un dispositivo de baja potencia, entonces tiene numerosas opciones para elegir, pero si su proyecto es un pequeño cabrón hambriento de energía, es posible que se limite a las baterías de litio. En muchos sentidos, las baterías de litio son un regalo maravilloso para la humanidad de parte de los científicos de baterías inteligentes y estoy agradecido por estos regalos.

Los paquetes de baterías son necesarios para una amplia gama de productos con altas demandas de energía. Estos podrían ser parlantes portátiles, bicicletas eléctricas, patinetas eléctricas, bancos de energía, linternas, material RC y mucho, mucho más.

El único problema con estas baterías (ignorando por completo su exigencia de carga / descarga y la tendencia a incendiarse cuando se maltratan) es que son bastante caras en comparación con otras tecnologías de baterías inferiores. Por lo tanto, poder crear sus propios paquetes de baterías por poco dinero es un gran facilitador para proyectos serios.

Afortunadamente para nosotros, las baterías de litio son tan populares que nos rodean. Entonces, en este instructivo, lo guiaré a través del proceso de creación de su propio paquete de baterías a partir de baterías de litio 18650, extraídas de computadoras portátiles viejas que puede usar para impulsar sus proyectos hambrientos de energía.

Paso 1: ¿Por qué este instructable?

Entonces, ¿qué distingue a este instructivo de las muchas otras instrucciones sobre cómo construir un paquete de baterías? Bueno, he notado que cuando busco una forma de construir un paquete de baterías, generalmente se dan dos opciones. Estos son para soldar las celdas con un soldador por puntos o para soldar las celdas juntas. Sin entrar en demasiados detalles, existen, por supuesto, algunos pros y contras de estas opciones. La ventaja de la soldadura por puntos es que proporciona una unión confiable con poco daño a la batería. Sin embargo, la desventaja es que requiere un soldador por puntos, lo que puede ser bastante costoso. Soldar es mucho más barato y creará una mejor conexión, pero a costa de dañar la batería debido a la transferencia de calor a la celda. Otro inconveniente que padecen estos dos métodos es que son bastante permanentes y requieren desoldar o cortar las lengüetas para permitir cambios en la configuración de la batería. Así que estoy optando por una tercera opción que es un paquete de baterías sin soldaduras y potencialmente sin soldaduras.

Diseñé estos soportes de celdas modulares que permiten la construcción de cualquier paquete de baterías del tamaño de una rejilla sin el uso de costosos soldadores por puntos, sin dañar las baterías y con la libertad de reconfigurar el paquete de baterías o reemplazar celdas individuales en cualquier momento con facilidad.

Paso 2: descargo de responsabilidad

Sin embargo, antes de comenzar, debo informarle que las baterías de litio, por maravillosas que sean, son bastante peligrosas si no se manejan correctamente. Estos son los copos de nieve de las baterías y explotarán / estallarán en llamas infernales si se maltratan, derribando su proyecto, automóvil, casa o lo que sea inflamable a su alcance. El alto contenido de energía de estas baterías también puede provocar daños graves si se cortocircuitan. No asumo ninguna responsabilidad por cualquier propiedad dañada, criatura viviente o entidad espiritual / mental como resultado de que algo salga mal siguiendo estas instrucciones. Solo debe hacer esto si tiene un conocimiento adecuado de las baterías de litio y ha tomado las precauciones necesarias.

En resumen, usted hace esto bajo su propio riesgo y no me hago responsable de nada que pueda salir mal con esto. Si no quiere arriesgar nada, le sugiero que compre un paquete terminado hecho por profesionales.

Limitaciones:

Las instrucciones aquí se centrarán principalmente en la creación de un paquete de baterías sin protección, por lo que no se tomarán en consideración ningún tipo de BMS u otras medidas de seguridad que nos permitan utilizar el paquete de baterías de manera segura. Esto se deja a quien quiera construir esto para resolverlo.

Paso 3: abastecimiento de celdas de batería 18650

Si ya tiene baterías 18650 y solo está interesado en el proceso de creación de un paquete de baterías, puede pasar al paso "Construir el paquete".

Uno de los tipos de batería más comunes con los que se encontrará será la celda de batería 18650 (denominada celda de ahora en adelante), que es el tipo de batería más utilizado en las computadoras portátiles. (De hecho, 18650 describe en realidad el tamaño de la celda, que tiene 18 mm de diámetro y 65 mm de longitud). Por supuesto, hay otras celdas como 21700 y 26650, pero debido a su popularidad, este instructable solo se centrará en el tipo de celda 18650.

Sin duda, la principal fuente de puntuación gratuita para 18650 son las computadoras portátiles antiguas. Por lo general, contienen de 6 a 9 celdas, según el tipo de computadora portátil. Incluso con las baterías defectuosas de las computadoras portátiles, es probable que solo algunas de las celdas sean defectuosas, mientras que el resto aún se puede usar. Otros lugares para obtener celdas son paquetes de baterías para bicicletas eléctricas, bancos de energía y también tiendas en línea como eBay y Amazon, aunque, por supuesto, estos no serán gratuitos.

Una vez que haya agarrado la batería de una computadora portátil, es hora de abrirla. Sin embargo, PRECAUCIÓN, ya que no desea perforar ni cortocircuitar ninguna de las baterías. Mi recomendación es utilizar una herramienta de plástico para hacer palanca. Si todavía usa un objeto de metal, como un destornillador, asegúrese de hacerlo con cuidado para no causar ningún percance.

Una vez que tenga sus células, es hora de probar su capacidad. Para eso, recomiendo usar un cargador / probador de batería como el OPUS BT-C3100 (enlace de afiliado). Estos pequeños y prácticos dispositivos cargarán / descargarán, probarán y mantendrán sus celdas de litio por usted, lo cual es excelente si planea usar celdas de litio para proyectos.

Paso 4: paquetes de baterías

Los paquetes de baterías se construyen por dos razones principales: para aumentar el voltaje y / o para aumentar la capacidad. Una celda es una batería individual en un paquete y cuando las celdas están conectadas en serie, se agrega voltaje. Cuando las celdas están conectadas en paralelo, la capacidad de las celdas se agrega en su lugar, imitando así una batería de mayor capacidad. La configuración de un paquete de baterías generalmente se describe como XsYp, donde X indica el número de celdas en serie e Y, el número de celdas en paralelo. Al multiplicar estos, obtenemos el número total de células necesarias para nuestro paquete.

El rango de voltaje de un 18650 típico está entre 4.2V y ~ 2.5V, por lo que si quisiera un paquete de baterías de 12V conectando tres celdas en la serie 3s1p, le daría 12.6V completamente cargados y hasta 7.5V completamente vacíos (aunque no se recomienda descargar celdas por debajo de 3 V).

La capacidad en las celdas varía mucho entre el modelo y el fabricante. Pero a partir de la gran cantidad de baterías que he probado, la capacidad esperada de las baterías de portátiles usadas varía de 2000 mAh a 3000 mAh. Por supuesto encontrarás baterías con menor capacidad que esta y las que generalmente descarto.

Entonces, digamos que desea crear un banco de energía con una capacidad de 10000 mAh y tiene un montón de celdas de 2000 mAh … luego, lo adivinó, deberá conectar cinco de ellas en una configuración paralela de 1s5p para obtener esos 10000 mAh y, por supuesto, un Regulador DC-DC para llevarlo a 5V.

Si, por ejemplo, quisiera 12V y al menos 10000mAh, entonces la configuración sería 3s5p y eso significa que la cantidad requerida de celdas sería 15 para crear ese paquete.

Crear su propio paquete de baterías es realmente muy útil y hay toneladas de material de lectura en Internet. Entonces, si es nuevo en la creación de paquetes, le sugiero que investigue un poco, ya que este instructivo no proporcionará todos los detalles sobre los paquetes de baterías y sus limitaciones. Algunas sugerencias sobre algunas cosas para buscar son el consumo de corriente y la división de corriente, BMS, carga de equilibrio, caída de voltaje, resistencia interna de la batería, tamaños de lengüeta, química de la batería y fuga térmica.

Paso 5: creación del paquete

Hay un par de cosas que serán necesarias para que construyamos este paquete de baterías.

El primer paso para construir el paquete de baterías es decidir qué configuración desea / necesita. Esto se decide por los requisitos de voltaje, capacidad y corriente. En este instructivo, crearemos un paquete de baterías 3s2p que debería resultar en una batería de 12V 4-5000mAh.

Dado que imprimiremos nuestros portaceldas, una impresora 3D será increíblemente útil. Entonces, esta es la parte en la que se supone que debes sacar una impresora 3D de tu bolsillo trasero o pedirle a un amigo amigable con una impresora que te ayude. Estos soportes de celda son bastante pequeños, por lo que para obtener la tolerancia adecuada para unirlos, recomendaría usar una boquilla de 0,4 mm o más pequeña. Los archivos STL y de modelo se pueden encontrar en el siguiente enlace, donde también encontrará instrucciones de impresión.

Es posible que también se necesite un simulacro según el método de ensamblaje elegido (más sobre esto en diapositivas posteriores)

Como se mencionó anteriormente, no será necesaria ninguna soldadura y la soldadura será opcional. El uso principal de un soldador sería conectar cables a la batería. Sin embargo, esto se puede evitar utilizando terminales de anillo en los cables o simplemente haciendo que las pestañas actúen como cables e ignorando los cables de las celdas individuales (cables de equilibrio).

Enlace a archivos stl: archivos STL

Paso 6: Piezas necesarias

Imprima tantos soportes como necesite para su paquete y comience a buscar las otras piezas necesarias. Para esta construcción, necesitaremos imprimir un total de seis portaceldas. También imprima la carcasa, la tapa y, opcionalmente, el soporte, ya que la carcasa hará que la batería sea mucho más duradera y fiable.

Lista de partes:

• Lengüeta de níquel (ancho máximo de 7, 5 mm)
• 2x tornillos M5 (al menos 100 mm de largo)
• 2x tuercas de mariposa M5
• 12 tornillos y tuercas M3 *
• Cables terminales (rojo y negro)
• Equilibrio de clientes potenciales *

* Pieza opcional

Paso 7: arma el paquete

Una vez que tenga todas las piezas, es hora de ensamblar el paquete y esto es bastante sencillo, ya que los soportes de las celdas impresas se pueden encajar entre sí para crear el tamaño de paquete requerido.

Los portaceldas están diseñados de tal manera que existen múltiples formas de usarlos para construir un paquete de baterías.

1. La primera opción es pasar pestañas a través del soporte de la celda para conectar varias celdas. Los soportes están diseñados con cierta elasticidad que debería garantizar un contacto adecuado con la celda de la batería.
2. La segunda opción es usar tornillos M3 como contactos terminales y apretar las pestañas de los tornillos con tuercas. Para esto, puede ser útil perforar agujeros en las pestañas para permitir que pasen los tornillos M3. He proporcionado una plantilla que ayudará con el espaciado al perforar estos agujeros. Puede ser conveniente utilizar tuercas de nailon o loctite para evitar que las tuercas se desenrosquen si la batería soporta vibraciones.

Cualquier soldadura de cables y cables (como cables de equilibrio) y lengüetas de conexión (para crear conexiones en serie) debe realizarse en esta etapa, asegurándose de que estén conectadas las lengüetas correctas.

Una vez que la primera parte (llamémosla la parte inferior) está terminada y se han soldado / unido los cables conductores adecuados, se puede colocar en la parte inferior del gabinete. Será un ajuste perfecto. Esto tiene el propósito de crear un paquete robusto y reducir cualquier ruido innecesario dentro del paquete.

Inserte las baterías, asegurándose de que todos los pares en paralelo estén al mismo nivel de voltaje y que las celdas tengan una capacidad similar. Para crear una conexión en serie, el par de celdas debe estar orientado en una dirección alterna, lo que significa que el par medio debe estar orientado hacia el lado opuesto de los otros dos pares.

Inserte los portaceldas superiores en el paquete. Este paso puede requerir algunos movimientos y movimientos del violín para que todas las celdas se alineen correctamente en el soporte superior.

¡IMPORTANTE!

• Asegúrese absolutamente de obtener la polaridad y la orientación de las celdas correctas, de lo contrario correrá el riesgo de cortocircuitar las celdas y, con eso, liberar todo su potencial, lo que rara vez es algo bueno.
• Si usa celdas extraídas de baterías viejas de computadoras portátiles u otros dispositivos electrónicos, asegúrese de quitar todas las pegatinas, residuos de pegamento o cualquier otra cosa que pueda haber en la celda, teniendo cuidado de no quitar la envoltura retráctil. Desea que la celda se mueva libremente en el soporte de la celda para permitir un buen contacto de los terminales.

Paso 8: prueba el paquete

Atornille la tapa suavemente y ¡listo! es de esperar que tenga una batería que funcione. Por supuesto, ahora es el momento de sacar su multímetro y probar el paquete para ver si entrega el voltaje esperado.

Como se puede ver en las imágenes, he creado algunos paquetes de baterías con estos soportes y debo decir que son realmente geniales. Ahora es posible construir paquetes en los que puede intercambiar celdas defectuosas con facilidad, cambiar la configuración y cargar las celdas individualmente.

Sin embargo, hay algunas cosas que vale la pena mencionar sobre esta forma de construir paquetes. Dado que la conexión no está unida a las celdas, se debe tener especial cuidado para garantizar que todas las celdas hagan el contacto adecuado. Si las celdas no hacen el contacto adecuado, se podrían generar chispas debido a que las baterías se descargan de manera desigual. Otra cosa a tener en cuenta es que esta solución dará como resultado un paquete de baterías menos compacto en comparación con la soldadura, por ejemplo. El tercer inconveniente es que, aunque la construcción modular lo hace flexible, todavía está limitado a configuraciones de patrones de cuadrícula y, por lo tanto, personalizar la forma del paquete de baterías se vuelve más difícil.

Pero si ninguno de los inconvenientes mencionados anteriormente le molesta, felicitaciones por superar los instructivos y que pueda resolver todos sus futuros desafíos de energía.

Recuerde que usar baterías de litio sin ninguna protección es bastante arriesgado, por lo que una recomendación es usar un BMS (sistema de monitoreo de batería) adecuado para proteger el paquete de sobrecarga / descarga y también si se incluye una función de equilibrio, también se puede usar para cargar El paquete. Vea los enlaces a continuación de mi BMS sugerido para usar en paquetes pequeños.

12V BMS (paquete de 3 s)

BMS de 16 V (paquete de 4 s)