Paquete de batería de litio DIY 4S con BMS: 6 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:43

He visto y leído más de un tutorial o guía práctica sobre baterías de iones de litio y paquetes de baterías, pero realmente no he visto uno que le brinde muchos detalles. Como novato, tuve problemas para encontrar buenas respuestas, así que mucho de esto fue prueba y error (y chispas).

Cuando decidí construir un paquete de baterías con 18650 celdas de iones de litio para un proyecto, desmonté la batería de mi computadora portátil vieja, saqué las baterías y las soldé con tiras de metal en un paquete de baterías. Sin embargo, aprendí en mi primer intento que no era tan fácil. Las baterías de iones de litio no son como las baterías de hidruro metálico de níquel, ácido de plomo o cadmio de níquel. Son sensibles a la descarga excesiva, la carga excesiva y los cortocircuitos, y necesitan un cuidado especial para evitar que se sobrecalienten, se derritan o exploten.

¿Por qué usarlos? Son realmente excelentes para proyectos porque tienen un voltaje más alto que otras químicas y retienen mucha energía, lo que significa que puede usar menos de ellos que si estuviera usando celdas de hidruro metálico de níquel o níquel cadmio (solo 1.2 voltios). Las baterías de herramientas eléctricas y las baterías de vehículos eléctricos están hechas de celdas de iones de litio por ese motivo. Vienen en todas las formas, tamaños y capacidades. Las celdas de alta calidad pueden soportar altas tasas de descarga de más de 20 amperios y funcionan bien en configuraciones de celdas múltiples. También puede obtenerlos a bajo precio o gratis si mira a su alrededor porque casi todos los portátiles tienen una batería de iones de litio que la gente a veces tira porque está "muerta", pero puede que les quede mucha vida.

Estoy construyendo un paquete 4S2P que tiene 4 celdas en serie y 2 en paralelo para 8 celdas. Esto le dará un voltaje de carga completo de 16,8 voltios, un valor nominal de 14,8 voltios y una clasificación de descarga de 12 voltios, y el doble de la capacidad de las celdas en serie. También tiene un sistema de gestión de batería, que es necesario para proteger las celdas y mantenerlo funcionando correctamente. Pude terminar este proyecto por alrededor de $ 20 USD. Además, ¡lo logré!

¡Entonces empecemos! Se incluirán enlaces a los materiales que utilicé.

Paso 1: Materiales, herramientas y seguridad

Las celdas de iones de litio son bastante inofensivas, pero es necesario tomar algunas precauciones. Evite cortocircuitarlos y tenga cuidado con el soldador y las herramientas.

Para las herramientas, necesita un soldador de al menos 30 vatios, un multímetro digital, cuchillo o pelacables, cortadores laterales o cortadores al ras.

A continuación, un poco de soldadura de buena calidad como esta: https://www.ebay.com/itm/Kester-44-Rosin-Core-Sold … Esto es lo mejor que puede obtener para la electrónica.

Los otros elementos necesarios son, por supuesto, algunas baterías de iones de litio 18650, ya sea un paquete de computadora portátil viejo o algunos como estos:

Tiras de níquel puro como estas:

Un sistema / placa de gestión de batería:

Conectores de enchufe de equilibrio 4S:

Conectores tipo T Deans (o conectores XT60):

Equilibrar el cargador para cargar la batería:

Otros artículos diversos fueron alambre de calibre 18 (1,02 mm de diámetro), calibre 26 (0,40 mm de diámetro) a calibre 24 (0,51 mm), cinta de enmascarar y / o cinta aislante, o película termorretráctil.

Paso 2: las baterías

Primero, necesitará algunas baterías de iones de litio de tamaño 18650. Debido a que estoy haciendo esto barato, busqué baterías viejas para computadoras portátiles y encontré un paquete Dell de 9 celdas en el depósito de segunda mano por menos de $ 3. Este paquete estaba compuesto por algunas celdas rojas de la marca Sanyo de buena calidad. Revisé la hoja de datos y tienen una capacidad bastante estándar de 2200 mAh y están clasificados para una corriente de descarga de 4 amperios. Nada mal. Sí, estaban prácticamente muertos (menos de 2 voltios cada celda), pero pude revivirlos. Estoy haciendo otro Instructable que te dice cómo hacer esto. Puede comprar celulares nuevos en eBay o Amazon, pero pueden ser costosos para las buenas marcas. Manténgase alejado de los que anuncian una capacidad de 5000 o 9800 mAh. Probablemente sean celdas de marca que no pasaron las pruebas de control de calidad en la fábrica y pueden tener una capacidad de 1000 o incluso 900 mAh. Se renombran y se revenden con descuento. Si usó una batería de computadora portátil vieja, debe quitar los conectores viejos de los terminales. Utilice los cortadores laterales para hacer esto.

Paso 3: Conexión de las celdas

A continuación, necesita una forma de unir las células. Puede utilizar lengüetas de soldadura de acero o tiras de níquel. Estoy usando tiras de níquel puro, no acero niquelado porque a altos consumos de corriente, el acero tiene mayor resistencia que el níquel, lo que puede causar acumulación de calor. Las estoy soldando a las celdas. Esta no es la forma recomendada porque si mantiene el soldador en la celda por mucho tiempo, dañará la celda y hará que pierda capacidad. La mejor manera es utilizar una soldadora por puntos especialmente diseñada como esta:

Sin embargo, a menos que fabrique muchos paquetes de baterías y pueda justificar el gasto de $ 200 o más por uno, la soldadura está bien. Sólo sé cuidadoso.

Para el soldador, recomiendo al menos un soldador de 30 vatios y una buena soldadura. Una buena soldadura es fundamental. No use soldadura sin plomo para esto porque tiene una temperatura de fusión más alta. Además, un soldador más débil no se calentará lo suficiente como para unir adecuadamente las celdas a las tiras de níquel.

Para construir el paquete de baterías, estamos tomando 4 celdas en serie y agregando una celda en paralelo, por lo que tenemos el doble de voltaje y capacidad por celda. Consulte el diagrama anterior para saber cómo conectar las celdas. El único factor limitante es que todas las celdas deben ser idénticas. Incluso con el BMS, las capacidades desiguales causarían que una celda se cargue y descargue de manera desigual y esto podría hacer que esa celda y las demás fallen más rápidamente. Por eso es bueno utilizar baterías para portátiles, ya que siempre se han utilizado juntas.

Para soldar las celdas, desbaste los terminales positivos y negativos de las celdas y aplique una pequeña cantidad de soldadura. A continuación, coloque las celdas en el orden correcto para la conexión en serie / paralelo como se muestra en los diagramas. Pegué las celdas con cinta adhesiva para esto, pero también puede usar espaciadores de batería.

Corta las tiras de níquel a la longitud correcta para conectar las celdas. Usé algunos cortadores laterales para esto, pero las tijeras de hojalata o las cortadoras de chapa también funcionan. Aplique soldadura a cada extremo de la tira y suelde la tira a los terminales de la batería. No sostenga el soldador demasiado tiempo, solo lo suficiente para derretir la soldadura. Pegué las celdas con cinta adhesiva antes de soldar las conexiones finales para mantenerlas alineadas correctamente.

Paso 4: Conexiones de balance y placa BMS

Para aprovechar al máximo el paquete de baterías y evitar que falle prematuramente, necesitamos agregar una forma de asegurarnos de que estén protegidos y cargados correctamente. Las celdas de iones de litio o de polímero deben protegerse de una descarga excesiva o insuficiente, lo que puede ser realmente malo. Esto se realiza mediante un sistema / placa de gestión de la batería, o BMS. Es un dispositivo que combina la protección de la batería para baterías de celdas múltiples como estamos construyendo. Se llama sistema de gestión de batería o BMS para abreviar. Es un dispositivo que protege las celdas de descargas excesivas y insuficientes, picos de corriente y cortocircuitos. Hay muchos tipos y configuraciones diferentes de placas BMS para diferentes disposiciones y aplicaciones de celdas. Estoy usando una placa 4S BMS clasificada para una corriente de trabajo de 10 amperios, que está bien para mi aplicación (linterna LED de 100 vatios).

Conectarlo es fácil. Una vez que nuestra batería está soldada, necesitamos medir los voltajes en las celdas de la serie con un multímetro. Debe tener 14,8 voltios para el positivo de la batería, 3,7 voltios, 7,4 voltios y 11,1 voltios. Hay 5 conexiones para un enchufe de equilibrio 4S: una para el positivo de la batería o la celda n. ° 4, una para el negativo, la celda n. ° 1, la celda n. ° 2 y la celda n. ° 3. Mídalos colocando la sonda negativa en el lado negativo del paquete y midiendo a través de las conexiones. Una vez que coincidan, puede soldar los cables de equilibrio de cada conexión a las almohadillas correctas del BMS.

Usé cable de calibre 26 (.40 mm de diámetro) para las conexiones de equilibrio y calibre 18 (1.02 mm de diámetro) para la batería +/- y las salidas de carga, ya que manejarán casi 10 amperios de corriente. Puede usar un cable más pequeño para las conexiones de equilibrio, ya que no manejan casi ninguna corriente, solo el voltaje respectivo de las conexiones. Sin embargo, no bajaría del calibre 26 por esto. Una vez que tenga el paquete conectado, puede conectar los cables del enchufe de equilibrio a las salidas de batería adecuadas.

Paso 5: carga de equilibrio

Ahora que tenemos todo conectado, podemos conectar nuestro paquete al cargador y asegurarnos de que se cargue. Así es como sabrá si sus conexiones son incorrectas, porque su cargador no se cargará y le advertirá de conexiones de voltaje incorrectas.

Para empezar, necesitamos un cargador de equilibrio para baterías de litio. ¡Ningún otro cargador funcionará para esto porque necesita tener un modo de equilibrio! Estoy usando un clon chino del SkyRC iMax B6. No, no es real, pero encontré que la copia funcionaba bien. Conecte los cables positivo y negativo de la batería al cargador. Mi cargador tiene enchufes tipo banana con un conector Deans tipo T que se conecta a varios conectores. Puede usar pinzas de cocodrilo o cable en un enchufe de cargador como un Deans o XT60. Estoy usando un conector Deans y lo conecté a las salidas en la placa de equilibrio. Asegúrese de que aquí es donde conecta el cargador porque el BMS necesita una señal de 12,6 voltios para activarse. Si tiene la intención de que sea una batería extraíble, conecte la salida a cualquier conector que utilice su dispositivo. Estoy cableando el mío con conectores de pala y un enchufe Deans porque en su mayoría estará montado de forma permanente en mi proyecto.

Su cargador puede ser diferente, pero así es como funciona para casi todos los clones del cargador SkyRC iMax B6. Enchufe el cable de equilibrio en la toma 4S del cargador. Solo funciona de una manera y está marcado para los lados positivo y negativo de la batería. Conecte el cable del cargador y configure el modo de carga en "Balance". Asegúrese de que el cargador también esté configurado en modo "4S". Debido a que este es un paquete de 4400 mAh, me gusta establecer la corriente de carga a 1/2 o menos de la corriente nominal máxima, por lo que de 2 a 2,2 amperios. Estoy usando 1.5 porque esto es una prueba. Estas baterías están prácticamente cargadas por completo, por lo que los voltajes son altos. Cuando está funcionando, debería ver que las celdas de la serie 4 se cargan por igual, con una diferencia de 0,1 a 0,2 voltios entre sí. Cuando finaliza la carga, todas las celdas deben estar al mismo voltaje, que es de 4,2 voltios. El paquete debe leer un voltaje de carga completo de 16,8 voltios. Cuando está en el voltaje nominal, es de 14,8 voltios (3,7 voltios por celda). Si lo está cargando por primera vez, comience con una configuración de corriente baja para la primera carga y luego aumente cuando lo vuelva a cargar.

Paso 6: Conclusión

¡Eso es todo! ¡Ha hecho una batería de iones de litio funcional y confiable similar a un paquete LiPo 4S 5000 mAh por una fracción del costo! Sí, necesita un cargador, pero si tiene una batería de computadora portátil vieja, algo de cable, enchufe de carga y lengüetas de soldadura, entonces todo lo que necesita es el BMS para comenzar, que cuesta alrededor de $ 10 USD o menos si lo compra en Porcelana. Esto me costó alrededor de $ 24 USD. Sería incluso más barato si lo obtuviera todo de China, ¡pero no quería esperar un mes para que llegaran las piezas! Ya tenía el cargador, el soldador, el multímetro, la soldadura, las herramientas y los cables, así que todo lo que tenía que comprar era:

Bateria de laptop

Tablero BMS

Tapones de equilibrio

Tiras de níquel

Era más barato que comprar un paquete de LiPo y era más práctico porque necesitaba algo que encajara en mi proyecto. Además de eso, ¡es divertido y aprendí mucho haciéndolo!

Espero que te guste esta guía y, sobre todo, espero que sepas más de lo que sabías antes de leerla. Es mi primer intento, así que comenten y háganme saber cómo lo hice, ¡o podría ser mejor para el futuro! ¡Gracias por leer!