حزمة بطارية ليثيوم غير ملحومة: 8 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:36

إذا كنت تعمل في مجال الإلكترونيات ، فسيكون التحدي المشترك الذي يجب التغلب عليه هو العثور على مصدر طاقة مناسب. ينطبق هذا بشكل خاص على جميع الأجهزة / المشاريع المحمولة التي قد ترغب في إنشائها ، وهناك ، على الأرجح ، ستكون البطارية هي أفضل رهان لك لمصدر الطاقة هذا. إذا كنت تقوم ببناء جهاز منخفض الطاقة ، فلديك العديد من الخيارات للاختيار من بينها ، ولكن إذا كان مشروعك عبارة عن جهاز صغير متعطش للطاقة ، فقد تقتصر على بطاريات الليثيوم. من نواح كثيرة ، تعد بطاريات الليثيوم هدية رائعة للإنسانية من عالم ذكي للبطاريات ، وأنا ممتن لهذه الهدايا.

حزم البطاريات مطلوبة لمجموعة كاملة من المنتجات التي تتطلب طاقة عالية. يمكن أن تكون هذه مكبرات الصوت المحمولة والدراجات الإلكترونية وألواح التزلج الكهربائية وبنوك الطاقة والمصابيح الكهربائية وأجهزة التحكم عن بعد وغير ذلك الكثير.

تكمن المشكلة الوحيدة في هذه البطاريات (مع تجاهل عدم انتقاء الشحن / التفريغ تمامًا والميل إلى الاشتعال عند إساءة معاملتها) في أنها باهظة الثمن مقارنةً بتقنيات البطاريات الأخرى الأقل جودة. لذا فإن القدرة على إنشاء حزم بطاريات خاصة بك بسعر رخيص هي عامل تمكين رائع للمشاريع الجادة.

لحسن الحظ بالنسبة لنا بطاريات الليثيوم تحظى بشعبية كبيرة فهي موجودة في كل مكان حولنا. لذلك في هذا الدليل ، سأوجهك خلال عملية إنشاء حزمة البطارية الخاصة بك من 18650 بطارية ليثيوم ، مأخوذة من أجهزة الكمبيوتر المحمولة القديمة التي يمكنك استخدامها لتشغيل مشاريعك المتعطشة للطاقة.

الخطوة 1: لماذا هذا Instructable؟

إذن ما الذي يميز هذه التعليمات عن العديد من الإرشادات الأخرى حول بناء حزمة بطارية؟ حسنًا ، لقد لاحظت أنه عند البحث عن طريقة لبناء حزمة بطارية ، عادة ما يتم تقديم خيارين. هذه هي لحام الخلايا مع ماكينة لحام البقعة أو لحام الخلايا معًا. دون الخوض في الكثير من التفاصيل ، هناك بالطبع بعض إيجابيات وسلبيات هذه الخيارات. المحترف في اللحام النقطي هو أنه يعطي رابطًا موثوقًا به مع ضرر ضئيل للبطارية. ومع ذلك ، فإن العيب هو أنه يتطلب لحام بقعة يمكن أن يكون مكلفًا للغاية. يعتبر اللحام أرخص بكثير وسيخلق اتصالاً أفضل ولكن على حساب إتلاف البطارية بسبب انتقال الحرارة إلى الخلية. عيب آخر تعاني منه كلتا الطريقتين هو أنهما دائمان تمامًا ، ويتطلبان إزالة اللحام أو قطع علامات التبويب للسماح بإجراء تغييرات على تكوين البطارية. لذلك اخترت الخيار الثالث وهو حزمة بطارية غير ملحومة ومن المحتمل أن تكون غير ملحومة.

لقد صممت حوامل الخلايا المعيارية هذه التي تسمح ببناء أي حزمة بطارية بحجم الشبكة دون استخدام لحام موضعي باهظ الثمن ، دون أي ضرر للبطاريات مع حرية إعادة تكوين حزمة البطارية أو استبدال الخلايا المفردة في أي وقت بسهولة.

الخطوة الثانية: إخلاء المسؤولية

قبل أن نبدأ ، يجب أن أخبرك أن بطاريات الليثيوم ، مهما كانت رائعة ، تعتبر خطيرة جدًا إذا لم يتم التعامل معها بشكل صحيح. هذه عبارة عن رقاقات ثلجية للبطاريات وسوف تنفجر / تنفجر في ألسنة اللهب الجهنمية إذا تعرضت لسوء المعاملة ، مما يؤدي إلى انهيار مشروعك أو سيارتك أو منزلك أو أي شيء قد يكون قابلاً للاشتعال في متناول اليد. يمكن أن يتسبب محتوى الطاقة العالي لهذه البطاريات أيضًا في حدوث بعض الأضرار الجسيمة إذا تم تقصيرها. لا أتحمل أي مسؤولية عن أي ممتلكات تالفة أو كائن حي أو كيان روحي / عقلي نتيجة لحدوث خطأ ما بعد هذه التعليمات. يجب عليك القيام بذلك فقط إذا كانت لديك معرفة كافية ببطاريات الليثيوم واتخذت الاحتياطات اللازمة.

باختصار ، أنت تفعل هذا على مسؤوليتك الخاصة ولا أتحمل أي مسؤولية في أي شيء يمكن أن يحدث خطأ في هذا. إذا كنت لا تريد المخاطرة بأي شيء ، فأقترح أن تشتري حزمة مكتملة مصنوعة من قبل محترفين.

محددات:

ستركز التعليمات هنا بشكل أساسي على إنشاء حزمة بطارية غير محمية ، وبالتالي لن يتم أخذ أي اعتبار لأي نوع من أنواع BMS أو قياسات السلامة الأخرى التي من شأنها أن تسمح لنا باستخدام حزمة البطارية بطريقة آمنة. هذا متروك لمن يريد بناء هذا لحلها.

الخطوة 3: تحديد مصادر خلايا بطارية 18650

إذا كان لديك بالفعل 18650 بطارية وكنت مهتمًا فقط بعملية إنشاء حزمة بطارية ، فيمكنك التخطي إلى خطوة "إنشاء الحزمة".

واحدة من أكثر أنواع البطاريات شيوعًا التي ستصادفها ستكون خلية البطارية 18650 (يشار إليها بالخلية من الآن فصاعدًا) وهي نوع البطارية الأكثر استخدامًا في أجهزة الكمبيوتر المحمولة. (الحقيقة ، 18650 يصف حجم الخلية التي يبلغ قطرها 18 مم وطولها 65.0 مم). هناك بالطبع خلايا أخرى مثل 21700 و 26650 ولكن نظرًا لشعبيتها ، ستركز هذه التعليمات فقط على نوع الخلية 18650.

المصدر الرئيسي لتسجيل 18650 مجانًا هو بلا شك أجهزة الكمبيوتر المحمولة القديمة. عادة ما تحتوي على 6-9 خلايا حسب نوع الكمبيوتر المحمول. حتى من بطاريات الكمبيوتر المحمول السيئة ، فمن المحتمل أن تكون بعض الخلايا فقط سيئة بينما قد تظل الباقي قابلة للاستخدام. توجد أماكن أخرى للحصول على خلايا من حزم بطاريات الدراجات الإلكترونية وبنوك الطاقة وأيضًا المتاجر عبر الإنترنت مثل eBay و amazon ، على الرغم من أن هذه لن تكون مجانية بالطبع.

بمجرد حصولك على بطارية الكمبيوتر المحمول ، حان الوقت لفتحها. تنبيه ومع ذلك ، فأنت لا تريد ثقب أو تقصير أي من البطاريات. توصيتي هي استخدام أداة بلاستيكية للجزء المتطفّل. إذا كنت لا تزال تستخدم شيئًا معدنيًا ، مثل مفك البراغي ، فتأكد من القيام بذلك برفق حتى لا تتسبب في أي حوادث مؤسفة.

بمجرد حصولك على خلاياك ، حان الوقت لاختبار قدرتها. لذلك أوصي باستخدام شاحن / اختبار بطارية مثل OPUS BT-C3100 (رابط تابع). ستقوم هذه الأجهزة الصغيرة المفيدة بشحن / تفريغ واختبار خلايا الليثيوم الخاصة بك والحفاظ عليها ، وهو أمر رائع إذا كنت تخطط لاستخدام خلايا الليثيوم للمشاريع.

الخطوة 4: حزم البطارية

تم تصميم مجموعات البطاريات لسببين رئيسيين: زيادة الجهد و / و زيادة السعة. الخلية عبارة عن بطارية فردية في حزمة وعندما يتم توصيل الخلايا في سلسلة يضاف الجهد. عندما يتم توصيل الخلايا بالتوازي ، تتم إضافة سعة الخلايا بدلاً من ذلك وبالتالي محاكاة بطارية ذات سعة أعلى. عادةً ما يتم وصف تكوين حزمة البطارية على أنها XsYp حيث تشير X إلى عدد الخلايا في السلسلة و Y ، وعدد الخلايا على التوازي. بضرب هذه نحصل على العدد الإجمالي للخلايا اللازمة لحزمتنا.

يتراوح نطاق الجهد النموذجي 18650 بين 4.2 فولت و 2.5 فولت تقريبًا ، وبالتالي إذا كنت تريد حزمة بطارية 12 فولت تربط ثلاث خلايا في سلسلة 3s1p ، فستعطي 12.6 فولت مشحونة بالكامل وتنخفض إلى 7.5 فولت فارغة تمامًا (على الرغم من أنه لا ينصح بذلك خلايا التفريغ أسفل 3 فولت).

تختلف السعة في الخلايا اختلافًا كبيرًا بين الطراز والشركة المصنعة. ولكن من بين الكمية الهائلة من البطاريات التي اختبرتها ، تتراوح السعة المتوقعة لبطاريات الكمبيوتر المحمول المستخدمة من 2000mAh إلى 3000mAh. بالطبع ستجد بطاريات ذات سعة أقل من هذه والتي أتجاهلها عمومًا.

لنفترض أنك تريد إنشاء بنك طاقة بسعة 10000 مللي أمبير ولديك مجموعة من 2000 مللي أمبير في الساعة … ثم ، خمنت ذلك ، ستحتاج إلى توصيل خمسة منهم بتكوين 1s5p متوازي للحصول على 10000 مللي أمبير في الساعة وبالطبع a منظم DC-DC للحصول على 5V.

إذا كنت ، على سبيل المثال ، تريد 12 فولت و 10000 مللي أمبير على الأقل ، فسيكون التكوين 3s5p وهذا يعني أن الكمية المطلوبة من الخلايا ستكون 15 لإنشاء تلك الحزمة.

يعد إنشاء حزمة البطارية الخاصة بك مفيدًا جدًا بالفعل وهناك الكثير من مواد القراءة على الإنترنت. لذلك إذا كنت جديدًا في إنشاء الحزم ، أقترح عليك إجراء بعض الأبحاث حولها لأن هذه التعليمات لن توفر جميع التفاصيل حول حزم البطاريات وقيودها. تلميحات حول بعض الأشياء التي يجب البحث عنها هي السحب الحالي والتقسيم الحالي ، BMS ، شحنة التوازن ، انخفاض الجهد ، مقاومة البطارية الداخلية ، أحجام علامات التبويب ، كيمياء البطارية والهروب الحراري.

الخطوة الخامسة: بناء الحزمة

هناك بعض الأشياء التي نحتاجها لبناء حزمة البطارية هذه.

تتمثل الخطوة الأولى في بناء حزمة البطارية في تحديد التكوين الذي تريده / تحتاجه. يتم تحديد ذلك من خلال الجهد والسعة والمتطلبات الحالية. في هذا الدليل ، سننشئ حزمة بطارية 3s2p يجب أن ينتج عنها بطارية 12V 4-5000mAh.

نظرًا لأننا سنطبع حاملات الخلايا الخاصة بنا ، فستكون الطابعة ثلاثية الأبعاد مفيدة للغاية. هذا هو الجزء الذي من المفترض أن تقوم فيه بإخراج طابعة ثلاثية الأبعاد من جيبك الخلفي أو أن تطلب من صديق ودود لديه طابعة مساعدتك. حاملات الخلايا هذه صغيرة جدًا ، لذا للحصول على التسامح المناسب لالتقاطها معًا ، أوصي باستخدام فوهة 0.4 مم أو أصغر. يمكن العثور على ملفات STL والنماذج على الرابط أدناه حيث ستجد أيضًا تعليمات الطباعة.

قد تكون هناك حاجة أيضًا إلى تمرين اعتمادًا على طريقة التجميع المختارة (المزيد حول هذا في الشرائح اللاحقة)

كما ذكرنا سابقًا ، لن يكون من الضروري إجراء لحام وسيكون اللحام اختياريًا. سيكون الاستخدام الرئيسي لمكواة اللحام هو توصيل الخيوط بحزمة البطارية. ومع ذلك ، يمكن تجنب ذلك باستخدام أطراف حلقية على الأسلاك بدلاً من ذلك أو اجعل علامات التبويب تعمل كعملاء محتملين وتجاهل خيوط الخلايا الفردية (موازنة الخيوط).

ارتباط بملفات stl: ملفات STL

الخطوة 6: الأجزاء المطلوبة

اطبع أكبر عدد ممكن من الحوامل حسب الحاجة لحزمتك وابدأ في تحديد مصادر الأجزاء الأخرى المطلوبة. بالنسبة لهذا الإصدار ، سنحتاج إلى طباعة ما مجموعه ستة حاملات خلايا. قم أيضًا بطباعة العلبة والغطاء والحامل اختياريًا لأن العلبة ستجعل حزمة البطارية أكثر متانة وموثوقية.

قائمة الاجزاء:

• علامة تبويب من النيكل (أقصى عرض 7 ، 5 مم)
• مسامير 2x M5 (بطول 100 مم على الأقل)
• 2x M5 حبات الجناح
• 12x M3 مسامير وصواميل *
• الخيوط الطرفية (أحمر وأسود)
• موازنة يؤدي *

* جزء اختياري

الخطوة 7: قم بتجميع الحزمة

بمجرد حصولك على جميع الأجزاء ، حان الوقت لتجميع الحزمة وهذا أمر بسيط إلى حد ما حيث يمكن ربط حاملات الخلايا المطبوعة ببعضها البعض لإنشاء حجم الحزمة المطلوب.

تم تصميم حاملات الخلايا بحيث توجد طرق متعددة لاستخدامها لبناء حزمة بطارية.

1. الخيار الأول هو ربط علامات التبويب من خلال حامل الخلية لتوصيل خلايا متعددة. تم تصميم الحوامل ببعض المرونة التي يجب أن تضمن الاتصال المناسب مع خلية البطارية.
2. الخيار الثاني هو استخدام مسامير M3 كجهات اتصال طرفية وشد الألسنة على البراغي باستخدام الصواميل. لهذا قد يكون من المفيد حفر ثقوب في علامات التبويب للسماح للبراغي M3 بالمرور. لقد قدمت رقصة تساعد في التباعد عند حفر هذه الثقوب. قد يكون من الحكمة استخدام صواميل النايلون أو اللوكتايت لمنع الصواميل من فك اللولب إذا كانت البطارية ستتحمل الاهتزازات.

يجب إجراء أي لحام للخيوط والأسلاك (مثل موازنة العملاء المتوقعين) وعلامات التبويب المتصلة (لإنشاء اتصالات متسلسلة) في هذه المرحلة ، مع التأكد من توصيل علامات التبويب الصحيحة.

بمجرد الانتهاء من الجزء الأول (دعنا نسميه الجزء السفلي) وتم لحام / توصيل أسلاك التوصيل المناسبة ، يمكن وضعها في الجزء السفلي من العلبة. سيكون نوبة ضيقة. هذا عن قصد لإنشاء حزمة قوية وتقليل أي هدير غير ضروري داخل العبوة.

أدخل البطاريات ، وتأكد من أن جميع الأزواج المتوازية في نفس مستوى الجهد وأن الخلايا لها سعة مماثلة. لإنشاء اتصال متسلسل ، يجب أن يواجه زوج الخلية اتجاهًا متناوبًا مما يعني أن الزوج الأوسط يجب أن يواجه عكس الزوجين الآخرين.

أدخل حاملات الخلايا العلوية في العبوة. قد تتطلب هذه الخطوة بعض التذبذب والعبث لجعل جميع الخلايا محاذاة بشكل صحيح في الحامل العلوي.

الأهمية!

• تأكد تمامًا من حصولك على قطبية واتجاه الخلايا بشكل صحيح وإلا فإنك تخاطر بتقصير الخلايا وبهذا ، تطلق العنان لإمكاناتها الكاملة والتي نادرًا ما تكون شيئًا جيدًا.
• إذا كنت تستخدم خلايا مكسولة من بطاريات الكمبيوتر المحمول القديمة أو الأجهزة الإلكترونية الأخرى ، فتأكد من إزالة جميع الملصقات أو بقايا الغراء أو أي شيء آخر قد يكون على الخلية ، مع الحرص على عدم إزالة الغلاف المنكمش. تريد أن تتحرك الخلية بحرية في حامل الخلية للسماح بالاتصال الجيد بالأطراف.

الخطوة 8: اختبر الحزمة

شد الغطاء بلطف وفويلا! نأمل أن يكون لديك بطارية تعمل. بالطبع هو الوقت المناسب لإخراج جهاز القياس المتعدد واختبار العبوة لمعرفة أنها توفر الجهد المتوقع.

كما يمكن رؤيته في الصور ، فقد قمت بإنشاء عدد قليل من حزم البطاريات مع هؤلاء الحوامل ويجب أن أقول إنها رائعة حقًا. أصبح من الممكن الآن إنشاء حزم حيث يمكنك تبديل الخلايا السيئة بسهولة وتغيير التكوين وشحن الخلايا بشكل فردي.

ومع ذلك ، هناك بعض الأشياء الجديرة بالذكر حول طريقة بناء الحزم هذه. نظرًا لأن الاتصال غير مرتبط بالخلايا ، يجب توخي مزيد من العناية للتأكد من أن كل خلية تقوم بالاتصال المناسب. إذا كانت الخلايا لا تصنع شرارات تلامس مناسبة ، فقد تتولد شرارات لأن البطاريات تفريغ بشكل غير متساو. شيء آخر يجب مراعاته هو أن هذا الحل سينتج عنه حزمة بطارية أقل إحكاما مقارنة باللحام على سبيل المثال. العيب الثالث هو أنه على الرغم من أن البناء المعياري يجعله مرنًا ، إلا أنك لا تزال مقيدًا بتكوينات نمط الشبكة وبالتالي يصبح تخصيص شكل حزمة البطارية أكثر صعوبة.

ولكن إذا لم تزعجك أي من العوائق المذكورة أعلاه ، فتهانينا على جعلك من خلال التعليمات وقد تكون قادرًا على حل جميع تحديات الطاقة المستقبلية.

تذكر أن استخدام بطاريات الليثيوم دون أي حماية أمر محفوف بالمخاطر ، لذا نوصي باستخدام نظام BMS مناسب (نظام مراقبة البطارية) لحماية العبوة من الشحن / التفريغ الزائد وأيضًا إذا تم تضمين ميزة موازنة ، فيمكن استخدامها أيضًا للشحن الحزمة. انظر الروابط أدناه لـ BMS المقترحة لاستخدامها في الحزم الصغيرة.

12V BMS (حزمة 3s)

16V BMS (حزمة 4s)