حزمة بطارية ليثيوم DIY 4S مع BMS: 6 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:41

لقد شاهدت وقرأت أكثر من برنامج تعليمي أو دليل إرشادي حول بطاريات الليثيوم أيون وحزم البطاريات ، لكنني لم أر حقًا واحدًا يمنحك الكثير من التفاصيل. بصفتي مبتدئًا ، واجهت صعوبة في العثور على إجابات جيدة ، لذلك كان الكثير من هذا تجربة وخطأ (وشرارات).

عندما قررت بناء حزمة بطارية من 18650 خلية أيون الليثيوم لمشروع ما ، قمت بفك بطارية الكمبيوتر المحمول القديمة ، وأخرجت البطاريات ، ولحمتهم معًا بشرائط معدنية في حزمة بطارية. ومع ذلك ، علمت في محاولتي الأولى أنه لم يكن بهذه السهولة. بطاريات الليثيوم أيون ليست مثل بطاريات هيدريد معدن النيكل أو حمض الرصاص أو بطاريات النيكل والكادميوم. إنهم حساسون للإفراط في الشحن ، والشحن الزائد ، والدوائر القصيرة ، ويحتاجون إلى عناية خاصة لمنعهم من السخونة الزائدة أو الذوبان أو الانفجار.

لماذا نستخدمها؟ إنها حقًا رائعة للمشاريع لأنها تتمتع بجهد أعلى من الكيميائيات الأخرى ولديها الكثير من الطاقة ، مما يعني أنه يمكنك استخدام عدد أقل منها إذا كنت تستخدم هيدريد معدن النيكل أو خلايا كادميوم النيكل (1.2 فولت فقط). بطاريات الأدوات الكهربائية وبطاريات السيارات الكهربائية مصنوعة من خلايا ليثيوم أيون لهذا السبب. يأتون بجميع الأشكال والأحجام والسعات. يمكن للخلايا عالية الجودة أن تتحمل معدلات تفريغ عالية تزيد عن 20 أمبير ، وتعمل بشكل جيد في تكوينات خلايا متعددة. يمكنك أيضًا الحصول عليها بسعر رخيص أو مجاني إذا نظرت حولك لأن كل كمبيوتر محمول تقريبًا به بطارية ليثيوم أيون يرميها الناس أحيانًا لأنها "ميتة" ، ولكن قد يتبقى الكثير من الحياة فيها.

أقوم ببناء حزمة 4S2P تحتوي على 4 خلايا متسلسلة ، و 2 على التوازي لـ 8 خلايا. سيعطيك هذا جهد شحن كامل يبلغ 16.8 فولت ، و 14.8 فولتًا اسميًا ، ومعدل تفريغ 12 فولت ، ومضاعفة سعة خلايا السلسلة. كما أن لديها نظام إدارة البطارية ، وهو أمر ضروري لحماية الخلايا والحفاظ على عملها بشكل صحيح. تمكنت من إنهاء هذا المشروع بحوالي 20 دولارًا أمريكيًا. بالإضافة إلى ذلك ، لقد نجحت!

لذلك دعونا نبدأ! سيتم تضمين روابط المواد التي استخدمتها.

الخطوة 1: المواد والأدوات والسلامة

تعتبر خلايا أيونات الليثيوم غير ضارة إلى حد كبير ، لكنك تحتاج إلى اتخاذ بعض الاحتياطات. تجنب تقصيرهم ، وكن حذرًا مع مكواة اللحام والأدوات.

بالنسبة للأدوات ، فأنت بحاجة إلى مكواة لحام لا تقل عن 30 واط ، أو مقياس رقمي متعدد ، أو سكين أو قواطع سلكية ، أو قواطع جانبية أو قواطع متدفقة.

بعد ذلك ، بعض اللحامات ذات النوعية الجيدة مثل هذا: https://www.ebay.com/itm/Kester-44-Rosin-Core-Sold… هذا هو بعض من أفضل ما يمكنك الحصول عليه للإلكترونيات.

العناصر الضرورية الأخرى هي ، بالطبع ، حوالي 18650 بطارية ليثيوم أيون ، إما حزمة كمبيوتر محمول قديمة ، أو بعضها مثل هذه: https://www.ebay.com/itm/1-10x-Lot-Samsung-INR1865 …

شرائط النيكل النقية مثل هذه:

نظام / لوحة إدارة البطارية: https://www.ebay.com/itm/4S-10A-18650-Li-ion-Lithi …

موصلات قابس توازن 4S:

موصلات عمداء من النوع T (أو موصلات XT60):

شاحن التوازن لشحن البطارية: https://www.ebay.com/itm/Imax-B6-LCD-Screen-RC-Lip …،

كانت العناصر المتنوعة الأخرى قياس 18 (قطر 1.02 مم) ، قياس 26 (قطر.40 مم) إلى قياس 24 (0.51 مم) سلك ، شريط اخفاء ، و / أو شريط كهربائي ، أو فيلم انكماش حراري.

الخطوة الثانية: البطاريات

أولاً ، ستحتاج إلى بعض بطاريات الليثيوم أيون بحجم 18650. نظرًا لأنني أقوم بهذا العمل الرخيص ، فقد بحثت عن بطاريات الكمبيوتر المحمول القديمة ، ووجدت حزمة Dell المكونة من 9 خلايا في مستودع التوفير بأقل من 3 دولارات. تتكون هذه الحزمة من بعض خلايا العلامة التجارية سانيو الحمراء ذات النوعية الجيدة. لقد راجعت ورقة البيانات وهي سعة قياسية تبلغ 2200 مللي أمبير في الساعة وتم تصنيفها لتيار تفريغ 4 أمبير. ليس سيئا. نعم ، لقد ماتوا إلى حد كبير (أقل من 2 فولت لكل خلية) ، لكنني تمكنت من إحيائهم. أنا أقوم بعمل Instructable آخر يخبرك بكيفية القيام بذلك. يمكنك شراء خلايا جديدة تمامًا على موقع eBay أو Amazon ، ولكنها قد تكون باهظة الثمن بالنسبة للعلامات التجارية الجيدة. ابتعد عن تلك التي تعلن عن سعة 5000 أو 9800 مللي أمبير. من المحتمل أنها خلايا تحمل علامات تجارية فشلت في اختبارات مراقبة الجودة في المصنع وقد تحتوي على 1000 أو حتى 900 مللي أمبير في الساعة. يتم إعادة تصنيفها وإعادة بيعها بسعر مخفض. إذا كنت تستخدم بطارية كمبيوتر محمول قديمة ، فأنت بحاجة إلى إزالة الموصلات القديمة من الأطراف. استخدم القواطع الجانبية للقيام بذلك.

الخطوة 3: توصيل الخلايا

بعد ذلك ، تحتاج إلى طريقة للالتصاق بالخلايا معًا. يمكنك استخدام ألسنة اللحام الفولاذية أو شرائط النيكل. أنا أستخدم شرائح نيكل نقية ، وليس فولاذًا مطليًا بالنيكل لأنه عند سحب التيار العالي ، يكون للصلب مقاومة أعلى من النيكل ، مما قد يتسبب في تراكم الحرارة ، فأنا ألحمها بالخلايا. هذه ليست الطريقة الموصى بها لأنك إذا أمسكت بمكواة اللحام على الخلية لفترة طويلة ، فسوف تتلف الخلية وتفقد قدرتها. أفضل طريقة هي استخدام ماكينة لحام موضعية مخصصة لهذا الغرض مثل:

ومع ذلك ، ما لم تصنع الكثير من حزم البطاريات ويمكن أن تبرر إنفاق 200 دولار أو أكثر لواحدة ، فإن اللحام جيد. فقط كن حذرا.

بالنسبة لمكواة اللحام ، أوصي بمكواة 30 وات على الأقل ولحام جيد. اللحام الجيد أمر بالغ الأهمية. لا تستخدم اللحام الخالي من الرصاص لهذا الغرض لأنه يحتوي على درجة حرارة انصهار أعلى. أيضًا ، لن تسخن مكواة اللحام الأضعف بدرجة كافية لربط الخلايا بشرائط النيكل بشكل صحيح.

لبناء حزمة البطارية ، نأخذ 4 خلايا على التوالي ونضيف خلية متوازية ، لذلك لدينا ضعف الجهد والسعة لكل خلية. راجع الرسم التخطيطي أعلاه للتعرف على كيفية متابعة توصيل الخلايا. العامل المحدد الوحيد هو أن جميع الخلايا يجب أن تكون متطابقة. حتى مع BMS ، قد تؤدي القدرات غير المتكافئة إلى شحن خلية واحدة وتفريغها بشكل غير متساوٍ ، وقد يتسبب ذلك في فشل تلك الخلية والخلية الأخرى بسرعة أكبر. هذا هو السبب في أنه من الجيد استخدام بطاريات الكمبيوتر المحمول ، حيث يتم استخدامها دائمًا معًا.

لحام الخلايا ، قم بتلحيم المحطات الموجبة والسالبة للخلايا وقم بتطبيق كمية صغيرة من اللحام. بعد ذلك ، رتب الخلايا بالترتيب الصحيح للتوصيل المتسلسل / المتوازي كما هو موضح في الرسوم البيانية. لقد قمت بتسجيل الخلايا مع شريط لاصق لهذا الغرض ، ولكن يمكنك أيضًا استخدام فواصل البطارية.

اقطع شرائط النيكل بالطول الصحيح لتوصيل الخلايا معًا. لقد استخدمت بعض القواطع الجانبية لهذا الغرض ، لكن قصاصات القصدير أو قواطع الصفائح المعدنية تعمل أيضًا. قم بتطبيق اللحام على كل طرف من أطراف الشريط ، وقم بتوصيل الشريط بأطراف البطارية. لا تمسك مكواة اللحام لفترة طويلة ، فقط بما يكفي لإذابة اللحام. لقد قمت بتسجيل الخلايا معًا قبل لحام الوصلات النهائية لإبقائها محاذاة بشكل صحيح.

الخطوة 4: اتصالات مجلس إدارة BMS والتوازن

لتحقيق أقصى استفادة من حزمة البطارية ومنعها من الفشل قبل الأوان ، نحتاج إلى إضافة طريقة للتأكد من حمايتها وشحنها بشكل صحيح. تحتاج خلايا أيونات الليثيوم أو البوليمر إلى الحماية من التفريغ الزائد أو الزائد ، والذي يمكن أن يكون سيئًا حقًا. يتم ذلك عن طريق نظام / لوحة إدارة البطارية ، أو BMS. إنه جهاز يجمع بين حماية البطارية لبطاريات متعددة الخلايا مثلما نبني. يطلق عليه اختصارًا نظام إدارة البطارية أو BMS. إنه جهاز يحمي الخلايا من الإفراط في التفريغ وتحت التفريغ ، والتيار ، والدوائر القصيرة. هناك الكثير من الأنواع والتكوين المختلفين للوحات BMS لترتيبات وتطبيقات الخلايا المختلفة. أنا أستخدم لوحة 4S BMS مصنفة لتيار عمل 10 أمبير ، وهو أمر جيد بالنسبة لتطبيقي (مصباح يدوي 100 وات LED).

الاتصال سهل. بمجرد أن يتم لحام بطاريتنا معًا ، نحتاج إلى قياس الفولتية عبر خلايا السلسلة بمقياس متعدد. يجب أن يكون لديك 14.8 فولت للبطارية الموجبة و 3.7 فولت و 7.4 فولت و 11.1 فولت. هناك 5 اتصالات لمقبس توازن 4S: واحد للبطارية موجبة أو للخلية رقم 4 ، وواحد للسالب ، والخلية رقم 1 ، والخلية رقم 2 ، والخلية رقم 3. قم بقياس ذلك عن طريق وضع المسبار السالب على الجانب السلبي من العبوة ، والقياس عبر الوصلات. بمجرد تطابقها جميعًا ، يمكنك لحام أسلاك التوازن من كل اتصال إلى الوسادات الصحيحة على نظام إدارة المباني.

لقد استخدمت 26 سلك قياس (قطر.40 مم) لتوصيلات التوازن ، ومقياس 18 (قطر 1.02 مم) للبطارية +/- ومخرجات الحمل لأنها ستتعامل مع ما يقرب من 10 أمبير من التيار. يمكنك استخدام سلك أصغر لتوصيلات التوازن لأنها لا تتعامل مع أي تيار بالكاد ، فقط الجهد المعني من التوصيلات. لن أذهب إلى أقل من 26 مقياسًا لهذا الغرض. بمجرد توصيل الحزمة ، يمكنك توصيل يؤدي قابس التوازن إلى مخرجات البطارية المناسبة.

الخطوة 5: رصيد الشحن

الآن بعد أن أصبح لدينا كل شيء متصل ، يمكننا توصيل الحزمة الخاصة بنا بالشاحن والتأكد من شحنها. هذه هي الطريقة التي ستعرف بها ما إذا كانت اتصالاتك خاطئة ، لأن الشاحن الخاص بك لن يقوم بالشحن ويحذرك من توصيلات الجهد غير الصحيحة.

للبدء ، نحتاج إلى شاحن توازن لبطاريات الليثيوم. لن يعمل أي شاحن آخر لهذا لأنه يحتاج إلى وضع توازن! أنا أستخدم نسخة صينية من SkyRC iMax B6. لا ، إنها ليست الصفقة الحقيقية ، لكنني وجدت أن النسخة تعمل بشكل جيد. قم بتوصيل البطارية الموجبة والسالبة بالشاحن. يحتوي الشاحن الخاص بي على مقابس موز مع موصل Deans من النوع T يتصل بموصلات مختلفة. يمكنك استخدام مقاطع التمساح أو الأسلاك في قابس الشاحن مثل Deans أو XT60. أنا أستخدم موصل Deans ، وقمت بتوصيله بالمخرجات على لوحة التوازن. تأكد من أن هذا هو المكان الذي تقوم فيه بتوصيل الشاحن لأن BMS يحتاج إلى إشارة 12.6 فولت لتنشيط نفسه. إذا كنت تنوي أن تكون هذه بطارية قابلة للإزالة ، فقم بتوصيل الإخراج بأي موصل سيستخدمه جهازك. أنا أقوم بتوصيل الأسلاك باستخدام موصلات الأشياء بأسمائها الحقيقية وقابس العمداء لأنه سيتم تركيبه بشكل دائم في مشروعي.

قد يكون الشاحن مختلفًا ، ولكن هذه هي الطريقة التي يعمل بها تقريبًا مع كل نسخة من شاحن SkyRC iMax B6. قم بتوصيل سلك التوازن بمقبس 4S بالشاحن. يتم تشغيله في اتجاه واحد فقط ، ويتم تمييزه للجوانب الإيجابية والسلبية للبطارية. قم بتوصيل سلك الشحن ، واضبط وضع الشحن على "Balance". تأكد من ضبط الشاحن أيضًا على وضع "4S". نظرًا لأن هذه حزمة 4400 مللي أمبير في الساعة ، فأنا أرغب في ضبط تيار الشحن على 1/2 أو أقل من الحد الأقصى لتصنيف التيار ، لذلك من 2 إلى 2.2 أمبير. أنا أستخدم 1.5 لأن هذا اختبار. هذه البطاريات مشحونة بالكامل إلى حد كبير ، لذا فإن الفولتية عالية. عندما يكون قيد التشغيل ، يجب أن ترى الخلايا الأربعة المتسلسلة تشحن بالتساوي ، في حدود 0.1 إلى 0.2 فولت من بعضها البعض. عند انتهاء الشحن ، يجب أن تكون جميع الخلايا بنفس الجهد ، وهو 4.2 فولت. يجب أن تقرأ العبوة جهد شحن كامل يبلغ 16.8 فولت. عندما يكون الجهد الاسمي هو 14.8 فولت (3.7 فولت لكل خلية). إذا كنت تقوم بشحنه لأول مرة ، فابدأ في إعداد تيار منخفض للشحنة الأولى ، ثم قم بتكثيفه عند شحنه مرة أخرى.

الخطوة السادسة: الخاتمة

هذا كل شيء! لقد صنعت بطارية ليثيوم أيون وظيفية وموثوقة تشبه حزمة LiPo 4S 5000 مللي أمبير في الساعة مقابل جزء بسيط من التكلفة! نعم ، أنت بحاجة إلى شاحن ، ولكن إذا كان لديك بطارية كمبيوتر محمول قديمة ، وبعض الأسلاك ، ومقبس شحن ، وعلامات تبويب لحام ، فكل ما تحتاجه هو BMS لبدء التشغيل والذي يكلف حوالي 10 دولارات أمريكية أو أقل إذا قمت بشرائه من الصين. كلفني هذا حوالي 24 دولارًا أمريكيًا. سيكون الأمر أرخص إذا حصلت عليها كلها من الصين ، لكنني لم أرغب في الانتظار لمدة شهر حتى تصل الأجزاء إلى هنا! كان لدي الشاحن ، ومكواة اللحام ، والمقياس المتعدد ، واللحام ، والأدوات ، والأسلاك بالفعل ، لذلك كل ما كان عليّ شرائه هو:

بطارية لابتوب

مجلس BMS

المقابس التوازن

شرائط نيكل

كان أرخص من شراء حزمة LiPo وكان أكثر عملية لأنني كنت بحاجة إلى شيء يناسب مشروعي. علاوة على ذلك ، إنه ممتع وتعلمت الكثير من القيام بذلك!

أتمنى أن يعجبك هذا الدليل والأهم من ذلك كله ، أتمنى أن تعرف أكثر مما كنت تعرفه قبل قراءته. إنها محاولتي الأولى ، لذا يرجى التعليق وإعلامي كيف فعلت ، أو يمكن أن أكون أفضل في المستقبل! شكرا للقراءة!