Tự làm gói pin Lithium 4S với BMS: 6 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:35

Tôi đã xem và đọc nhiều hướng dẫn hoặc hướng dẫn cách sử dụng pin và bộ pin lithium ion, nhưng tôi chưa thực sự thấy tài liệu nào cung cấp cho bạn nhiều chi tiết. Là một người mới, tôi gặp khó khăn trong việc tìm kiếm câu trả lời hay, vì vậy phần lớn điều này là thử và sai (và tia lửa).

Khi tôi quyết định chế tạo một bộ pin từ 18650 tế bào ion lithium cho một dự án, tôi đã tháo pin máy tính xách tay cũ của mình ra, lấy pin ra, hàn chúng lại với nhau bằng các dải kim loại thành một bộ pin. Tuy nhiên, tôi đã học được trong lần thử đầu tiên rằng nó không dễ dàng như vậy. Pin Lithium ion không giống như pin niken hydrua kim loại, axit chì hoặc niken cadmium. Chúng rất nhạy cảm với việc phóng điện quá mức, sạc quá mức và đoản mạch, và cần được chăm sóc đặc biệt để giữ chúng không quá nóng, nóng chảy hoặc phát nổ.

Tại sao sử dụng chúng? Chúng thực sự tuyệt vời cho các dự án vì chúng có điện áp cao hơn các chất hóa học khác và chứa rất nhiều năng lượng, có nghĩa là bạn có thể sử dụng ít năng lượng hơn so với nếu bạn đang sử dụng tế bào niken kim loại hyđrua hoặc niken cadmium (chỉ 1,2 vôn). Pin dụng cụ điện và pin xe điện được làm từ các tế bào ion lithium vì lý do đó. Chúng có đủ hình dạng, kích cỡ và công suất. Các tế bào chất lượng cao có thể chịu được tốc độ phóng điện cao trên 20 ampe và hoạt động tốt trong nhiều cấu hình tế bào. Bạn cũng có thể mua chúng với giá rẻ hoặc miễn phí nếu quan sát xung quanh vì hầu hết mọi máy tính xách tay đều có pin lithium ion mà đôi khi mọi người vứt bỏ vì nó đã “chết”, nhưng có thể còn rất nhiều tuổi thọ trong đó.

Tôi đang tạo một gói 4S2P có 4 ô nối tiếp và 2 ô song song cho 8 ô. Điều này sẽ cung cấp cho bạn điện áp sạc đầy là 16,8 volt, 14,8 volt danh định và định mức phóng điện là 12 volt, đồng thời tăng gấp đôi dung lượng của các ô nối tiếp. Nó cũng có một hệ thống quản lý pin, cần thiết để bảo vệ các tế bào và giữ cho nó hoạt động bình thường. Tôi đã có thể hoàn thành dự án này với giá khoảng $ 20 USD. Thêm vào đó, tôi đã làm được!

Vậy hãy bắt đầu! Liên kết đến các tài liệu tôi đã sử dụng sẽ được bao gồm.

Bước 1: Vật liệu, Công cụ và An toàn

Tế bào ion liti khá vô hại, nhưng bạn cần thực hiện một số biện pháp phòng ngừa. Tránh làm ngắn chúng và cẩn thận với mỏ hàn và các dụng cụ.

Đối với các công cụ này, bạn cần một mỏ hàn ít nhất 30 watt, một đồng hồ vạn năng kỹ thuật số, dao hoặc dụng cụ tuốt dây, dao cắt bên hoặc dao cắt phẳng.

Tiếp theo, một số chất lượng tốt hàn như sau: https://www.ebay.com/itm/Kester-44-Rosin-Core-Sold… Đây là một số tốt nhất bạn có thể nhận được cho đồ điện tử.

Tất nhiên, những vật dụng cần thiết khác là một số pin lithium ion 18650, một bộ máy tính xách tay cũ hoặc một số loại như thế này:

Những dải niken tinh khiết như thế này:

Hệ thống / bảng quản lý pin:

Đầu nối phích cắm cân bằng 4S:

Đầu nối loại T của Deans (hoặc đầu nối XT60):

Bộ sạc cân bằng để sạc pin:

Các mặt hàng khác bao gồm dây 18 gauge (đường kính 1,02 mm), dây 26 gauge (đường kính.40 mm) đến dây 24 gauge (.51 mm), băng keo, và hoặc băng dính điện, hoặc màng co nhiệt.

Bước 2: Pin

Trước tiên, bạn sẽ cần một số pin lithium ion kích thước 18650. Bởi vì tôi đang làm điều này với giá rẻ, tôi đã tìm kiếm pin máy tính xách tay cũ và tìm thấy một gói Dell 9 cell tại kho hàng tiết kiệm với giá chưa đến 3 đô la. Gói này được tạo thành từ một số tế bào nhãn hiệu Sanyo màu đỏ chất lượng tốt. Tôi đã kiểm tra bảng dữ liệu và chúng có dung lượng khá tiêu chuẩn 2200 mAh và được đánh giá cho dòng xả 4 amps. Không tệ. Vâng, chúng đã chết khá nhiều (dưới 2 vôn mỗi ô), nhưng tôi đã có thể hồi sinh chúng. Tôi đang tạo một sản phẩm có thể hướng dẫn khác cho bạn biết cách thực hiện việc này. Bạn có thể mua các tế bào hoàn toàn mới trên eBay hoặc Amazon, nhưng chúng có thể đắt đối với các thương hiệu tốt. Tránh xa những cái quảng cáo dung lượng 5000 hoặc 9800 mAh. Chúng có thể là những tế bào có thương hiệu đã thất bại trong các bài kiểm tra kiểm soát chất lượng trong nhà máy và có thể có dung lượng 1000 hoặc thậm chí 900 mAh. Chúng được tái thương hiệu và bán lại với giá chiết khấu. Nếu bạn đã sử dụng pin máy tính xách tay cũ, bạn cần phải tháo các đầu nối cũ khỏi các thiết bị đầu cuối. Sử dụng máy cắt bên để làm điều này.

Bước 3: Kết nối các ô

Tiếp theo, bạn cần một cách để dính các tế bào lại với nhau. Bạn có thể sử dụng các mấu hàn thép hoặc dải niken. Tôi đang sử dụng các dải niken nguyên chất, không phải thép mạ niken vì khi kéo dòng điện cao, thép có điện trở cao hơn niken, có thể gây ra sự tích tụ nhiệt. Tôi đang hàn chúng vào các tế bào. Đây không phải là cách được khuyến khích vì nếu bạn giữ mỏ hàn trên ô quá lâu, nó sẽ làm hỏng ô và khiến nó mất công suất. Cách tốt nhất là sử dụng máy hàn điểm có mục đích như thế này:

Tuy nhiên, trừ khi bạn tạo ra nhiều bộ pin và có thể biện minh cho việc chi 200 đô la trở lên cho một bộ, thì việc hàn là tốt. Chỉ cần cẩn thận.

Đối với mỏ hàn, tôi khuyên bạn nên dùng loại sắt ít nhất 30 watt và chất hàn tốt. Chất hàn tốt là rất quan trọng. Không sử dụng vật liệu hàn không chì vì nó có nhiệt độ nóng chảy cao hơn. Ngoài ra, một mỏ hàn yếu hơn sẽ không đủ nóng để liên kết các tế bào với các dải niken một cách chính xác.

Để xây dựng bộ pin, chúng tôi sẽ lấy 4 ô nối tiếp và thêm một ô song song, vì vậy chúng tôi có gấp đôi điện áp và dung lượng trên mỗi ô. Xem sơ đồ trên để biết cách kết nối các ô. Yếu tố hạn chế duy nhất là tất cả các ô cần phải giống hệt nhau. Ngay cả với BMS, dung lượng không bằng nhau sẽ khiến một tế bào sạc và xả không bằng nhau và điều này có thể khiến tế bào đó và các tế bào khác nhanh hỏng hơn. Đây là lý do tại sao sử dụng pin máy tính xách tay rất tốt, vì chúng luôn được sử dụng cùng nhau.

Để hàn các tế bào, hãy làm thô các cực dương và cực âm của các tế bào và bôi một lượng nhỏ chất hàn. Tiếp theo, sắp xếp các ô theo thứ tự thích hợp cho kết nối nối tiếp / song song như thể hiện trong sơ đồ. Tôi đã dán các ô lại với nhau bằng băng che cho việc này, nhưng bạn cũng có thể sử dụng bộ đệm pin.

Cắt các dải niken theo đúng chiều dài để kết nối các ô với nhau. Tôi đã sử dụng một số máy cắt bên cho việc này, nhưng máy cắt thiếc hoặc máy cắt kim loại tấm cũng hoạt động. Áp dụng chất hàn vào mỗi đầu của dải và hàn dải vào các cực của pin. Không giữ mỏ hàn quá lâu, chỉ đủ để làm chảy chất hàn. Tôi đã dán các ô lại với nhau trước khi hàn các kết nối cuối cùng để giữ chúng được căn chỉnh chính xác.

Bước 4: Kết nối bảng BMS và cân bằng

Để tận dụng tối đa bộ pin và giữ cho nó không bị hỏng sớm, chúng ta cần thêm một cách để đảm bảo chúng được bảo vệ và sạc đúng cách. Các tế bào ion lithium hoặc polyme cần được bảo vệ khỏi sự phóng điện quá mức hoặc quá mức, điều này có thể thực sự gây hại. Điều này được thực hiện bởi hệ thống / bo mạch quản lý pin hoặc BMS. Đó là một thiết bị kết hợp bảo vệ pin cho nhiều cell pin như chúng tôi đang chế tạo. Nó được gọi là hệ thống quản lý pin hay gọi tắt là BMS. Nó là một thiết bị bảo vệ các tế bào khỏi phóng điện quá mức và dưới mức phóng điện, dòng điện đột ngột và ngắn mạch. Có rất nhiều loại và cấu hình bo mạch BMS khác nhau cho các ứng dụng và sắp xếp ô khác nhau. Tôi đang sử dụng bảng BMS 4S được đánh giá cho dòng điện làm việc 10 amp, phù hợp với ứng dụng của tôi (đèn pin LED 100 watt).

Kết nối nó rất dễ dàng. Khi pin của chúng ta được hàn với nhau, chúng ta cần đo điện áp trên các ô nối tiếp bằng đồng hồ vạn năng. Bạn nên có 14,8 vôn cho cực dương của pin, 3,7 V vôn, 7,4 V vôn và 11,1 vôn. Có 5 kết nối cho phích cắm cân bằng 4S: một cho pin dương hoặc ô # 4, một cho âm, ô # 1, ô # 2 và ô # 3. Đo chúng bằng cách đặt đầu dò âm vào mặt âm của gói và đo trên các kết nối. Khi tất cả chúng khớp với nhau, bạn có thể hàn các dây cân bằng từ mỗi kết nối với các miếng đệm chính xác trên BMS.

Tôi đã sử dụng dây 26 gauge (đường kính 0,40 mm) cho các kết nối cân bằng và dây 18 gauge (đường kính 1,02 mm) cho pin +/- và đầu ra tải vì chúng sẽ xử lý dòng điện gần 10 ampe. Bạn có thể sử dụng dây nhỏ hơn cho các kết nối cân bằng vì chúng hầu như không xử lý bất kỳ dòng điện nào, chỉ là điện áp tương ứng từ các kết nối. Tôi sẽ không đi dưới 26 gauge mặc dù cho điều này. Khi bạn đã kết nối gói, bạn có thể kết nối phích cắm cân bằng với đầu ra pin thích hợp.

Bước 5: Sạc số dư

Bây giờ chúng tôi đã kết nối mọi thứ, chúng tôi có thể kết nối gói của mình với bộ sạc và đảm bảo rằng nó sẽ sạc. Đây là cách bạn sẽ biết nếu kết nối của bạn bị sai, vì bộ sạc của bạn sẽ không sạc và cảnh báo bạn về kết nối điện áp không chính xác.

Để bắt đầu, chúng ta cần một bộ sạc cân bằng cho pin lithium. Không có bộ sạc nào khác sẽ làm việc này vì nó cần phải có chế độ cân bằng! Tôi đang sử dụng bản sao của SkyRC iMax B6 của Trung Quốc. Không, đó không phải là chuyện thật, nhưng tôi thấy bản sao hoạt động tốt. Kết nối dây dẫn dương và âm của pin với bộ sạc. Bộ sạc của tôi có phích cắm chuối với đầu nối loại T Deans kết nối với nhiều đầu nối khác nhau. Bạn có thể sử dụng kẹp hoặc dây cá sấu trong phích cắm sạc như Deans hoặc XT60. Tôi đang sử dụng đầu nối Deans và kết nối nó với các đầu ra trên bảng cân bằng. Đảm bảo đây là nơi bạn kết nối bộ sạc vì BMS cần tín hiệu 12,6 volt để tự kích hoạt. Nếu bạn đang có ý định đây là một pin có thể tháo rời, thì hãy kết nối đầu ra với bất kỳ đầu nối nào mà thiết bị của bạn sẽ sử dụng. Tôi đang nối dây của mình với các đầu nối spade và phích cắm Deans vì nó sẽ được gắn cố định vào dự án của tôi.

Bộ sạc của bạn có thể khác, nhưng đây là cách hoạt động đối với hầu hết mọi bản sao của bộ sạc SkyRC iMax B6. Cắm dây dẫn cân bằng vào ổ cắm 4S trên bộ sạc. Nó chỉ đi theo một chiều, và được đánh dấu cho các mặt tích cực và tiêu cực của pin. Kết nối dây dẫn bộ sạc và đặt chế độ sạc thành "Cân bằng". Đảm bảo rằng bộ sạc cũng được đặt ở chế độ "4S". Bởi vì đây là một gói 4400 mAh, tôi muốn đặt dòng sạc bằng 1/2 hoặc thấp hơn mức đánh giá hiện tại tối đa, vì vậy 2 đến 2,2 amps. Tôi đang sử dụng 1.5 vì đây là một thử nghiệm. Những loại pin này được sạc đầy khá nhiều nên điện áp cao. Khi nó đang chạy, bạn sẽ thấy 4 tế bào nối tiếp sạc như nhau, cách nhau 0,1 đến 0,2 vôn. Khi quá trình sạc kết thúc, tất cả các tế bào phải ở cùng một điện áp, là 4,2 volt. Gói phải ghi điện áp sạc đầy là 16,8 volt. Khi nó ở điện áp danh định, nó là 14,8 volt (3,7 volt trên mỗi ô). Nếu bạn đang sạc pin lần đầu tiên, hãy bắt đầu ở cài đặt dòng điện thấp cho lần sạc đầu tiên, sau đó tăng dần khi bạn sạc lại.

Bước 6: Kết luận

Đó là nó! Bạn đã tạo ra một pin lithium ion có chức năng và đáng tin cậy tương tự như gói LiPo 4S 5000 mAh với một phần nhỏ chi phí! Có, bạn cần một bộ sạc, nhưng nếu bạn có pin máy tính xách tay cũ nằm xung quanh, một số dây, phích cắm sạc và các tab hàn, thì tất cả những gì bạn cần là BMS để sử dụng, có giá khoảng 10 đô la Mỹ trở xuống nếu bạn mua nó từ Trung Quốc. Điều này khiến tôi mất khoảng $ 24 USD. Nó sẽ còn rẻ hơn nếu tôi nhận tất cả từ Trung Quốc, nhưng tôi không muốn đợi một tháng để các bộ phận được chuyển đến đây! Tôi đã có bộ sạc, mỏ hàn, đồng hồ vạn năng, dụng cụ hàn, dụng cụ và dây dẫn, vì vậy tất cả những gì tôi phải mua là:

Pin máy tính xách tay

Bảng BMS

Phích cắm cân bằng

Dải niken

Nó rẻ hơn mua một gói LiPo và thực tế hơn vì tôi cần thứ gì đó để phù hợp với dự án của mình. Trên hết, nó rất vui và tôi đã học được rất nhiều điều khi làm điều đó!

Tôi hy vọng bạn thích hướng dẫn này và hơn hết, tôi hy vọng bạn biết nhiều hơn những gì bạn đã làm trước khi đọc nó. Đây là nỗ lực đầu tiên của tôi, vì vậy hãy bình luận và cho tôi biết tôi đã làm như thế nào, hoặc có thể tốt hơn cho tương lai! Cảm ơn vì đã đọc!