DIYプロフェッショナル18650バッテリーパック

世界は化石燃料から離れつつあり、いつかは完全に電気になります。現在の世界では、リチウムイオンはすべての電池の中で最も有望な化学物質です。 ラップトップ、RCおもちゃ、ドローン、医療機器、電動工具、電動自転車、電気自動車(EV)で使用されるバッテリーパックのほとんどは、18650をベースにしています。大容量で、Whあたりの低コストを享受します。

私のプロジェクトはすべて//://www.opengreenenergy.com/にあります。

18650(直径18mm、長さ65mm)バッテリーは、リチウムイオンバッテリーのサイズ分類です。同じ形状ですが、単三バッテリーよりも少し大きくなっています。 単三電池は、直径14mm、高さ50mmであるため、比較すると14500電池と呼ばれることもあります。

以前、私はこれまで本当にうまく機能しているソーラー発電機を作りましたが、主な問題はその重量です、それは本当に重いです。ソーラー発電機の主な重量は、その中の重い鉛酸バッテリーによるものです。軽量でコンパクトな18650リチウムイオンバッテリパックを作成します。

このInstructableでは、Power Bank、Solar Generator、e-B​​ike、Power wallなどのアプリケーション用に18650バッテリーパックを作成する方法を紹介します。基本は非常にシンプルです:18650セルの数を直列に結合するだけです並行してより大きなパックを作成し、最終的にBMSを追加して安全性を確保します。

このプロジェクトの最後に、バッテリーパック用のカスタム3Dプリントエンクロージャーを作成しました。

免責事項: 私はそれに関しては、財産の損失、損害、または生命の損失について責任を負いません。 このチュートリアルは、充電式リチウムイオンテクノロジーに関する知識をお持ちの方を対象に作成されています。初心者の方は試さないでください。 おげんきで。

ステップ1:必要な部品とツール

必要な部品:

1. 18650バッテリー(GearBest / Amazon)

2. BMS(バングッド/アマゾン)

3. Ni Strips(バングッド/アマゾン)

4.バッテリーレベルインジケーター(Banggood)

5.ロッカースイッチ(Aliexpress / Banggood)

6. DCジャック(Banggood / Aliexpress)

7. 18650バッテリーホルダー(Banggood)

8. 3M x 10mmネジ(Banggood / Aliexpress)

使用ツール

1.スポット溶接機(Banggood / Amazon)

2. 3Dプリンター(Creality CR10S)

2.ワイヤーストリッパー/カッター(Amazon)

3.熱風送風機(GearBest)

3.マルチメーター(Amazon)

5.リチウムイオン充電器(GearBest)

安全装置 :

1.安全Google(Amazon)

2.電気手袋(アマゾン)

ステップ2:バッテリーパックに適した18650セルの選択

市場には、1〜10ドルの価格帯で多くのタイプの18650セルがありますが、どれが最適ですか。 Panasonic、Samsung、Sanyo、LGなどのブランド企業から18650個のセルを購入することを強くお勧めします。 性能特性と優れた品質管理を十分に文書化したこれらのセル。 評判の高いブランドの18650セルは一般にコストがかかりますが、長期間使用することを検討する場合は価値があります。

Ultrafire、Surefire、Trustfireなど、FIREという名前のセルを購入しないでください。 実際には、これらのセルは工場で廃棄されたもので、Ultrafireなどの企業が購入し、独自のブランドのカバーに再梱包されています。その容量は1000〜2000 mAhです。 これらの安価な18650セルのもう1つの大きな問題は、充電または放電中に過熱すると爆発する危険性が高いことです。

このプロジェクトでは、GearBestの容量3400 mAhの緑のPanasonic 18650Bセルを使用しました。

ステップ3:適切なバッテリーストリップの選択

バッテリーパックを作成するには、ニッケルストリップまたは太いワイヤーを使用して18650セルを接続する必要があります。一般的には、ニッケルストリップが広く使用されています。 一般に、ニッケルメッキスチールストリップと純ニッケルストリップの2種類のニッケルストリップが市場で入手できます。 純ニッケルを購入することをお勧めします。 ニッケルメッキ鋼よりも少し高価ですが、抵抗ははるかに低くなっています。 低抵抗とは、充電および放電中の発熱が少ないことを意味し、バッテリーの寿命が長くなります。

ニッケルストリップにはさまざまな寸法と長さがあります。電流定格に応じてストリップを選択してください。

ステップ4:スポット溶接とはんだ付け

18650セルを接続する2つのオプションがあります。1.はんだ付け2.スポット溶接

最良の選択は常にスポット溶接ですが、スポット溶接機は良質のはんだごてよりもはるかに高価です。

はんだ付け

はんだ付けよりもスポット溶接が好まれる理由を知っておく必要があります。はんだ付けの問題は、セルに多くの熱を加え、それが非常に急速に消散しないことです。 これは、セルのパフォーマンスを損なうセル内の化学反応を促進します。 最終的には、細胞の一部の容量と寿命が失われます。

しかし、高価なスポット溶接機を購入することに興味がない場合は、いくつかの予防策とトリックに従うことにより、ニッケルタブをセルにはんだ付けできます。

1.セルへのはんだごての接触時間を最小限に抑えるために、表面が十分に擦り切れていることを確認し、はんだの流れを速くするために大量のフラックスを使用します。

2.優れた熱容量を備えた高品質の高ワット(最小80W)アイロンを使用すると、ジョイントに熱をすばやく届けることができるので、長期間にわたってアイロンをバッテリーに保持して熱を放す必要はありません。それに染み込み、バッテリーに損傷を与えます。

スポット溶接:

スポット溶接は、多くの熱を加えることなくセルをしっかりと結合しているため、スポット溶接が行われています。現在、市場で利用できるスポット溶接機には、ホビーグレードとプログレードの2つのグレードがあります。 まともなホビーグレードのスポット溶接機は約200ドルから300ドルの費用がかかりますが、優れたプログレードは約10倍の費用がかかる場合があります。 BanggoodのSUNKKO 709A 1.9kwスポット溶接機を使用しています。

ステップ5:セル電圧を確認する

セルを並列に接続する前に、最初に個々のセルの電圧を確認します。セルを並列にするには、各セルの電圧を互いに近づける必要があります。そうしないと、高電圧のセルから低電圧のセルに大量の電流が流れます。電圧:これにより、セルが損傷したり、まれに火災が発生する可能性があります。

新品のセルを使用している場合、セル電圧は3.5 V〜3.7 Vに近いので、心配することなくそれらを結合できます。 ただし、古いノートパソコンのバッテリーを使用する場合は、セルの電圧がほぼ同じであることを確認し、そうでない場合は、優れたリチウムイオンバッテリー充電器を使用してセルを同じ電圧レベルに充電してください.Nitecore SC4充電器を使用して、すべての18650を充電しましたそれらを結合する前の細胞。

ステップ6:バッテリーパックの容量と電圧

バッテリーパックを作成するには、最初にパックの公称電圧と容量を確定する必要があります。どちらを使用するかは、ボルト、mAh / Ah、またはWhで表されます。 セルを並列に接続して目的の容量(mAh)に到達し、そのような並列グループを直列に接続して公称電圧(Volt)を達成する必要があります。

このプロジェクトの要件は次のとおりです 。11.1Vおよび17 Ahバッテリーパック

使用される18650セルの仕様: 3.7Vおよび3400 mAh

容量(mAh):

バッテリーパックの希望容量= 17 AHまたは17000 mAh。

各セルの容量= 3400 mAh

並列接続に必要なセルの数= 17000/3400 = 5 nos

通常、並列のセルは「P」という用語で省略されるため、このパックは「5Pパック」と呼ばれます。5つのセルが並列に接続されている場合、大容量の単一セル(4.2V、17000mAh)を作成しました。 )

電圧(ボルト):

バッテリーパックの希望の公称電圧は11.1Vです。

各セルの公称電圧= 3.7 V

直列接続に必要なセルの数= 11.1 /3.7 = 3 nos

通常、直列のセルは「S」という用語で省略されるため、このパックは「3Sパック」と呼ばれます。

そのため、バッテリーパックを作成するには、3つの並列グループ(各グループに5つのセル)を直列に接続する必要があります。

最終的なパック構成は、「3S5Pパック」として指定され、最終仕様は11.1V、17AHです。

ステップ7:18650セルを組み立てる

前のステップから、バッテリーパックは直列に接続された3つの並列グループ(3 x 3.7V = 11.1V)で構成され、各並列グループには5個のセル(3400 mAh x 5 = 17000 mAh)があることが明らかです。それらの間およびBMSボードとの電気接続を行うために、15個のセルを適切に配置する必要があります。

セルの最初の並列グループ(5 nos)を正側に配置し、次に2番目の並列グループを負側に配置し、最後に最後の並列グループを正側に配置します。

ホットグルーまたはプラスチック製の18650バッテリーホルダーを使用して、セルを組み立ててパックを作成できます。プラスチック製の18650セルホルダー/スペーサーを使用して15個のセルを組み立てました。このセルホルダーを使用する主な利点は次のとおりです。

1.必要に応じて任意のサイズのカスタムパックを作成できます。パズルを解くようなものです。

2.セル間にスペースを提供します。これにより、新鮮な空気が通過し、バッテリーが簡単に冷却されます。

3.バッテリーパックをしっかりと信頼できるものにします。

4.それはあなたのバッテリーパックに安全反振動を提供します

ステップ8:ニッケルストリップのスポット溶接

スポット溶接機の使用手順について説明します(このプロジェクトで使用したスポット溶接機について話します)スポット溶接機には、固定溶接ヘッド、フットスイッチ付き固定溶接ヘッド、可動式の3つの溶接オプションがありますフットスイッチ付きのスポット溶接ペン。2番目のオプションを使用したい。溶接の前に、ニッケルストリップと溶接機を準備する必要がある。

ニッケルストリップを切断します:

ニッケルストリップを5個のセル(平行)の上に置き、すべてのセル端子を覆うようにして、BMSに接続するための10mmの余分なストリップを残してから切断します。直列接続の場合は、図に示すように小さなニッケルストリップを切断します。並列接続には4つの長いストリップ、直列接続には10の小さなストリップが必要です。

最初の並列グループのマイナス端子を2番目のグループのプラス端子に接続し、2番目のグループのマイナス端子を3番目のグループのプラス端子に接続します。

バッテリーストリップの溶接:

このスポット溶接機は、純ニッケルとニッケルメッキ鋼ストリップの溶接に使用できます。ニッケルストリップの厚さに応じて、溶接機パルスと電流ノブを調整する必要があります。

0.15 mmのニッケルストリップの場合、パルスノブ4Pおよび電流ノブを4-5に押します。0.2mmのニッケルストリップの場合と同様に、パルスノブ4P、6Pおよび電流ノブを7-8に押します。ニッケルストリップとバッテリーターミナル、フットスイッチを押します。小さな火花、およびストリップ上の2つのドットマークがわかります。

成功した溶接:

ニッケルストリップを引っ張って溶接品質を確認できます。 手の圧力で抜けない場合、または多くの強度が必要な場合は、良好な溶接です。 簡単に剥がせる場合は、電流を増やす必要があります。

安全性: スポット溶接を開始する前に、常に安全ゴーグルを着用してください。

ステップ9:BMSの追加

バッテリー管理システム(BMS)は、リチウムバッテリーパックを管理する電子システムであり、主な機能は次のとおりです。

1.バッテリーパック内のすべての並列グループを監視し、完全に充電されたら(4.2V近く)入力電源から切り離します

2.すべてのセルの電圧を均等にバランスさせる

3.パックの過放電を許可しません。

BMSを購入するために必要な2つの重要なパラメーターは次のとおりです。i)直列のセルの数-2S / 3S / 4Sなど

ii)。 最大放電電流-10A / 20A / 25A / 30Aなど

このプロジェクトでは、3Sおよび25A BMSボードを使用しました。これらは、そのBMSの仕様です。

電圧範囲全体:4.25〜4.35V±0.05V

過放電電圧範囲:2.3〜3.0V±0.05V

最大動作電流:0〜25A

働く温度:-40℃〜+ 50℃

接続方法

配線図に示すように、BMSを接続します。BMSには4つのはんだ付けパッドがあります:B-、B1、B2、B +。最初の並列グループのマイナス端子バスをB-に、プラス端子バスをB1に接続する必要があります。 同様に、3番目の並列グループの負の端子バスはB2に接続され、正の端子バスはB +に接続されます。

ニッケルストリップをBMSにスポット溶接するか、PCBパッドにはんだ付けできます。しっかりと接続するために、ニッケルストリップをPCBにはんだ付けすることをお勧めします。最初にはんだ付けフラックスをPCBパッドとニッケルストリップの端に塗布します。少量のはんだを塗布してすべてのパッドをはんだ付けします。

クレジット:配線図は、Banggood製品ページから引用されています。

ステップ10:3D印刷されたエンクロージャー

バッテリーパックには、露出したニッケルストリップがすべて周囲にあり、偶発的な短絡を防ぐため、エンクロージャーを設計しました。AutodeskFusion 360を使用して、バッテリーパックのエンクロージャーを設計しました。 エンクロージャーには、本体と上蓋の2つの部分があります。Thingiverseから.STLファイルをダウンロードできます。

私はCreality CR-10S 3Dプリンターと1.75 mm緑PLAフィラメントを使用して部品を印刷しました。 本体を印刷するのに約6.5時間、上蓋を印刷するのに約1.2時間かかりました。

私の設定は次のとおりです。

印刷速度:70 mm / sレイヤー

高さ:0.3

塗りつぶし密度:100%

押出機温度:205℃

ベッド温度:65℃

ステップ11:コンポーネントの配線

通常、標準バッテリーには負荷を接続してバッテリーを充電するための端子が2つしかありませんが、これとは別に、必要に応じてバッテリーレベルを確認するためにバッテリーレベルインジケーターを追加しました。5mmDCジャック(12V / 3A )入出力の場合、3Sバッテリーレベルインジケーターモジュールでバッテリーステータスを確認し、ロッカースイッチでバッテリーレベルインジケーターをオン/オフします。

それでは、コンポーネントの配線に移りましょう。 すべてのコンポーネントにこの簡単な配線図を用意しました。 導電部品を絶縁するために、熱収縮チューブを使用しました。

注:コンポーネントをエンクロージャーに取り付ける前に、ワイヤー(P +およびP-)をBMSにはんだ付けしないでください。

ステップ12:最終組み立て

最初に、コンポーネントを3Dプリントエンクロージャーの各スロットに取り付けます。上の写真をご覧ください。

DCジャックとロッカースイッチのプラス(赤線)をBMSのP +にはんだ付けし、DCジャックとバッテリーレベルインジケーターからBMSのP-に負線をはんだ付けします。

次に、バッテリーコンパートメントの底にホットグルーを塗布し、バッテリーパックを固定します。これにより、バッテリーパックがしっかりと固定され、ワイヤ接続が緩まないようになります。

最後に、上蓋を所定の位置にねじ込みます! 蓋を固定するために3M x 10のネジを使用しました。これで、バッテリーパックを使用する準備ができました。

バッテリーパックの充電:

このような12.6V DCアダプターでバッテリーパックを充電できます。aliexpressまたはeBayから簡単に入手できます。

あなたが私のプロジェクトを読んで楽しんでくれたことを願っています。 改善のための提案がある場合は、以下にコメントしてください。

ありがとう!

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