Budowa pakietu li-ion z ogniw 18650 cz.2

18650_bW poprzednim wpisie wyjaśniłem jak posortować ogniwa do budowy pakietu, jak je przygotować, oraz jak przygotowałem swoje stanowisko pracy. Teraz ogniwa pozgrzewam w 12 cel, a nastepnie wszystkie cele w gotowy pakiet, oraz uzupełnię go w niezbędne przewody i wtyczki. Będzie też kilka wskazówek na temat doboru konektorów w instalacji tak aby wszystko działało sprawnie i bezpiecznie.

Zgrzewanie ogniw w celę

18650_weld_2_long
Na początek odsyłam do konstrukcji mojej zgrzewarki do blachy, którą zmodyfikowałem specjalnie na potrzeby budowy pakietu li-ion – zgrzewarka punktowa. Zgrzewarka powinna mieć dwie elektrody zwężone ku końcowi do średnicy maksymalnie milimetra, ale nie powinny być ostre tak aby nie przebić blachy. Powinna dysponować dużym prądem i umożliwiać nastawę bardzo małych czasów zgrzewania. Do zgrzewania potrzebna będzie nam jeszcze taśma niklowa – jest to blacha stalowa pokryta cienką warstwą niklu, idealna do zgrzewania. Taśma niklowa jest cienka (0,2mm) a obudowy ogniw też nie są zbyt grube i bardzo łatwo jest je przetopić na wylot, doprowadzając do rozszczelnienia ogniwa – takie ogniwo nie nadaje się do jakiegokolwiek użytku!

18650_weld2Siłę docisku oraz czas zgrzewania należy dobrać eksperymentalnie, najlepiej użyć do tego celu ogniw martwych, a na pewno takimi dysponujemy jeśli zgrzewamy ogniwa z odzysku. Rozstaw pomiędzy punktami elektrod to minimum 3mm, przy mniejszym rozstawie dużo prądu płynie przez samą blaszkę. Po kolorze przebarwień łatwo widać którędy płynął prąd – a ma płynąć przez punkt zgrzewu. Przy dobieraniu siły i czasu zgrzewu należy też wziąć pod uwagę test na zrywanie zgrzewu. Prawidłowy zgrzew przy zrywaniu nigdy nie może się zerwać w miejscu zgrzania, zrywać się powinna blaszka obok zgrzewu. Jeśli test na zerwanie przebiega pomyślnie, a tym samym nie wypalamy dziury na wylot lub nie przegrzewamy zbytnio blaszki (przebarwienia) to znaczy że udało się dobrać te dwa parametry, teraz można zabrać się za zgrzewanie właściwe.

sparkPrzed przystąpieniem do pracy – należy zwracać szczególną uwagę na to co się robi. Na tym etapie mamy połączone kilka ogniw równolegle, co przy zwarciu taśmy niklowej spowoduje jej błyskawiczne nagrzanie, a to doprowadzi do poparzeń czy innych nieprzyjemności. Polecam dwa czy trzy razy upewnić się zanim wykonamy jakąś czynność. Należy mieć też na uwadze, że elektrody zgrzewarki stanowią zwarcie – bardzo łatwo jest pozostawić jedną elektrodę opartą o imadło z biegunem ujemnym, a drugą dotknąć do bieguna dodatniego robiąc zwarcie – mi zdarzało się to dosyć często, dla tego o tym wspominam.

Kolejność jest taka, że najpierw przyłapujemy taśmę do krańcowego ogniwa, a następnie napinamy i przyłapujemy do ogniwa po drugiej stronie. Wtedy na spokojnie wykonujemy resztę zgrzewów, bo taśma będzie na swoim miejscu i nigdzie nie „ucieknie”. Jeśli będziemy chcieli zgrzewać je po kolei, to taśma może zacząć uciekać na bok (będzie się zniekształcała od docisku i temperatury) i się okaże że w ogóle nie trafia w biegun ostatniego ogniwa.

Nagrałem krótki film jak kompletnie wykonuję jedną celę. Od czyszczenia starych blaszek, do gotowego elementu. Proces zajął mi 8 minut, więc bardzo mało w porównaniu gdybym miał to wszystko lutować. Niestety mój smarkfon nie potrafi ustawić ostrości przy nagrywaniu filmu (nieporozumienie jakieś) więc całość można traktować tylko jako pogląd bo za wiele szczegółów tam nie widać. Widać za to moje wpadki, kilka zwarć zrobiłem, jest też dodany komentarz w postaci nakładki.

Zgrzewanie cel w pakiet

18650_weld_long
Tutaj za wiele tłumaczenia nie ma. Układamy nasze cele w kształt jaki nas interesuje i wykonujemy zgrzewanie cel w szereg. Przynajmniej po trzy mostki pomiędzy sąsiednimi celami, a gdy łączymy cele ustawione wzdłuż jedna obok drugiej, wykonujemy połączenie podwójne lub potrójne nakładając blaszki na siebie. Przy takich połączeniach wydajność prądowa nawet rozładowanego pakietu jest spora i na prawdę należy uważać gdzie się pcha taśmę i elektrody zgrzewarki.

Konektory

18650_connectorsUstalamy sobie jakich konektorów będziemy używali w naszej instalacji, w jakiej konfiguracji, w jakich kolorach. Dobrze przemyślane rozwiązanie minimalizuje ryzyko pomyłek przy podłączaniu pakietu, a przed tym trzeba się zabezpieczyć. Ja zdecydowałem się na konektory płaskie 6,3mm, tzw samochodowe, stosowane przy rozmaitych instalacjach. Są one dosyć popularne, tanie, łatwodostępne – w przeciwieństwie do np konektorów mini-bananowych czy konektorów typowo moleraskich, mimo że mniejszych, to istnieją małe szanse że dostaniemy je od ręki w lokalnym sklepie. Na przewodzie dodatnim baterii znajduje się konektor męski osłonięty czerwoną termokurczką, a na ujemnym żeński z niebieską termokurczką. Rurki termokurczliwe osłaniają konektory w taki sposób, że czy są rozpięte czy spięte nie mają możliwości zewrzeć się ze sobą. W przewodzie do którego podpinam pakiet jest odwrotnie, tzn + to konektor żeński a – to męski, zawsze z zachowaniem koloru czerwonego dla + i niebieskiego dla -. W ten sposób nie da się fizycznie podłączyć baterii odwrotnie, a kolory dodatkowo pomagają zorientować się w którą stronę płynie prąd w układzie.

18650_solder_closeupŻyła przewodu została najpierw pocynowana, następnie zaciśnięta praską w konektorze, całość rozgrzana lutownicą z dodatkiem topnika aby ustanowić dobre połączenie, a na koniec jeszcze raz poprawiona praską. Przewód to dosyć gruby kabel głośnikowy. Z drugiej strony przylutowany w połowie długości taśmy pakietu. Lutując do taśmy należy lutować w miejscu pomiędzy ogniwami, w przeciwnym wypadku terminale ogniwa będą odbierały całe ciepło i przylutowanie może okazać się bardzo trudne. Przy lutowaniu do taśmy, w szczególności przy biegunach dodatnich, należy bardzo uważać aby nie przegrzać koszulek w tych miejscach i nie doprowadzić do zetknięcia blaszki z obudową ogniwa, bo skutki będą katastrofalne – nie uda nam się rozłączyć blaszki rozgrzanej do czerwoności! Ja podkładałem w tych miejscach dwie wykałaczki aby nieco odsunąć blaszkę od izolacji.

Złącza balansera

18650_balanceJak każdy pakiet, będzie potrzebował układu nadzorującego pracę poszczególnych cel. Czy to będzie BMS, czy zwykłe złącze JST dla ładowarki, to musimy w nie nasz pakiet zaopatrzyć. Nie będę tego opisywał w szczegółach bo lutowanie lub zaciskanie jest bardzo proste, należy później tylko powtykać odpowiednie piny w odpowiednie otwory wtyczki, bo pomyłka może okazać się zabójcza dla ładowarki lub balansera.

18650_tabsO ile podłączenie konektorów do biegunów pakietu jest zrozumiałe dla każdego, to podłączenie przewodów o złącza balansera wymaga wyjaśnienia. Typ wtyczki JST (Japan Solderless Terminals) to standard w ładowarkach modelarskich, uniemożliwia odwrotne włożenie wtyczki, więc dobrze będzie się w takie wtyczki zaopatrzyć. Od biedy można użyć zwykłych konektorów żeńskich goldpin na przewód, ale należy dobrze oznaczyć ich biegunowość. W tym przypadku będę używał wtyczek 7 PIN, ponieważ mam 6 celi na pakiet. Ładowarka musi znać napięcie każdej celi z osobna, więc dla 6 celi będzie 7 przewodów.

Poniższy obrazek pokazuje schemat łączenia przewodów balansera do poszczególnych cel, oraz pinów we wtyczce JST 7PIN. Skrajne przewody balansera należy podłączać bezpośrednio do ogniw, a nie do terminali końcowych – zminimalizuje to błąd pomiarowy ładowarki.
balance_schematic

Konstrukcja mechaniczna

18650_aCała bateria musi być usztywniona i w miarę odporna na naprężenia mechaniczne. Gdy bateria zostanie zgnieciona, zgięta lub skręcona, może dojść do poważnego zwarcia. Gdy bateria jest używana w sztywnym pojemniku, do jej obudowania wystarczy okleić ją porządnie wzmocnioną taśmą samoprzylepną. Strony biegunów można dodatkowo osłonić jakimś tworzywem aby były odporne na przekłucia metalowymi przedmiotami. Poszczególne cele można dodatkowo skleić klejem, tutaj zastosowałem termogluta. Gdy bateria nie będzie miała zewnętrznej obudowy, należałoby zapewnić jej jakąś ochronę. Można do tego celu użyć dowolnej plastykowej obudowy, np korytka podtynkowego na przewody o wymiarach nieco większych od baterii, a wolną przestrzeń wypełnić materiałem chłonącym drgania – np gąbką lub pianką. Jeśli z baterii będzie pobierany duży prąd, np powyżej 2C na celę, potrzebne będzie chłodzenie. Jeśli ciepła jest niewiele, wystarczy chłodzenie pasywne w postaci otworów w obudowie (rezygnujemy tutaj z wypełniania obudowy gąbką). Jeśli ciepła ma być dużo, przydać się może chłodzenie aktywne w postaci wentylatora który będzie tłoczył powietrze wzdłuż obudowy, i przez otwory na drugim końcu. Jeśli jednak planujemy aż tak przeciążać ogniwa aby robiły się gorące, warto zainteresować się użyciem ogniw wysokoprądowych, ponieważ to będzie bardzo źle wpływało na ich żywotność.


Akcesoria, ładowanie

18650_cablesOd razu wspomnę o dodatkowych przewodach które wykonałem. Obydwa pakiety 6S8P które wykonałem, docelowo będą pracowały połączone szeregowo w jeden pakiet 12S8P, dając 48V napięcia roboczego dla silnika rowerowego. Całość została pomyślana tak, aby możliwe było jednoczesne ładowanie obydwu pakietów jedną ładowarką modelarską obsługującą pakiet 6S. Na potrzeby ładowania, obydwa pakiety będą łączone równolegle w jeden pakiet 6S16P. Łączone będą terminale pakietów oraz złącza balansera, po takim połączeniu średnia różnica napięć na poszczególnych celach zmniejszy się i balanser w ładowarce będzie miał mniej pracy. W tym celu wykonałem dwa dodatkowe przewody. Jeden ładujący, z jednej strony zakończony terminalami typu banan, a z drugiej podwójnymi złączkami 6,3mm. Przewody są grube a wtyczki solidne – całość będzie ładowana prądem 10A co przy 25V da 250W. Dodatkowo powstał rozgałęźnik dla złącza balansera. Pakiety podczas pracy muszą być monitorowane, aby nie dopuścić do zbyt silnego rozładowania. Tutaj użyłem tanich monitorów napięcia, do znalezienia na ebay pod nazwą „lipo alarm 8s” – koszt 6zł/szt. Ustawiam dowolne napięcie dla zadziałania alarmu i nie muszę się martwić że uszkodzę ogniwa.

18650_b

Poprzednia część: Budowa pakietu li-ion z ogniw 18650 cz.1
Następna część: Budowa pakietu li-ion z ogniw 18650 cz.3

5.00 avg. rating (96% score) - 1 vote

24 komentarze

  1. Bartłomiej

    Cześć,
    Ciekawy opis. Mała wskazówka do której można się zastosować… ale nie jest to mus ;) Zwykle w dobrych instalacjach użytkowanych w środowisku typu sól+wilgoć, do podłączania stosuje się kable miedziane w których żyły są pocynowane. Dzięki temu kabel taki przeżyje więcej niż dwa sezony a plecionka w środku nie zacznie się łamać przy najmniejszym poruszeniu kablem.

    • Dzięki za wskazówkę, nie zdawałem sobie z tego sprawy :)

      Na szczęście swój pakiet będę ładował w domu także na nieprzyjazne warunki będzie narażony tylko podczas jazdy. Po za tym to ogniwa z odzysku, nawet nie zakładam że przeżyją dwa sezony :)

  2. Czy trzymanie zgrzewarki za końcówki bez jakiejkolwiek izolacji w trakcie jej pracy jest bezpieczne?

  3. Witaj, czemu film „Zgrzewanie ogniw 18650 DIY” został zablokowany w innych krajach? zadałem Tobie tam pytanie i byłem ciekaw twojej opinii.

    • Nagle, po 1,5 roku, YT znalazł tam muzykę w tle i już się znalazło dwóch chętnych, jeden zablokował film w 240 krajach a drugi chciał na nim zarabiać… o losie… podmieniłem dźwięk, powinien być niebawem dostępny. Ale niestety nawet nie czytam komentarzy na YT, jak chcesz się o coś zapytać to tutaj jest dobre miejsce na takie pytania :)

    • Ja przymierzam się do robienia baterii do zasilania domu, chodzi tylko o to aby zasilała wieczorem, prądem ładowanym z paneli słonecznych w dzień. Jest to dosyć budżetowy projekt :) mam do wykorzystania UPS 2,7 KW , był by chyba dobry, tylko że on działa na żelowe baterie.
      Moje pytanie jest takie, czy dało by się zrobić taka elektronikę baterii litowej, aby dla ładowarki zachowywała się jak żelowa czy ołowiowa? to znaczy jak osiągnie swoje napięcie to aby sama odcinała ładowanie. Było by świetnie wykorzystać to co mam. Do testowania mam mniejszy UPS 900W, tez na żelowe baterie.

    • Szczerze mówiąc to nie mam pojęcia, pewnie by się dało, ale raczej będzie więcej kombinowania niż jak z dołożeniem ładowarki 3S dla li-ion.

      Ale czy żelowe lub jakieś zwykłe kwasówki do głębokiego rozładowania nie będą tańsze w eksploatacji?

      Jeśli UPS ma zasilać dom, to powinien mieć raczej sinus na wyjściu. Jeśli ma przebieg prostokątny lub inny dziwoląg to nie będą działały urządzenia z silnikami i klasycznymi transformatorami, jedynie przetwornice (tv, laptop) lub obciążenia oporowe (żarówki). Ale lepiej sprawdź sam bo ja tutaj żadnym ekspertem nie jestem :)

  4. A czy używając ogniw z laptopa 3.7v do wkrętarki 19v (5 ogniw)
    zamiast balansera można by zastosować 5szt ładowarek na układzie
    TP4056. po jednej sztuce na celę?. To jest ładowarka 1A z możliwością ustawienia prądu ładowania, z automatycznym wyłączeniem po naładowaniu do 4,2V.

    • Ogniwa z laptopa nie nadają się do wkrętarki. Chyba że do lekkich prac.

      TP4056 nie nadaje się do takiego zastosowania, łącząc układy szeregowo może dojść do przekroczenia napięcia pojedynczego układu i jego uszkodzenia, łącząc równolegle powstanie zwarcie na wszystkich celach.

  5. Tomasz: Jestem w trakcie projektu zasilania awaryjnego z paneli PV i ogniw 18650 i do zasilania domu nie nadaja sie zaden UPS z raci tego ze za duzo energii traci sie do samego działania UPSa przy moim APC1000 blisko 50W idzie na dzialanie układu w upsie.Od roku czasu używam przetwornicy VOLT 300W sinus i sprawuje sie świetnie w tamtym roku przepracowała 200kw/h aczkolwiek tez ma wady, nie mozna przekroczyc 30V na wejsciu ( przy instalacji 24V ) bo rozwalą sie tranzystory klucze a to niestety przy ładowarkach solarnych z PWN łatwo osiagnąć bo panele maja napięcie jałowe do 37V. W razie pytań służę pomocą

  6. Jaki masz czas zgrzewania ? Zrobiłem taką zgrzewarkę na innym rdzeniu ale przekrój prawie ze taki sam, mam w stanie jałowym na elektrodach 2,18V i niestety zgrzewy nie przechodzą testu na zrywanie, są wytopione dołeczki ale nie zgrzane blachy ze sobą a dłuższy zgrzew dziurawi ogniwo… Narazie steruję nogą ale to nie zmienia faktu ze 1/10 zgrzewów powinien się udać.. Doradź co zrobić ? Dowinąć na wyższe napięcie jeszcze jeden zwój ?

    • 2.18V może być trochę przymało. Sprawdź jaki masz prąd w zwarciu. Jak łączysz elektrody z uzwojeniem? To musi być zrobione solidnie bo jakiekolwiek spadki napięcia powodują że prąd będzie mizerny.

    • Prąd był duży bo drut 2,5mm^ miedziany topiło w moment. Nie mam miernika żeby ten prąd zmierzyć. Dowinąłem dzisiaj jeden zwój i mam 2.7V. Prąd organoleptycznie nie spadł chyba za wiele. Na końcach linki mam zaciśnięte miedziane(cynowane) oczka i do tego elektrody przykręcone śrubą m8 z drutu 10mm^. … Jak bardzo zaostrzyć elektrody ?

      Dzięki za odpowiedź.

    • Nie powinny być w ogóle ostre aby nie robiły dziur, ale zeszlifowane na tyle aby zgrzew był na tyle mały aby zgrzewarka sobie z nim poradziła. Wszystko wygląda ok, kombinuj w takim razie z elektrodami. Najlepiej jak byś wrzucił jakieś zdjęcia jak to wygląda i jak wyglądają takie zgrzewy.

  7. Wpis już trochę stary, ale mam nadzieje, że dalej aktualny. Ktoś już pytał o ładowanie pakietu przy pomocy kilku modułów TP4056. Trochę poszperałem i znalazłem pewien projekt: http://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.php?p=15585089. Jak widać jest to wykonalne, jednak potrzebna jest separacja galwaniczna dla każdego układu z osobna. Można wykorzystać do tego jeden transformator z jednym uzwojeniem wtórnym ale z kilkoma mostkami Gretza + stabilizatory 5V/1A? Lub czy jest jakiś łatwiejszy i tańszy sposób na separacje galwaniczną niż przewijanie trafa lub wykorzystanie kilku traf?

    • Sposób od dawna znany ale trochę uciążliwy bo dla każdego modułu trzeba dać osobny zasilacz, np ładowarkę od komórki.

      Jeśli chcesz zrobić to na trafie to potrzebujesz osobnego uzwojenia wtórnego dla każdego modułu, co nie powinno być trudne do zrobienia. Możesz wypruć jakieś stare trafo i nawinąć po swojemu. Nie potrzebujesz do tego stabilizatora, sam mostek wystarczy, TP4056 może pracować od 4.5V do 8V. Ale pamiętaj że czym większa różnica napięcia pomiędzy wejściem a zaciskami aku, tym bardziej będzie się ten moduł grzał i będzie zmniejszał prąd ładowania. Napięcie uzwojenia 4V powinno być ok.

      Sam ostatnio w ten sposób wykorzystałem moduły TP4056 do ładowania pakietu 3S na działce, moduły zasilam z niewielkich paneli słonecznych :)

  8. Dzięki za odpowiedź. Masz może link do jakiegoś dobrego poradnika odnośnie przewijania traf pod własne cele? Nigdy tego nie robiłem, i jakoś mam opory, że wszystko pójdzie z dymem :)

    Jeszcze odnośnie tych ładowarek do telefonu. Takie tanie, chińskie ładowarki z allegro za kilka zł pod 230V posiadają separacje galwaniczną, czy działają tylko na zasadzie przetwornicy step-down?

    • Z pewnością znajdziesz jakiś poradnik jak przewijać trafa. Najlepiej wytnij całe uzwojenie wtórne i nawet zwykłym kabelkiem nawiń nowe uzwojenia. Najpierw zrób jeden zwój czyli przepleć przez obydwie strony kształtki (lub tylko przez środek jeśli to toroid) i zmierz jakie napięcie daje taki jeden zwój, i wtedy będziesz wiedział ile ich nawijać dla każdego kolejnego wtórnego. Nawiń ciasno albo czymś zalej żeby nie burczało. To wszystko :)

      Raczej wszystkie ładowarki powinny być odseparowane od sieci, w przeciwnym razie dotknięcie do usb spowodowałoby porażenie prądem. Jedynie zasilacze w żarówkach czasem nie są odseparowane, ale w ładowarkach takich jaj nie ma. Rozejrzyj się za starymi ładowarkami, np od nokii, nie miały one stabilizacji, ale napięcie na poziomie 7V ładnie przysiądzie pod obciążeniem i będzie to działać. Dobrze gdyby taka ładowarka dysponowała prądem 1A, ale jak będzie mniej to nic się nie stanie, TP4056 będzie i tak ładował poprawnie.

  9. Czy poszczególne cele muszą mieć tyle samo ogniw? Czy można po prostu tak podobierać 6 ogniw o słabszej pojemności w pojedynczej celi by dorównywały celi z 4 ogniwami lepszej jakości?

    • Można, i będzie to działało tak jak myślisz, ale takie cele będą ulegać rozbalansowaniu dużo szybciej niż takie „normalne”. Chyba że te ogniwa dobierzesz tak że wypadkowa rezystancja wewnętrzna również będzie taka sama.

  10. Cześć!
    Czy masz jakieś dobre źródło na taśmę do zgrzewania? I czy kiedykolwiek próbowałeś zgrzewać blachą „alpaką”?
    Mam blaszke 0.2mm x 7mm niby w pełni niklowa i mam ogromny problem, żeby ją poprawnie zgrzać z ogniwem. Elektrody wydają się ok, wykonane z pręta fi10 z emelduru(stop na elektrody do zgrzewarek), 3x25mm^2 uzwojenie. Z zewnątrz po zgrzaniu zgrzewy wydają się być w porządku, natomiast test zrywania pokazuje ze jest zupełnie inaczej. Pozostają w ogniwach jedynie mocne wgniecenia od nacisku elektrod. Sterownik wysterowany na preimpuls 20ms + przerwa 50ms + impuls właściwy 100ms i wychodzi jak piszę… Nie mam pomysłu co może być nie tak. Próbowałem elektrody zbliżyć do siebie, ale wtedy widać ewidentnie przepalone blaszki.
    Pozdrawiam

  11. Cześć, jak uzyskać napięcie 8,4V z sześciu baterii 18650? Kupiłem lampke na ebay-u i ona jest zasilana baterią 8,4 V 9600mAh (pisze 18650 set). Mam kilka tych baterii ze starego laptopa i chciałbym je użyć jako zapas. Ale nie wiem jak uzyskać z nich 8,4V.

    • W sumie sam sobie odpowiem:) Myślałem ze te baterie maja napięcie 3,7V ale znalazlem tez opis ze 4,2V więc sprawa sie wyjaśniła.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Proszę pozostawić te dwa pola tak jak są: