Batterie au lithium DIY 4S avec BMS : 6 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:09

J'ai regardé et lu plus d'un tutoriel ou guide pratique sur les batteries lithium-ion et les batteries, mais je n'en ai pas vraiment vu un qui vous donne beaucoup de détails. En tant que débutant, j'avais du mal à trouver de bonnes réponses, donc c'était en grande partie des essais et des erreurs (et des étincelles).

Lorsque j'ai décidé de construire une batterie à partir de 18650 cellules lithium-ion pour un projet, j'ai démonté mon ancienne batterie d'ordinateur portable, j'ai sorti les batteries, je les ai soudées avec des bandes métalliques dans une batterie. Cependant, j'ai appris dès mon premier essai que ce n'était pas si facile. Les batteries lithium-ion ne sont pas comme les batteries nickel-hydrure métallique, plomb-acide ou nickel-cadmium. Ils sont sensibles aux décharges excessives, aux surcharges et aux courts-circuits, et nécessitent des précautions particulières pour les empêcher de surchauffer, de fondre ou d'exploser.

Pourquoi les utiliser ? Ils sont vraiment parfaits pour les projets car ils ont une tension plus élevée que les autres produits chimiques et contiennent beaucoup d'énergie, ce qui signifie que vous pouvez en utiliser moins que si vous utilisiez des cellules nickel-hydrure métallique ou nickel-cadmium (seulement 1,2 volt). Pour cette raison, les batteries d'outils électriques et les batteries de véhicules électriques sont constituées de cellules lithium-ion. Ils sont de toutes formes, tailles et capacités. Les cellules de haute qualité peuvent supporter des taux de décharge élevés de plus de 20 ampères et fonctionnent bien dans des configurations de cellules multiples. Vous pouvez également les obtenir à bas prix ou gratuitement si vous regardez autour de vous, car presque tous les ordinateurs portables contiennent une batterie au lithium-ion que les gens jettent parfois parce qu'elle est «morte», mais peut avoir beaucoup de vie.

Je construis un pack 4S2P qui a 4 cellules en série et 2 en parallèle pour 8 cellules. Cela vous donnera une tension de charge complète de 16,8 volts, une tension nominale de 14,8 volts et une valeur nominale déchargée de 12 volts, et doublera la capacité des cellules en série. Il dispose également d'un système de gestion de la batterie, nécessaire pour protéger les cellules et assurer son bon fonctionnement. J'ai pu terminer ce projet pour environ 20 $ USD. En plus, j'ai réussi !

Alors, commençons! Des liens vers les matériaux que j'ai utilisés seront inclus.

Étape 1: Matériaux, outils et sécurité

Les cellules lithium-ion sont assez inoffensives, mais vous devez prendre quelques précautions. Évitez de les court-circuiter et soyez prudent avec le fer à souder et les outils.

Pour les outils, vous avez besoin d'un fer à souder d'au moins 30 watts, d'un multimètre numérique, d'un couteau ou d'une pince à dénuder, d'une pince coupante ou d'une pince coupante.

Ensuite, de la soudure de bonne qualité comme celle-ci: https://www.ebay.com/itm/Kester-44-Rosin-Core-Sold… C'est l'une des meilleures que vous puissiez obtenir pour l'électronique.

Les autres éléments nécessaires sont, bien sûr, des batteries lithium-ion 18650, soit un ancien pack d'ordinateur portable, soit des batteries similaires:

Bandes de nickel pur comme celles-ci:

Un système/carte de gestion de batterie:

Connecteurs de balance 4S:

Connecteurs Deans de type T (ou connecteurs XT60):

Chargeur d'équilibre pour charger la batterie:

D'autres articles divers étaient des fils de calibre 18 (1,02 mm de diamètre), des fils de calibre 26 (0,40 mm de diamètre) à 24 (0,51 mm), du ruban de masquage et/ou du ruban électrique ou un film thermorétractable.

Étape 2: les piles

Tout d'abord, vous aurez besoin de batteries lithium-ion de taille 18650. Parce que je fais ça pas cher, j'ai cherché de vieilles batteries d'ordinateurs portables et j'ai trouvé un pack Dell à 9 cellules au dépôt d'aubaines pour moins de 3 $. Ce pack était composé de quelques cellules rouges de marque Sanyo de bonne qualité. J'ai vérifié la fiche technique et ils ont une capacité assez standard de 2200 mAh et un courant de décharge de 4 ampères. Pas mal. Oui, ils étaient à peu près morts (sous 2 volts par cellule), mais j'ai pu les faire revivre. Je fais un autre Instructable qui vous dit comment faire cela. Vous pouvez acheter des cellules neuves sur eBay ou Amazon, mais elles peuvent être chères pour les bonnes marques. Éloignez-vous de ceux qui annoncent une capacité de 5000 ou 9800 mAh. Ce sont probablement des cellules de marque qui ont échoué aux tests de contrôle qualité en usine et peuvent avoir une capacité de 1000 ou même 900 mAh. Ils sont rebaptisés et revendus à prix réduit. Si vous avez utilisé une vieille batterie d'ordinateur portable, vous devez retirer les anciens connecteurs des bornes. Utilisez les pinces coupantes pour le faire.

Étape 3: Connecter les cellules

Ensuite, vous avez besoin d'un moyen de coller les cellules ensemble. Vous pouvez utiliser des languettes à souder en acier ou des bandes de nickel. J'utilise des bandes de nickel pur, et non de l'acier nickelé, car à forte consommation de courant, l'acier a une résistance plus élevée que le nickel, ce qui peut provoquer une accumulation de chaleur. Je les soude aux cellules. Ce n'est pas la méthode recommandée car si vous maintenez le fer à souder sur la cellule trop longtemps, cela endommagera la cellule et lui fera perdre de sa capacité. Le meilleur moyen est d'utiliser une soudeuse par points spécialement conçue comme celle-ci:

Cependant, à moins que vous ne fabriquiez beaucoup de batteries et que vous puissiez justifier de dépenser 200 $ ou plus pour une, la soudure est très bien. Fais attention.

Pour le fer à souder, je recommande au moins un fer de 30 watts et une bonne soudure. Une bonne soudure est essentielle. N'utilisez pas de soudure sans plomb pour cela car sa température de fusion est plus élevée. De plus, un fer à souder plus faible ne deviendra pas assez chaud pour lier correctement les cellules aux bandes de nickel.

Pour construire la batterie, nous prenons 4 cellules en série et ajoutons une cellule parallèle, nous avons donc le double de la tension et de la capacité par cellule. Voir le schéma ci-dessus pour savoir comment connecter les cellules. Le seul facteur limitant est que toutes les cellules doivent être identiques. Même avec le BMS, des capacités inégales entraîneraient une charge et une décharge inégales d'une cellule, ce qui pourrait entraîner une défaillance plus rapide de cette cellule et des autres. C'est pourquoi il est bon d'utiliser des batteries d'ordinateurs portables, car elles ont toujours été utilisées ensemble.

Pour souder les cellules, dégrossissez les bornes positive et négative des cellules et appliquez une petite quantité de soudure. Ensuite, disposez les cellules dans le bon ordre pour la connexion série/parallèle, comme indiqué dans les schémas. J'ai collé les cellules avec du ruban adhésif pour cela, mais vous pouvez également utiliser des entretoises de batterie.

Coupez les bandes de nickel à la bonne longueur pour relier les cellules entre elles. J'ai utilisé des pinces coupantes pour cela, mais les cisailles à tôle ou les coupeuses à tôle fonctionnent aussi. Appliquez de la soudure à chaque extrémité de la bande et soudez la bande aux bornes de la batterie. Ne maintenez pas le fer à souder trop longtemps, juste assez pour faire fondre la soudure. J'ai collé les cellules ensemble avant de souder les connexions finales pour les maintenir correctement alignées.

Étape 4: Connexions de la carte BMS et de la balance

Pour tirer le meilleur parti de la batterie et l'empêcher de tomber en panne prématurément, nous devons ajouter un moyen de s'assurer qu'elles sont protégées et chargées correctement. Les cellules lithium-ion ou polymère doivent être protégées contre une décharge insuffisante ou excessive, ce qui peut être très mauvais. Ceci est fait par un système/carte de gestion de batterie, ou BMS. C'est un appareil qui combine la protection de la batterie pour plusieurs batteries comme nous le construisons. C'est ce qu'on appelle un système de gestion de batterie ou BMS en abrégé. C'est un dispositif qui protège les cellules contre les décharges excessives et insuffisantes, les pointes de courant et les courts-circuits. Il existe de nombreux types et configurations de cartes BMS pour différents agencements de cellules et applications. J'utilise une carte BMS 4S conçue pour un courant de fonctionnement de 10 ampères, ce qui convient parfaitement à mon application (lampe de poche LED de 100 watts).

La connexion est facile. Une fois notre batterie soudée, nous devons mesurer les tensions aux bornes des cellules en série avec un multimètre. Vous devriez avoir 14,8 volts pour le positif de la batterie, 3,7 V volts, 7,4 V volts et 11,1 volts. Il y a 5 connexions pour une prise d'équilibrage 4S: une pour le positif de la batterie ou la cellule n°4, une pour le négatif, la cellule n°1, la cellule n°2 et la cellule n°3. Mesurez-les en plaçant la sonde négative sur le côté négatif du pack et en mesurant à travers les connexions. Une fois qu'ils correspondent tous, vous pouvez souder les fils d'équilibrage de chaque connexion aux bons plots du BMS.

J'ai utilisé un fil de calibre 26 (0,40 mm de diamètre) pour les connexions de la balance et un calibre 18 (1,02 mm de diamètre) pour la batterie +/- et les sorties de charge, car ils supporteront près de 10 ampères de courant. Vous pouvez utiliser un fil plus petit pour les connexions d'équilibrage car ils ne traitent pratiquement aucun courant, juste la tension respective des connexions. Je n'irais pas en dessous de la jauge 26 pour cela. Une fois que vous avez connecté le pack, vous pouvez connecter les fils de la prise d'équilibre aux sorties de batterie appropriées.

Étape 5: Équilibrer la charge

Maintenant que tout est connecté, nous pouvons connecter notre pack au chargeur et nous assurer qu'il se charge. C'est ainsi que vous saurez si vos connexions sont incorrectes, car votre chargeur ne se chargera pas et vous avertira des connexions de tension incorrectes.

Pour commencer, nous avons besoin d'un chargeur de balance pour batteries au lithium. Aucun autre chargeur ne fonctionnera pour cela car il doit avoir un mode d'équilibrage ! J'utilise un clone chinois du SkyRC iMax B6. Non, ce n'est pas la vraie affaire, mais j'ai trouvé que la copie fonctionnait très bien. Connectez les fils positifs et négatifs de la batterie au chargeur. Mon chargeur a des fiches bananes avec un connecteur de type T Deans qui se connecte à divers connecteurs. Vous pouvez utiliser des pinces crocodiles ou un fil dans une prise de chargeur comme un Deans ou un XT60. J'utilise un connecteur Deans et je l'ai connecté aux sorties de la balance board. Assurez-vous que c'est là que vous connectez le chargeur car le BMS a besoin d'un signal de 12,6 volts pour s'activer. Si vous prévoyez qu'il s'agisse d'une batterie amovible, connectez la sortie au connecteur que votre appareil utilisera. Je câble le mien avec des connecteurs à fourche et une prise Deans car il sera principalement monté en permanence sur mon projet.

Votre chargeur peut être différent, mais c'est ainsi que cela fonctionne pour à peu près tous les clones du chargeur SkyRC iMax B6. Branchez le câble d'équilibrage dans la prise 4S du chargeur. Il ne va que dans un sens et est marqué pour les côtés positif et négatif de la batterie. Connectez le câble du chargeur et réglez le mode de charge sur « Balance ». Assurez-vous que le chargeur est également réglé sur le mode "4S". Parce qu'il s'agit d'un pack de 4400 mAh, j'aime régler le courant de charge à 1/2 ou moins du courant nominal maximum, donc 2 à 2,2 ampères. J'utilise 1.5 car c'est un test. Ces batteries sont à peu près complètement chargées, donc les tensions sont élevées. Lorsqu'il fonctionne, vous devriez voir les 4 cellules de la série se charger de manière égale, à 0,1 à 0,2 volts les unes des autres. Lorsque la charge est terminée, toutes les cellules doivent être à la même tension, soit 4,2 volts. Le pack doit lire une tension de charge complète de 16,8 volts. Lorsqu'il est à la tension nominale, il est de 14,8 volts (3,7 volts par cellule). Si vous le chargez pour la première fois, commencez à un réglage de courant faible pour la première charge, puis augmentez-le lorsque vous le chargez à nouveau.

Étape 6: Conclusion

C'est ça! Vous avez fabriqué une batterie lithium-ion fonctionnelle et fiable similaire à un pack LiPo 4S 5000 mAh pour une fraction du coût ! Oui, vous avez besoin d'un chargeur, mais si vous avez une vieille batterie d'ordinateur portable qui traîne, du fil, une prise de charge et des languettes à souder, tout ce dont vous avez besoin est le BMS pour démarrer qui coûte environ 10 USD ou moins si vous l'achetez à partir de Chine. Cela m'a coûté environ 24 $ US. Ce serait encore moins cher si j'achetais tout de Chine, mais je ne voulais pas attendre un mois pour que les pièces arrivent ici ! J'avais déjà le chargeur, le fer à souder, le multimètre, la soudure, les outils et les fils, donc tout ce que j'avais à acheter était:

Batterie d'ordinateur portable

Carte BMS

Bouchons d'équilibrage

Bandes de nickel

C'était moins cher que d'acheter un pack LiPo et c'était plus pratique car j'avais besoin de quelque chose pour s'adapter à mon projet. En plus de ça, c'est amusant et j'ai beaucoup appris en le faisant !

J'espère que ce guide vous plaira et surtout, j'espère que vous en savez plus qu'avant de le lire. C'est ma première tentative, alors s'il vous plaît commentez et dites-moi comment j'ai fait, ou pourrait être mieux pour l'avenir ! Merci d'avoir lu!