Pakiet li-ion 18650

ZAGADNIENIE:

Artykuł opisuje sposób wykonania pakietu akumulatorów do zasilania lampki rowerowej typu Solarstorm X2 lub podobnej, która jest zasilana z zewnętrznego akumulatora o napięciu nominalnym 7,2V - 7,4V.
Lampkę można zasilać uniwersalnym adapterem (box/case) na 4 ogniwa li-ion 18650 z dodatkowym wyjściem na USB, jednak jest on duży, ciężki i nieporęczny a czasami na wybojach ogniwa przestają kontaktować i lampka się wyłącza.

Zdecydowałem się na zbudowanie dedykowane zasilania do lampki - na bazie 4 ogniw litowo-jonowych rozmiaru 18650 pozyskanych z "recyklingu" - z baterii od starego laptopa. Ogniwa połączę w układzie 2S2P, czyli po dwa ogniwa równolegle połączone szeregowo.

BUDOWA PAKIETU:

Do zbudowania pakietu potrzebne będą:

• Wspomniane już wcześniej ogniwa 18650 - 4 szt.
• Układ BMS (zabezpieczający ogniwa przed nadmiarnym ładowaniem, rozładowaniem ogniw) na napięcie 7,4V i wydajności min. 2A
• Wtyczka pasująca do złącza w lampce
• Trochę rożnych przewodów o przekroju żyły ok. 0,5-1,5mm^2
• Kawałki plastiku robiące za górne i dolne dekielki/osłony (w moim przypadku wydruki 3D)
• Koszulki termokurczliwe

Ogniwa z baterii laptopowej były pawami połączone równolegle - nie było potrzeby modyfikacji tego układu, więc pozostawiłem oryginalne blaszki.
Przymierzyłem ogniwa "na sucho":

Aby lepiej rozprowadzić cynę, w jednej z blaszek w miejscu lutowania wykonałem otwór.
Między ogniwa wkleiłem (w tym przypadku użyłem kleju na gorąco) plastikowy dystans (z otworem), który utrzyma ogniwa w odległości ok. 1mm od siebie - taki odstęp zapobiegnie ocieraniu się ogniw o siebie oraz ewentualnemu zwarciu.

Komplet akumulatorów tymczasowo łączę gumką recepturką i przygotowuję akumulatory do lutowania. Uwaga: lutowanie należy przeprowadzić lutownicą o możliwie dużej mocy, w jak najkrótszym czasie, aby nie przegrzać ogniw! Dodatkowo dla bezpieczeństwa zalecam rozładowanie (do bezpiecznego napięcia - np. 3,6V) akumulatorów przed lutowaniem.

Zlutowane ogniwa razem z żółtym przewodem, który będzie doprowadzony do układu BMS:

"Na stole" lutuję przewody do układu BMS. Dwa przewody do złączy B+ (battery+) i B- (battery-) oraz dwa przewody do złączy P+ (power+) i P- (power-). Do złącza BM (balancer) zostanie przylutowany żółty przewód z poprzedniego zdjęcia.

Układ BMS przyklejam taśmą dwustronną do plastikowego dekielka i dopasowuję długości przewodów:

Lutuję układ BMS do ogniw, wyprowadzam przewody zasilające na zewnątrz pakietu i dolutowuję do nich wtyczkę zasilającą.

Teraz przyszedł czas na przetesowanie układu.
Pierwszym rozczarowaniem był brak napięcia na wyjściu z układu BMS... Okazało się, że konieczne było wzbudzenie tego układu poprzez podanie napięcie zasilającego (7,4V) od strony wyjścia (P+/P-). Dopiero po tym zabiegu układ zaczął pracować i mogłem przejść do testu ładowania.
Podczas pierwszego ładowania kontrolowałem napięcia na poszczególnych celach (a w zasadzie parach), aby wykryć ewentualne nieprawidłowości w pracy układu BMS lub w samych ogniwach.
Testy ładowania poszły pomyślnie, więc podłączyłem lampkę, aby upewnić się, że rozładowywanie akumulatora również będzie przebiegać prawidłowo:

Powoli możemy przejść do zamknięcia akumulatora, zaprojektowałem dekielki do akumulatora:

Górny dekielek, który będzie chronić układ BMS przed mechanicznymi uszkodzeniami przyklejam taśmą dwustronną (taśma ma za zadanie utrzymanie dekielka we właściwym miejscu podczas montażu oraz wypełnieniu pustej przestrzni):

Górny dekielek na swoim miejscu:

Dolny dekielek wymagał wykonania nacięcia, abym mógł przeprowadzić przewód zasilający przez otwór.
Na tym etapie zorientowałem się, że za wcześniej przylutowałem wtyczkę do zasilania - wcześniej powinienem nałożyć dekielek dolny (z otworem) i zabezpieczyć przewody kawałkiem koszulki termokurczliwej (a nie taśmą izolacyjną tak jak u mnie).

Po nałożeniu dekielków docinam kawałek koszulki termokurczliwej (o szerokości 70 mm) i nakładam ją na pakiet:

Folię obkurczam na pakiecie przy pomocy opalarki i otrzymuję zwartą konstrukcję:

Finalnie otrzymałem pakiet do zasilania lampki rowerowej, który waży ponad 100 g mniej niż wcześniejsza konstrukcja.
Sprawdzam raz jeszcze czy wszytko działa:

Na koniec możemy do obudowy przykleić rzep, który pomoże nam przymocować akumulator do roweru.
Możemy również uszczelnić obudowę akumulatora, aby zwiększyć jego odporność na warunki atmosferyczne.