KITS de construcción de paquetes de baterías de 18650 celdas, cinco opciones para 2018

Recientemente, hemos visto varios kits para ensamblar un paquete de baterías de 18650 celdas. Aquí tienes algunos ejemplos, para que veas si es algo que te puede interesar. Y recuerde, estos no son solo para bicicletas eléctricas, puede ensamblar cualquier voltaje o tamaño que desee, para cualquier trabajo que necesite una batería para alimentar.


El gángster original, Headway

La empresa Headway fabrica celdas cilíndricas que utilizan la química de litio-hierro-fosfato (LiFePO4), que proporciona 3,2 V nominales por celda. La otra cosa por la que son famosos es que sus celdas vienen de fábrica con pernos roscados en ambos extremos de la celda. Además, su sitio web proporciona todas las piezas para ensamblar un paquete… incluidas las placas colectoras de metal precortadas y las tapas de plástico cuadradas. No sé cuándo comenzaron esto, pero escribí un artículo sobre una compilación que usó estos en 2013, por lo que este ejemplo de ensamblar un paquete ha existido desde entonces, como mínimo.

Kit de construcción del paquete Headway

Kit de construcción de paquetes Headway. El módulo que se muestra es 8S / 2P

Dado que esto es claramente increíble (porque no es necesario soldar ni comprar un soldador por puntos), entonces… ¿por qué no son más comunes?

Las celdas Headway no vienen en una variedad de tamaños (solo hay dos), y la más pequeña es la 38140. Esto significa que tienen 38 mm de diámetro y 120 mm de largo… ¿y eso, amigo?… eso es GRANDE. La celda 38120 es de 10 Ah para una celda, por lo que un paquete 2P sería de 20 Ah. Aunque 20-Ah es un buen tamaño de paquete (que apruebo mucho), las únicas formas en las que puede configurarlos suelen ser un rectángulo grande y gordo.

Para darle una idea del tamaño de las celdas Headway «pequeñas», aquí hay una reproducción de un rastreador de tabla antiguo de Juicer ebikes. Las celdas Headway son los cilindros azules que forman los cilindros V-twin.

Nuestro amigo teklektik construyó una bicicleta de carga de cola larga Yuba Mundo en 2012 con estas celdas, además de las bicicletas eléctricas de seguimiento de tablero «Juicer» han usado el 38120, y también, aquí está una foto de un paquete que se ensambló para reemplazar un paquete de plomo-ácido de 24 V en una silla de ruedas eléctrica.


Kickstarter de creación de paquetes de Micah Toll

Estábamos emocionados de escribir sobre la campaña de kickstarter de Micah. Se dio cuenta de que había muchos constructores de paquetes de baterías que no querían comprar un soldador por puntos (comúnmente $300 o más por una unidad muy básica), pero muchos de los constructores domésticos se sentían cómodos haciendo las conexiones en serie con un cable grueso. y un soldador.

Kit de construcción de batería DIY de Micah Toll

Su idea era proporcionar módulos en paralelo de 18650 celdas que se habían soldado por puntos. De esa manera, no había peligro de que el constructor de viviendas dañara las celdas por el calor de un soldador grande. Escribimos un artículo sobre la construcción interna de una celda 18650 y descubrimos que el cátodo positivo puede soportar mucho calor, pero el ánodo negativo de una celda 18650 es muy sensible al daño por calor. El método de Micah significaba que el constructor de la casa soldaba alambre en la placa colectora de níquel, en lugar de hacerlo directamente en las puntas de las celdas.

A pesar de que el sistema de Micahs era increíble, algunos clientes pueden querer usar una celda diferente, o… tal vez querían una configuración personalizada diferente del módulo en paralelo…


Artículo de soldadura por puntos de construcción de paquetes de Damien Rene

Damien Rene es un entusiasta de las bicicletas eléctricas en España. Uno de nuestros artículos más populares es el que trata sobre cómo construye paquetes de baterías soldados por puntos para bicicletas eléctricas, que se encuentra aquí. Dicho esto, la unidad de soldadura por puntos más básica que puede comprar directamente de China es la Sunkko 709A, y se puede encontrar por aproximadamente $ 300 en 2017. Incluso tan «aceptable» como es ese modelo, puede buscar en Google «Sunkko fail». ”, y encuentre hilos de discusión sobre cómo reparar y actualizar las entrañas de esa unidad.

Un paquete de baterías para bicicletas eléctricas hecho en casa de 18650 celdas

Hay modelos de soldadura por puntos de 18650 celdas que son mucho más robustos y confiables que el Sunkko 709A, pero… también cuestan más de $300.


Separadores/espaciadores de celdas de plástico genéricos 18650

Durante mucho tiempo ha existido un diseño de tapa de plástico que ayuda al ensamblador de paquetes a armar un paquete. La «ranura» en la parte superior de las celdas es un callejón de 8 mm de ancho, que a menudo se llena con una cinta de níquel puro de 7 mm de ancho (las más comunes son cintas de níquel de 0,15 mm o 0,20 mm de espesor).

Como descubrí cuando estaba investigando el artículo de construcción de celdas de formato 18650, que los lados y la parte inferior de cada celda 18650 es un conductor continuo (es decir, los lados y la parte inferior de la celda tienen carga negativa). Esto significa que…estas tapas de plástico son muy importantes. La vibración a lo largo de los años puede romper el manguito de aislamiento de PVC que cubre los lados de las celdas, y una ruptura justo allí permitirá un cortocircuito cerca del extremo positivo.

El área cerca del hombro del cátodo positivo de la celda es la «zona de peligro», y un compromiso allí es algo que yo llamo un «hombro corto» (el final con el anillo blanco, en la foto de abajo). Es MUY beneficioso agregar una arandela aislante de fibra autoadhesiva al extremo positivo y usar algún tipo de tapa de plástico.

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El estilo común de tapa de plástico

Una vez que se decide por un modelo disponible de tapa de plástico, ¿cómo conecta cada celda en serie y en paralelo? La imagen a continuación es una placa de bus 2S / 4P común. En esa imagen, las cuatro vías verticales en la placa colectora de níquel transportan la corriente en serie alta. Si se trata de celdas de 10A, entonces cada uno de los cuatro tramos verticales lleva 10A cada uno, para un total de 40A para todo el paquete.

Las dos vías horizontales transportan la corriente en paralelo, que solo mantiene las celdas a un voltaje igual mientras se cargan y descargan. Por lo general, será inferior a 1 A, incluso para paquetes de baterías de muy alta potencia. La única razón por la que las vías en serie y en paralelo tienen el mismo ancho y grosor en este estilo común de placa colectora es que… al hacer esto, es rápido y fácil cortar la forma con láser, y el níquel es lo suficientemente rígido como para agregar algo estructural. rigidez al paquete resultante.

Para ser claros, si está cargando su paquete con un cargador de 5 A, esos 5 amperios también se están cargando «en serie», por lo que… las conexiones paralelas solo llevarán una pequeña cantidad de corriente de equilibrio, en todas las condiciones de carga y descarga.

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Un paquete de baterías 2S /4P serie / bus-placa paralela. La fila superior de celdas tiene los extremos positivos hacia arriba, y la fila inferior de cuatro tiene los extremos negativos hacia arriba… ¡Recuerda! los lados completos de todas las 18650 celdas están cargados con el extremo negativo. ¡Es por eso que los constructores de paquetes de baterías agregan arandelas de fieltro gris oscuro a los extremos positivos! (visto en la fila superior). La ranura sobre cada celda ayuda a que la soldadura por puntos sea más consistente a un nivel de energía más bajo. Si la corriente puede simplemente pasar a través de la tira de níquel, pasa muy poca energía a través del extremo de la celda para soldarlos al bus de níquel, por lo que se requieren niveles de energía mucho más altos y genera mucho más calor del necesario.

De hecho, el níquel no es un gran conductor. Sólo se utiliza por dos razones principales. ‘Diría’ que tiene características anticorrosivas muy fuertes, pero… niquelado sobre placas colectoras de cobre [or aluminum] tiene la misma protección contra la corrosión, y esa composición conduciría mejor y costaría menos (el níquel es caro y se vuelve más caro cada año). La primera razón es que… el níquel puro es rígido y proporciona cierta resistencia estructural, mientras que el cobre o el aluminio son maleables (suaves y fáciles de doblar).

La segunda razón es que el níquel puro [as a bus material] se soldará por puntos con bastante facilidad y rapidez, lo que ayuda a que la línea de montaje avance rápidamente. Aunque muchos paquetes todavía se sueldan por puntos en China, una celda a la vez por una persona, la tendencia es que los robots suelden por puntos un paquete muy rápidamente.

Observe la ranura que se encuentra sobre cada celda en la imagen de arriba. El flujo de corriente eléctrica tomará el «camino de menor resistencia», y eso significa que… si incluye una ranura sobre la celda, entonces la mayoría del pulso eléctrico de soldadura por puntos se ve obligado a pasar por el extremo de la celda, en lugar de eso. de solo pasar por el bus-plate (de una sonda de soldadura a la otra), que es lo que pasaría si la cinta de níquel no tuviera esa ranura. Esto proporciona un resultado más consistente cuando se sueldan por puntos las celdas a las placas colectoras.

Personalmente, soy un fanático de la configuración de «panal de abeja», en lugar de la forma rectangular ahora común de «comandante común» (que se muestra arriba). Para aproximadamente el mismo volumen de paquete de baterías, el diseño de panal proporciona más flujo de aire entre cada celda. Ya sea que confíe en el desprendimiento de calor pasivo o en un sistema proactivo de enfriamiento por ventilador… ¿si tiene un envolvente de flujo de aire más consistente alrededor de cada celda? Ayudará a cada célula a deshacerse del calor que se desarrolla.


Módulos NESE, de Agniusm

El miembro del foro de esfera infinita «Agniusm» es un entusiasta muy inteligente de Lituania. Estoy publicando sus módulos «NESE» primero porque… los módulos 6P han sido probados a 80A (13A por celda), y las barras colectoras solo se calentaron a 30C / 86F.

Aquí hay un módulo 4P (cuatro celdas en paralelo). Puede especificar un recipiente cerrado para enfatizar la resistencia al agua o un recipiente esqueletizado para ayudar a disipar el calor.

Este modelo de negocio reconoce que cualquier nuevo diseño inteligente se puede copiar y producir a un precio muy bajo en China, por lo que… en lugar de crear los módulos él mismo y enviarlos a todo el mundo… proporciona el código de diseño de forma gratuita, para que cada constructor pueda producirlos localmente. de un servicio de impresora 3D. La parte difícil que proporciona a los clientes es… las placas colectoras de metal 6P, que se pueden recortar para encajar en cualquiera de los otros tamaños de caja, junto con el respaldo de espuma Poron (6P, 5P, 4P, 3P , 2P, etc.).

El tamaño del módulo está determinado por el archivo de diseño utilizado para imprimirlo en 3D, y el color está determinado por el filamento de plástico utilizado en la impresora 3D.

Las lengüetas de bus de metal tienen un grosor de 0,60 mm (0,023 pulgadas) y están hechas de cobre y luego galvanizadas para protección contra la corrosión (la primera versión que se muestra a continuación es una placa de níquel brillante, pero el níquel se agrietó cuando la lengüeta del extremo de la lengüeta del bus está doblada para acoplarse con el tornillo del conector, así que ahora… el revestimiento es de zinc). La cinta de níquel más común que se suelda por puntos a los paquetes comerciales tiene un grosor de 0,20 mm, por lo que… estos son tres veces más gruesos y también están hechos de cobre.

Esta imagen muestra la tira colectora de metal que actúa como conductor para conectar los extremos de la celda. El respaldo negro delgado es la espuma Poron, que ayuda a mantener la presión detrás del autobús. Observe también la tuerca cuadrada de metal que se inserta en las ranuras de plástico, de modo que los tornillos de conexión tengan algo sólido a lo que sujetarse. Esa disposición de diseño se denomina «tuerca cautiva». Apruebo totalmente las tuercas metálicas cuadradas cautivas que se insertan en recintos de plástico impresos en 3D.

Debido a que habrá una pequeña cantidad de expansión por calor/contracción por frío… es necesario usar algún tipo de «resorte» para eliminar cualquier holgura, de modo que la conexión eléctrica se mantenga con una presión de compresión constante. Estos módulos utilizan un respaldo de elastómero «Poron» negro delgado para mantener la presión contra la tira de bus. Al principio era escéptico, pero mi investigación verifica que Poron es un excelente material a largo plazo para usar en esta aplicación.

La siguiente imagen muestra dos módulos conectados en paralelo para aumentar los amperios-hora, mientras permanecen en 4,1 V cuando están completamente cargados (4,1 V por celda es MUCHO mejor para una vida útil prolongada, en comparación con los 4,2 V comunes). La versión 4P que se muestra a continuación tiene tres ranuras radiales que son un lugar conveniente para unir un par de módulos con bridas.

Aquí hay dos módulos 4P configurados como un grupo 8P. La “corbata” negra que se muestra es una forma fácil y asequible de unir varios módulos.

Aquí hay una foto (abajo), que muestra un ensamblaje «transversal», esta foto muestra un paquete de «10 módulos en serie» (10S), que generalmente se considera de 36 V. Si estuviera usando estos módulos 6P con celdas de 3500 mAh, el paquete que se muestra sería (6 X 3.5 =) 21 Ah.

Debajo de las tapas aislantes protectoras impresas en 3D de color naranja, estos módulos que se muestran a continuación están conectados de positivo a negativo para «serie» en el voltaje deseado. ¡Haga su tarea y tenga cuidado!

Un ejemplo de un paquete 10S / 6P cuando se utilizan estos módulos de plástico impresos en 3D.

Hay muchas opciones de bricolaje, y el ejemplo del paquete que se muestra en la imagen a continuación es un ensamblaje «longitudinal».

Aquí hay un ejemplo de una orientación longitudinal de estos módulos. El pack mostrado es 16S/6P

Puede encontrar su sitio web para estos módulos impresos en 3D, aquí.


Kit Vruzend

El kit Vruzend agrega tapas de plástico para los extremos de las celdas en cada extremo de una celda, y cada tapa tiene un contacto de metal en el interior, junto con un pequeño perno que se extiende para crear un espárrago roscado para unir las tiras colectoras.

El juego estándar de tapas de plástico Vruzend de la India.

Al igual que los estilos anteriores que pueden haberlo inspirado, cada tapa tiene ranuras y protuberancias en los lados que se pueden conectar entre sí.

Aquí hay un ejemplo de la «configurabilidad» de este estilo.

La siguiente imagen muestra una tapa Vruzend abierta y el contacto de metal se ha quitado para mostrar su forma exacta. Es un acero inoxidable «resistente a la corrosión» y actúa como un «muelle de hoja» que tiene forma de «C». También cumple la función de ser el conductor, por lo que estos están limitados a 3.5A cada uno. Una versión futura puede tener una capa de lámina de cobre para proporcionar una versión de mayor amperaje, pero aún no están disponibles.

El modelo básico de la tapa final de la celda Vruzend.

Como puede ver, esto hace que ensamblar un paquete de celdas de formato 18650 sea mucho más fácil, en comparación con la soldadura (que puede dañar el interior de la celda por demasiado calor), o… usar un soldador por puntos costoso y poco confiable. Existen soldadores por puntos fiables, pero los que utilizan las fábricas de baterías de bicicletas eléctricas son muy caros…

Un paquete simple de 7S / 3P, fabricado con el sistema de tapa final Vruzend.

El kit original estaba ubicado en la India, y ahora… ahora hay un distribuidor con sede en EE. UU. en Florida… que es administrado por Micah Toll.

Apruebo totalmente que se utilicen dos colores para las tapas de los extremos. Hubiera preferido usar negro para los extremos negativos (en lugar de azul), pero… ROJO SIEMPRE es el positivo. Si no usa rojo para el positivo, debe ser arrastrado afuera y azotado con un puñado de fideos húmedos.

Si decide que este kit es el adecuado para usted, le recomiendo que se asegure de pedir también la llave de tuercas de 5,5 mm que pueden proporcionarle. Es un tamaño extraño. Si me hubieran pedido consejo, habría especificado un perno que usa una llave de 6 mm en la tuerca (que es mucho más común), y el perno debería haber sido de latón. Entiendo que muchos clientes globales son sensibles al precio, y cada centavo cuenta, pero… pueden producir dos versiones, una versión económica de «bajo amperaje» y una versión más costosa de «amperaje más alto».

Si desea experimentar con una lámina de cobre superpuesta para aumentar las capacidades seguras de transporte de amperios de estos contactores, le recomiendo que sus experimentos iniciales utilicen una lámina de cobre de 0,25 mm de espesor (también llamada 10 mil o 30 ga)

Si este kit te atrae, puede ver su sitio web haciendo clic en el enlace, aquí.


Nishi

Compré una caja de estos para probar, y estoy impresionado. Son similares a otros kits, pero hay dos diferencias que me interesaron. Primero, el contacto eléctrico y el resorte que sostiene el contacto contra el extremo de la celda son dos elementos separados. Esto significa que el resorte se puede fabricar con un material que sea perfecto para una aplicación de tensión a largo plazo.

El sistema de construcción de baterías Nishi

En segundo lugar, dado que el resorte y el contacto son dos materiales diferentes, el contacto puede estar hecho de cobre (y el cobre puro es un gran conductor, pero un material horrible para un resorte). Los contactos de Nishi están enchapados en zinc para protección contra la corrosión, y he lijado el enchapado de varias muestras para verificar que los contactos sean de cobre. El ancho y el grosor de la tira tienen la misma sección transversal que el cable de cobre de calibre 13, por lo que puede manejar picos de corriente ocasionales temporales de 15A, lo que significa que funcionará para mi celda de bicicleta eléctrica favorita, la Samsung 30Q.

La celda 18650 completamente ensamblada y las tapas Nishi tienen una altura de 75,5 mm / 3 pulgadas.

Los materiales que se muestran a la izquierda en la imagen de arriba son madera contrachapada de 1/4 de pulgada y una tabla de cortar de cocina de HDPE de 1/4 de pulgada. Cualquiera de los dos sería un buen panel lateral para sostener y proteger un paquete hecho con el sistema de construcción de paquetes Nishi. Estas tapas también se conectan una al lado de la otra usando estrías en sus lados que se entrelazan.


Bloques de batería

La publicidad de «Battery Blocs» parece indicar que sienten que su mejor base de clientes es el campo en expansión de «Tesla Walls» de bricolaje. Con eso quiero decir… si tiene una fuente de celdas 18650 asequibles, puede ensamblar un paquete de baterías enorme para montarlo en la pared de su garaje, y puede cargarse desde A) paneles solares mientras está en el trabajo, o… B) Utiliza el «Power Wall» como respaldo porque vive donde la red no es confiable y… lo mantiene cargado desde la red… mientras lo carga en medio de la noche, cuando el costo es más bajo.

Cuatro subpaquetes 12P configurados como un paquete de baterías 4S/12P.

Estos son los componentes de un módulo del kit Battery Bloc 10P.

El sistema “Battery Bloc” tiene una amplia variedad de tamaños para cada módulo en paralelo de 18650 celdas. Una característica interesante es que utilizan un largo el plastico Perno para conectar ambos extremos. Es interesante porque todos los lados de una celda 18650 están cargados negativamente. Aunque el intercambio en un acero común el perno no tocaría los lados de la lata, la cantidad de compresión necesaria es lo suficientemente baja como para que un perno de plástico sea aceptable, y la seguridad adicional siempre es un buen objetivo de diseño (si su batería sufre un choque).

La característica más notable de este kit es que… utilizan un pequeño pero fuerte imán de «botón» de neodimio como conector para cada extremo de la celda. Estos imanes están compuestos en su mayoría de acero, así que… no son buenos para amperios altos. Esto no es un problema para un Power Wall muy grande de «bajo amperaje por celda». Sin embargo, si desea usarlos para la batería de una bicicleta de carga de cola larga, actualizar la capacidad de amperaje de las conexiones puede implicar agregar una cinta de lámina de cobre entre el imán y las puntas de las celdas (para experimentos iniciales, podría considerar usar 0.25 mm de espesor, lámina de cobre de 10 mil/30 ga).

Los kits de bloque de batería están disponibles en una variedad de configuraciones (4P, 6P, 8P, etc.), así que tómese su tiempo para comprar para ver si funcionan para usted. Puede encontrar su sitio web haciendo clic en el enlace, aquí.


Energus

La empresa Energus fabrica módulos muy similares a los módulos NESE que aparecen al principio de este artículo. Sin embargo, prefieren producir módulos completos, que ya tienen las celdas insertadas. Como tal, debe especificar qué celda desea dentro del módulo (amperios máximos, rango máximo… o algo intermedio). y también tienen un arnés de cableado «plug and play» disponible para el BMS, si lo desea.

Un gráfico de un módulo 8P y también un módulo 5P, como ejemplo.

Energus también parece estar publicitando sus kits para grandes aplicaciones estacionarias, como un almacenamiento de energía solar.

Si te gustan estos, su sitio web se puede encontrar, aquí.


poder ann

Un lector me envió este enlace a “Ann Power” en China. El “ebay” chino se llama Aliexpress. A veces puedes conseguir una buena oferta allí, ya veces te estafan, pero… existe.

El inserto roscado de latón que se ve a continuación solo sujeta la placa colectora de níquel en todas las celdas de ese grupo mientras las suelda por puntos, y luego los pernos sujetan una lámina de cobre sobre el níquel para ayudar a aumentar la conductividad y reducir la resistencia a la corriente.

Las barras de plástico negro se deslizan en las ranuras de los lados para mantener todo alineado.

El sistema de construcción de paquetes de baterías Ann Power


¿Más?

Si conoce otro kit de construcción de paquete de baterías, comuníquese conmigo y lo revisaré. Si parece algo que un ebiker podría usar, lo agregaré a esta lista.


escrito por Ron/spinningmagnets, junio de 2017

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