Batterie DIY LiFePO4

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Introduction : bloc-batterie DIY LiFePO4

À propos : Je suis bricoleur par passion et ingénieur en énergie de profession. La plupart de mes travaux sont liés à l'énergie solaire et à l'Arduino. En dehors de l'électronique, j'aime l'impression 3D, le travail du bois et faire de l'artisanat à partir d'occasion…

Au cours des dernières années, le coût des panneaux solaires a considérablement diminué mais le coût global du système solaire hors réseau est toujours important. Le coût de la batterie plomb-acide traditionnellement utilisée et leur durée de vie limitée par rapport aux modules solaires 25 ans et plus augmente le coût total de l'ensemble du système. Ainsi, si vous envisagez d'installer de nouveaux panneaux solaires pour votre maison ou votre bureau, il est très important de sélectionner la bonne batterie pour votre système. Vous avez besoin de solutions de batterie qui ont une plus grandecapacité, un potentiel de puissance élevé, une durée de vie plus longue, sont durables, sûrs et adaptés à vos besoins.

Les batteries lithium-ion sont devenues une option incontournable pour le stockage d'énergie dans les systèmes solaires, mais la technologie a progressé, un nouveau vainqueur dans la course aux solutions de stockage d'énergie est apparu : les batteries lithium fer phosphate LiFePO4. Les avantages sont nombreux.de la batterie LiFePo4 par rapport aux batteries plomb-acide traditionnelles qui sont décrites en détail à l'étape suivante.

Dans ce Instructable, je vais vous montrer comment faire un pack de batterie LiFePO4 pour des applications comme le système solaire hors réseau, le générateur solaire, le véhicule électrique, le mur d'alimentation, etc. Le fondamental est très simple : juste pour combiner le nombre deCellules LiFePo4 en série et en parallèle pour faire un plus gros pack et enfin pour assurer la sécurité en y ajoutant un BMS.Les cellules LiFePo4 sont disponibles dans une variété de tailles, mais ici j'ai utilisé le type 32650.

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TUTORIEL VIDÉO :



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Avertissement :
Je ne peux être tenu responsable de toute perte de propriété, dommage ou perte de vie si cela se produit. Ce didacticiel a été écrit pour ceux qui connaissent la technologie des batteries au lithium rechargeables. Veuillez ne pas essayer cela si vous êtes un novice. Être prudent.

Fournitures

Matériaux utilisés :

1. Cellules LiFePo4 Amazon

2. Support de cellule Amazon

3. Bandes de nickel Amazon / Banggood

4. GTB Banggood

5. Câbles Amazon / Banggood

6. Film thermorétractable en PVC Amazon / Banggood

7. Tube thermorétractable Amazon / Banggood

8. Papier d'orge Aliexpress / Banggood

9. Ruban en fibre de verre Amazon

10. Ruban Kapton Amazon / Banggood

11. Ruban adhésif double face Amazon / Banggood

12. Connecteur XT60 Amazon / Banggood

Outils utilisés :

1. Soudeur par points Banggood

2. Stylo de soudage par points Banggood

3. Fer à souder Amazon

4. Coupe-fil Amazon

5. Pince à dénuder Banggood

6. Ventilateur à air chaud Amazon

7. Multimètre Amazon

Étape 1 : batterie au plomb Vs LiFeP04

Délivrance de puissance constante :

Une différence majeure entre les batteries LiFePO4 et les batteries plomb-acide est que la capacité de la batterie Lithium Fer Phosphate est indépendante du taux de décharge. Elle peut fournir constamment la même quantité d'énergie tout au long de son cycle de décharge. Cependant, pour les batteries plomb-acide,la capacité nominale diminue avec une augmentation du taux de décharge.

Cycle de vie :

Les batteries au lithium ont également une durée de vie plus longue que les batteries au plomb. Les batteries LiFePO4 peuvent également durer très longtemps. Les batteries de bonne qualité sont évaluées à environ 3000 cycles, à un cycle de charge/décharge complet de 100 %. Si vous le faisiez tous lesIls durent encore plus longtemps lorsqu'ils sont utilisés en moins de 100 % de cycles, en fait, pour plus de simplicité, vous pouvez utiliser une relation linéaire : 50 % de cycles de décharge signifient deux fois plus de cycles, 33 % de cycles de décharge etvous pouvez raisonnablement vous attendre à trois fois les cycles.

Temps de charge :

Dans le cas des batteries LiFePo4, la charge est quatre fois plus rapide que les batteries au plomb. Par conséquent, moins de temps pour charger et plus de temps pour l'utilisation de la batterie. La batterie est chargée à 100 % en seulement 2 à 4 heures.

Performance à haute/froide température :

Il a également obtenu des performances supérieures à haute température par rapport aux batteries au plomb. Les batteries au lithium fonctionnent particulièrement bien à des températures élevées que les batteries au plomb. Les batteries au lithium ont également une capacité de décharge plus élevée par temps froid.

Installation de la batterie :

LiFePo4 peut être installé dans n'importe quelle position car ils n'ont aucun risque de fuite. Alors que pour la batterie au plomb, les risques de fuite sont élevés.

Poids :

Une batterie LiFePO4 pèse également moins de 1/2 d'une batterie plomb-acide de capacité similaire

Étape 2 : Connexion en série et en parallèle

Les batteries peuvent être utilisées en série et/ou en parallèle pour obtenir des tensions de fonctionnement et/ou des capacités plus élevées afin d'atteindre les exigences souhaitées pour une application spécifique.

Connexion en série :

Les cellules connectées en série ajoutent la tension des deux batteries, mais elles conservent le même ampérage également connu sous le nom d'ampères-heures.

Exemple : La connexion de deux cellules 3.2V / 6000mAh en série produira 6.4V, mais la capacité totale reste la même 6000mAh.

Connexion parallèle :

Les connexions parallèles augmenteront votre courant nominal ampères-heures, mais la tension restera la même. En fin de compte, vous créerez une seule cellule avec une capacité plus élevée.

Exemple :La connexion de deux cellules 3.2V/6000mAh en parallèle produira 3.2V, mais la capacité totale sera augmentée à 12000mAh.

Étape 3 : Estimer le nombre de cellules requis

Pour fabriquer le pack batterie, vous devez d'abord finaliser la tension nominale et la capacité du pack. Soit ce sera en termes de Volt, mAh/Ah, ou Wh. Vous devez connecter les cellules en parallèle pour atteindre lecapacité mAh et connectez ce groupe parallèle en série pour atteindre la tension nominale Volt.

Pour ce projet, la condition requise est : Batterie 12,8 V et 42 Ah

Spécification de 32650 cellules utilisées : 3.2V et 6000 mAh

Capacité mAh :
La capacité souhaitée de la batterie = 42AH ou 42000 mAh.

La capacité de chaque cellule = 6000 mAh

Nombre de cellules requises pour la connexion parallèle = 42000 / 6000 = 7 nos

Les cellules en parallèle sont généralement abrégées en termes de « P », donc ce pack sera connu sous le nom de « pack 7P ». Lorsque 7 cellules sont connectées en parallèle, vous avez finalement créé une seule cellule avec une capacité plus élevée42000 mAh

Tension Volt :
La tension nominale souhaitée de la batterie est de 12,8 V.

La tension nominale de chaque cellule = 3,2 V

Nombre de cellules requises pour la connexion en série = 12,8 /3,2 = 4nos

Les cellules en série sont généralement abrégées en termes de « S », ce pack sera donc connu sous le nom de « pack 4S ».

Nous devons donc connecter les 4 groupes parallèles 7 cellules dans chaque groupe en série pour faire le pack batterie.

La configuration finale du pack est désignée comme un « pack 4S7P » avec une spécification finale de 12,8 V, 42 AH.

Étape 4 : Séparer les cellules

Avant de connecter les cellules en parallèle, vérifiez d'abord les tensions des cellules individuelles. Il est important d'utiliser le même modèle de batterie avec une tension égale et de ne jamais mélanger des batteries d'âges différents. Pour mettre en parallèle les cellules, la tension de chaque cellule doit êtreproches les uns des autres, sinon une grande quantité de courant passera de la cellule avec une tension plus élevée à la cellule avec une tension plus basse. Cela peut endommager les cellules et même provoquer un incendie en de rares occasions.

Si vous utilisez des cellules neuves, la tension des cellules est proche de 3,1 V à 3,2 V, vous pouvez les assembler sans trop vous inquiéter. Mais si les tensions des cellules sont différentes, vous devez alors charger les cellules au même niveau de tensionen utilisant un bon chargeur de batterie.

Si vous avez besoin d'une ségrégation plus précise, vérifiez la résistance interne de chaque cellule. Les cellules avec la même résistance interne peuvent être utilisées pour fabriquer la batterie. Vous avez besoin d'un appareil de test ou d'un chargeur pour vérifier la résistance interne des cellules individuelles.

Remarque : Contrairement au maillon faible d'une analogie de chaîne, une cellule faible provoque un stress sur les autres cellules saines d'une batterie. Les cellules des packs multiples doivent être adaptées, en particulier lorsqu'elles sont exposées à des courants de charge et de décharge élevés.

Une cellule plus faible dans les cellules connectées en série provoquerait un déséquilibre. Ceci est particulièrement critique dans une configuration en série car une batterie n'est aussi forte que la cellule la plus faible analogue au maillon faible de la chaîne. Une cellule faible peut ne paséchouer immédiatement mais peut-être vidé plus rapidement que les plus forts lors de la décharge. En charge, la cellule faible peut se remplir avant les saines et être surchargée.

Étape 5 : Choisir les bonnes bandes de batterie

Pour fabriquer la batterie, vous devez connecter les cellules LiFePo4 entre elles au moyen de bandes de nickel ou de fil épais. Généralement, les bandes de nickel sont largement utilisées pour cela. En général, deux types de nickel, les bandes sont disponibles sur le marché : nickel-des bandes d'acier plaqué et des bandes de nickel pur.Je suggérerai d'acheter un nickel pur.C'est un peu plus cher que l'acier nickelé, mais il a une résistance beaucoup plus faible.Une faible résistance signifie moins de génération de chaleur pendant la charge et la décharge, ce quiconduit à une plus longue durée de vie utile de la batterie.

Les bandes de nickel sont disponibles avec différentes dimensions et longueurs. Choisissez les bandes en fonction de l'intensité nominale.

Étape 6 : Préparer les porte-cellules

Vous pouvez assembler les cellules pour fabriquer le pack en utilisant de la colle chaude ou en utilisant un support de batterie en plastique 32650. J'ai utilisé des supports/entretoises en plastique 32650 pour assembler les 28 cellules. Les principaux avantages de l'utilisation de ces supports de cellules sont

1. Vous pouvez créer un pack personnalisé de n'importe quelle taille en fonction de vos besoins. C'est comme résoudre un puzzle.

2. Il fournit un espace entre les cellules, ce qui permet à l'air frais de passer et la batterie se refroidit facilement.

3. Cela rend votre batterie solide et fiable.

4. Il offre sécurité et anti-vibration à votre batterie.

Tout d'abord, disposez les supports de cellules pour former 4 rangées et 7 colonnes. Nous devons créer 2 supports de forme rectangulaire, l'un sera utilisé en bas et l'autre dans la couche supérieure.

Étape 7 : Assembler les cellules 32650

De l'étape précédente, il est clair que notre batterie est composée de 4 groupes parallèles connectés en série 4 x 3,2V = 12,8V, et chaque groupe parallèle a 7 cellules 6000 mAh x 7 = 42000 mAhMaintenant, nous devons disposer correctement les 28 cellules dans le support de batterie pour effectuer la connexion électrique entre elles.

Placez le premier groupe parallèle de cellules 7 nos dans le support en plastique avec le côté positif vers le haut, puis placez le deuxième groupe parallèle côté négatif vers le haut, puis le troisième groupe parallèle avec le côté positif vers le haut, et enfin le dernier parallèle-groupe côté négatif vers le haut. Pour une meilleure compréhension, vous pouvez voir l'image ci-dessus.

Après avoir disposé toutes les cellules, placez le support de batterie supérieur et alignez légèrement la batterie pour l'adapter parfaitement. Nous pouvons maintenant établir la connexion électrique entre les 28 cellules.

Étape 8 : Soudage par points contre soudage

Vous avez deux options deux pour connecter les cellules 18650 ensemble : 1. Soudage 2. Soudage par points

Le meilleur choix est toujours le soudage par points, mais le soudage par points est beaucoup plus coûteux qu'un fer à souder de bonne qualité.

Soudure :
Vous devez savoir pourquoi le soudage par points est préféré au soudage, le problème avec le soudage est que vous appliquez beaucoup de chaleur à la cellule et qu'elle ne se dissipe pas très rapidement. Cela améliore la réaction chimique dans la cellule qui endommage les performances de la celluleEn fin de compte, vous perdrez de la capacité et de la durée de vie des cellules.

Mais si vous n'êtes pas intéressé par l'achat d'une soudeuse par points coûteuse, vous pouvez souder les languettes en nickel à la cellule en suivant quelques précautions et astuces :

1. Pour minimiser le temps de contact de votre fer à souder sur la cellule, assurez-vous que la surface est suffisamment éraflée et que vous utilisez beaucoup de flux pour permettre un flux de soudure rapide.
2. Il est préférable d'avoir un fer de bonne qualité de haute puissance min 80W avec une bonne capacité thermique afin qu'il puisse fournir la chaleur au joint rapidement afin que vous n'ayez pas à tenir le fer à la batterie pendant des siècles et laissezla chaleur s'y infiltre, causant des dommages à la batterie.

Soudage par points :
La raison pour laquelle nous faisons du soudage par points parce qu'il relie solidement les cellules ensemble sans leur ajouter beaucoup de chaleur. Il existe actuellement deux qualités de soudeuses par points sur le marché : de qualité amateur et de qualité professionnelle. Une soudeuse par points de qualité passe-temps décente coûte environ 200 $à 300 $, alors qu'une bonne note professionnelle peut coûter environ dix fois plus.

Je suggérerai donc d'acheter une soudeuse par points de qualité passe-temps dans n'importe quel magasin en ligne comme Banggood, Aliexpress ou eBay. J'utilise le SUNKKO 709A Soudeuse par points de 1,9 kW de Banggood.

Étape 9 : Soudez par points les bandes de nickel

Maintenant, il est temps de connaître la procédure d'utilisation de la soudeuse par points je parle de la soudeuse par points que j'ai utilisée dans ce projet. La soudeuse par points a trois choix de soudage : tête de soudage fixe, tête de soudage fixe avec interrupteur au pied, stylo de soudage par points mobile avec la pédale. Je préfère utiliser la deuxième option. Avant de souder, vous devez préparer les bandes de nickel et la soudeuse.

Soudage réussi :
Vous pouvez vérifier la qualité de la soudure en tirant sur la bande de nickel. Si elle ne se détache pas avec la pression de la main ou nécessite beaucoup de force, alors c'est une bonne soudure. Si vous pouvez facilement la décoller, alors vous devezaugmenter le courant.

Sécurité :Avant de commencer le soudage par points, portez toujours des lunettes de sécurité.

Etape 10 : Ajout du BMS

Un système de gestion de batterie BMS est un système électronique qui gère une batterie au lithium et dont les principales fonctionnalités sont

1. Surveille tous les groupes parallèles de la batterie et la déconnecte de la source d'alimentation lorsqu'elle est complètement chargée

2. Équilibrer la tension de toutes les cellules de manière égale

3. Ne permet pas au pack de se décharger trop.

BMS se charge de protéger la batterie ; il déconnecte la batterie lorsqu'elle est déchargée, ou menace d'être surchargée. Le BMS s'occupe également de limiter les courants de charge et de décharge, surveille la température de la cellule et écourte la charge/décharge sinécessaire, et la plupart équilibreront les cellules chaque fois qu'une charge complète est effectuée

Les deux paramètres importants requis pour acheter un BMS sont : i Nombre de cellules en série - comme 4S/6S/8S

ii.Courant de décharge maximum - comme 20A/30A/50A

Pour ce projet, j'ai utilisé une carte BMS 4S et 50A

Connectez le BMS selon le schéma de câblage ci-dessus.

Étape 11 : Disposez les câbles

Après avoir soudé les fils d'équilibrage et les câbles de charge-décharge, les câbles sont dispersés tout autour de la batterie. Nous devons donc disposer ces câbles en désordre correctement. J'ai utilisé du ruban Kapton pour disposer les câbles. Vous pouvez voir ce qui précèdephoto.

Étape 12 : Isolez le haut et le bas

Une fois que vous avez installé le BMS, la batterie est techniquement prête pour le service. Mais dans la vraie vie, nous ne pouvons pas l'utiliser à l'état nu pour éviter les courts-circuits accidentels. Tout court-circuit dans la batterie peut conduire à laprise d'incendie et explosion.

Tout d'abord, ajoutez une couche d'isolantPapier d'orgesur les côtés supérieur et inférieur de la batterie. Le papier d'orge est de la cellulose pure avec des propriétés d'isolation électrique élevées qui ont permis de les utiliser pour la fabrication de batteries lithium-ion portables.

Le papier d'orge est disponible dans une variété de tailles, vous devez donc commander la largeur et la longueur appropriées selon la dimension de votre batterie. L'utilisation du papier d'orge est très facile car il est auto-adhésif, vous devez donc l'utiliser justecomme un autocollant. Après avoir monté le papier d'orge, vous devez vous assurer qu'il n'y a pas de partie conductrice nue exposée à l'air.

Pour créer une forme de brique appropriée pour éviter toute surface inégale, j'ai ajouté une couche d'isolation supplémentaire sur le papier d'orge. J'ai utilisé un sac en papier pour envelopper la batterie.

Étape 13 : Envelopper avec un tube thermorétractable

Maintenant, vous pouvez placer la batterie à l'intérieur du manchon thermorétractable en PVC et appliquer de l'air chaud tout autour de la batterie. Après quelques minutes, vous remarquerez que la pellicule en PVC rétrécit pour former un cube solide avec votre batterie à l'intérieur.

Étape 14 : Chargez la batterie

Les batteries au lithium fer phosphate sont chargées en deux étapes : d'abord, le courant est maintenu constant, ou avec l'énergie solaire photovoltaïque, ce qui signifie généralement que nous essayons d'envoyer autant de courant dans les batteries que le soleil en dispose. La tension augmentera lentement pendantcette fois, jusqu'à ce qu'elle atteigne la tension « absorber », 14,6 V dans le graphique ci-dessus. Une fois que l'absorption est atteinte, la batterie est pleine à environ 90 %, et pour la remplir jusqu'au bout, la tension est maintenue constante tandis que le courant diminue lentementUne fois que le courant tombe à environ 5 à 10 % de la valeur Ah de la batterie, il est à 100 % de l'état de charge.

Vous pouvez vous référer à la courbe de charge ci-dessus pour une batterie 12,8 V LiFeP04 typique.

Suivez les points ci-dessous pour configurer votre contrôleur de charge pour charger LiFePO4 :

1. Charge en vrac/absorption :

Vous pouvez régler le paramètre de volume/absorption du contrôleur de charge entre 14,2 et 14,6 volts fonctionnera très bien pour la batterie LiFePO4.

2. Charge flottante :

Pour les batteries plomb-acide, une charge d'entretien est requise en raison de son taux élevé d'autodécharge qu'il est logique de continuer à charger plus longtemps pour les garder toujours chargées. Mais en même temps, LiFePO4 ne nécessite pas de charge d'entretien, donc si votre contrôleur de charge ne peut pas désactiver le flottement, réglez-le simplement sur une tension suffisamment basse pour qu'aucune charge réelle ne se produise. Toute tension de 13,6 volts ou moins fera l'affaire.

3. Charge d'égalisation :

Aucune charge d'égalisation n'est requise pour la batterie LiFePO4. Si l'étape d'égalisation ne peut pas être désactivée à partir de votre contrôleur de charge, réglez-la sur 14,6 V ou moins, afin qu'elle devienne juste un cycle de charge d'absorption régulier.

Compensation de température :

Les batteries LiFePO4 n'ont pas besoin de compensation de température ! Vous devez donc l'éteindre à partir de votre contrôleur de charge.

Remarque : Si vous n'avez pas une expérience adéquate de la charge de la batterie, je vous recommande fortement d'acheter un bon contrôleur de charge Série EPEVER TRIRON qui a des caractéristiques pour charger la batterie LiFePO4.

Si vous fabriquez la batterie pour d'autres applications que l'énergie solaire, achetez un bon chargeur chez Aliexpress ou Amazon. La valeur nominale du chargeur doit correspondre au taux de charge-décharge de la batterie qui se trouve dans la fiche technique. En général,un chargeur de 0,5 C ou la moitié de la capacité Ah est sans danger pour charger la batterie.

Exemple : Pour une batterie 42Ah, le courant de charge est de 21 ampères.

J'espère que vous avez pris autant de plaisir à lire sur mon projet que j'en ai eu à le construire. Si vous envisagez de créer le vôtre, je vous encourage à le faire, vous apprendrez beaucoup. Si vous avez des suggestions d'améliorations, n'hésitez pascommentaires ci-dessous.

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    11 commentaires

    0
    matt_mcleod

    il y a 6 mois

    Super instructable, je ne construirai peut-être jamais un pack comme celui-ci mais la lecture de fond sur les batteries LiPo était super utile, merci d'avoir pris le temps de le préparer !

    0
    Ralphxyz

    il y a 6 mois

    Vous ne mentionnez jamais le risque d'incendie avec les batteries au lithium. Que faites-vous pour vous assurer qu'il n'y a pas d'incendie ?
    Great Instructable, je vais le mettre à profit, merci !

    Ralph

    0
    GoFish

    il y a 6 mois

    Si j'installais une maison hors réseau, je regarderais les batteries Nickle-Fer et économiserais ensuite pour le moment où certaines des nouvelles batteries à métal liquide arriveront sur le marché.
    Bonnes informations utilisables aujourd'hui dans l'article. J'en ai appris un peu plus. Merci.

    0
    cageycruz

    Astuce il y a 6 mois

    Je seconde le commentaire sur les batteries avec des évaluations fausses. Une excellente ressource pour le dépistage des batteries est à https://lygte-info.dk/info/indexBatteriesAndChargers%20UK.htmlCe volontaire a testé et publié de manière indépendante des données de capacité détaillées pour des milliers de batteries. Regardez les cellules que vous envisagez avant d'acheter.

    0
    RigoC

    il y a 6 mois

    32650, je suis jaloux.
    Un mot d'avertissement, PRESQUE partout où j'ai fait des achats, il y a des batteries avec des notes fausses. Amazon ne fait pas exception. Lisez les critiques et j'espère que quelqu'un les a testées.

    0
    coup de foudre

    il y a 6 mois

    Super instructable, bravo :

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    InstructimusPrime

    il y a 6 mois

    Je ne suis pas presque qualifié pour le faire, mais c'était quand même une lecture éducative, bien écrite et claire. Merci.

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    cdfurman

    il y a 6 mois

    Génial ! Vous pouvez l'utiliser sans problème pour un vélo électrique.

    0
    ManfredM5

    il y a 6 mois

    Instructions exceptionnelles. Nous avons 2 anciens scooters à base de batterie plomb-acide qui seront d'excellents candidats pour les nouvelles batteries LiFePO4. Avec des exigences d'espace uniques - ces instructions sont parfaites. Merci, Manny

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    basil3w

    il y a 6 mois

    Merci pour un excellent et vaste tutoriel !

    0
    tercero

    il y a 6 mois

    Quel excellent instructable. C'est un manuel, c'est tellement bien fait.
    Merci de l'avoir présenté.