Como Fazer uma Bateria de Lítio para uma Bicicleta Elétrica

As bicicletas elétricas utilizam baterias feitas de células de iões de lítio. Um dos tipos mais comuns é uma célula cilíndrica conhecida como célula 18650, assim chamada por ter 18 mm de diâmetro e 65 mm de comprimento. Vou lhe mostrar como você pode criar sua própria bateria de bicicleta sozinho com essas células, com um custo bem mais baixo do que uma bateria ebike vendida no retalho.

É muito fácil e, com os preços dessas células, ficam ainda melhores quando você compra mais, muitas vezes compro um monte de células e apenas faço baterias extras para vender localmente. Assim, as baterias que eu faço para mim mesmo acabam saindo grátis!

Para fazer sua própria bateria de lítio para uma bicicleta elétrica, você precisar disso aí em baixo, incluindo também mais detalhes sobre cada um dos elementos:

Células de lítio 18650

Todas as células de iões de lítio têm 3.7V e você terá de ligá-las em série para obter a voltagem total correta para sua bateria na ebike e também aumentar para aumentar a capacidade. Há muitas células diferentes no mercado, cada uma com suas vantagens e desvantagens. Utilizei células Panasonic 18650pf nesta bateria, que são de 2.9AH cada, e podem fornecer um máximo de 10A continuamente. Se quiser um pouco mais de capacidade, existem as células Sanyo 18650GA que são de 3.5AH cada uma e também dão 10A continuamente. Se você não precisa de tanta energia, a célula mais econômica é a Samsung 26F, com 2.6AH e pode dar cerca de 5A contínuos. A célula Samsung é melhor para ebikes que não precisam de tanta bateria de alta potência. A maioria das minhas ebikes usam células Samsung 26F porque gosto de construir conjuntos com maior capacidade e usá-los em ebikes de média potência. Basta lembrar que como eles apenas podem garantir 5A contínuos por célula, você pode acabar precisando de usar mais em paralelo. Por exemplo, em um conjunto contínuo de 30A, você precisaria de pelo menos 6 células em paralelo.

Eu recebo minhas celas vindas do Aliexpress, onde o pagamento ao fornecedor é mantido em caução até receber sua mercadoria e confirmar que ela corresponde à descrição. Gosto mais do que o eBay, porque desta forma eu sei que meu dinheiro está seguro e posso recuperá-lo se tiver um problema com um vendedor. Mas só compro de vendedores de células de bateria com alta reputação, como aqueles que estão referenciados acima. Ainda não tive um problema com as células.

Sistema de Gerenciamento de Bateria (BMS)
Você vai precisar de um BMS para monitorar suas células durante a carga e a descarga. Basicamente isso protege as células de serem drenadas em demasiada ou de serem sobrecarregadas. Ao escolher um BMS, você precisa combinar dois fatores principais: voltagem e taxa de corrente (mais importante para a descarga do que para a corrente de carga). Se você estiver construindo uma bateria de 36V, você precisará de um BMS de 36V (conhecido normalmente como 10s, ou seja, 10 células em série) para encaixar em sua bateria. Uma bateria de 48V usa um BMS de 13s e uma de 52V usa um BMS de 14s. Só precisa escolher um BMS configurado para a mesma quantidade de células que a bateria que você está construindo. Também deve verificar a corrente de descarga. Se você quiser que sua bateria seja capaz de lidar com 20A continuamente, escolha um BMS classificado pelo menos 20A, e mais alta é melhor para ter um buffer de segurança.

Solda Ponto

Você precisa de uma solda ponto para construir uma bateria de lítio a partir de 18650 células. É tecnicamente possível soldar as células em conjunto, mas isso provoca muito calor na extremidade das células, o que que pode danificá-las e impedir que elas transmitam a sua capacidade total. Tenho alguns soldas ponto diferentes e de baixo custo. Mesmo com o preço da solda ponto, é provável que a sua bateria de lítio DIY acabe custando menos do que uma bateria de ebike vendida no varejo. Além disso, você pode fazer mais algumas baterias e vendê-las! Eu recebi todos as minhas soldas ponto do Aliexpress pela mesma razão que minhas células – porque eu sei que tenho um bom produto ou meu dinheiro de volta! Gosto de usar uma solda a ponto bastante simples sem sondas de mão que tenho à venda por cerca de $150, mas também tive boas experiências com soldas da série 709 e outras que têm sondas de mão extras, embora custem um pouco mais.

Um amigo meu queria construir sua própria bateria, mas não queria investir em uma solda ponto. Acabou comprando uma, construindo sua bateria e depois vendendo a solda ponto por mais do que pagou por ela no eBay, já que são bastante raras nos EUA. Você é quem decide!

Tira de níquel

Você vai usar uma tira de níquel para unir suas células. Compre uma tira de níquel 100% e não aço niquelado, que é mais barato, mas tem uma resistência muito maior. Cuidado, pois alguns vendedores tentam vender tiras de aço niquelado como verdadeiras tiras de níquel 100%, pis é quase impossível diferenciar. Para garantir que você recebeu uma tira de níquel 100% genuína, pode usar o teste da faísca ou o teste de água salgada, como descrito aqui.

Tubo de encolhimento por calor

Vai precisar de um tubo de encolhimento térmico de grande diâmetro para selar sua bateria. Peguei alguns rolos de 10 metros com muitos tamanhos diferentes de tubos de encolhimento por calor de 110mm até 300mm. Você pode obtê-lo pelo comprimento de 1 metro, se não construir tantas baterias quanto eu.

O resto das peças e ferramentas que você precisa são menores e falarei delas nos pontos seguintes.

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Passo 1: Determine o Tamanho e a Forma da sua Bateria

Description: etermine the Size and Shape of Your Battery
Description: etermine the Size and Shape of Your Battery
Description: etermine the Size and Shape of Your Battery

Eu queria que minha bateria coubesse dentro dessa bolsa em baixo do assento. Também queria que a bateria tivesse 36V, o que significa que eu precisaria de 10 células em série. Isto me limita a múltiplos de 10 células.

Para ver quantas células eu poderia encaixar na bolsa, coloquei ela em um pedaço de papel e tracei o contorno. Depois comecei a colocar células no papel até ao limite.

Eu conseguia colocar 30 lá dentro, mas 40 era demasiado já. Então optei por uma bateria de 30 células, ou seja, 10 células em série e 3 em paralelo para chegar em um conjunto de 36V 8.7AH (2.9AH por célula x 3 células = 8.7AH). Isso seria um conjunto bem pequeno para uma bicicleta leve e dobrável e deveria ser bom para cerca de 20 mph e um pouco abaixo de 20 milhas de alcance.

Para marcar aproximadamente onde as células encaixariam na bateria, removi cada célula do papel individualmente e desenhei um círculo em seu lugar. Isso me ajudou com o diagrama de fiação no próximo passo.

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Passo 2: Planejar a Ordem e a Fiação das Suas Células

Description: lan Out the Order and Wiring of Your Cells

Depois colori cada grupo de 3 células mais escuro para diferenciar os grupos paralelos. Os círculos escuros representavam as pontas positivas das células e os círculos brancas representavam as pontas negativas das células. Cada grupo tinha 3 células ligadas em paralelo (pontas positivas juntas e pontas negativas juntas).

Para decidir a ordem das células, comecei no limite pequeno da bolsa e batizei o primeiro conjunto de 3 células de “grupo 1”. Depois desenhei uma linha conectando o topo (positivo) dessas células ao lado negativo do grupo de células, que estava do lado delas. É por isso que metade das células estão de cabeça para baixo, para que os positivos e negativos dos grupos adjacentes possam ser conectados em série.

Depois garanti que cada grupo sucessivo de células paralelas estava conectado ao seguinte, do positivo para o negativo e do negativo para o positivo.

É importante controlar as suas conexões enquanto você as desenha. No lado oposto do papel, tracei os círculos e os colori no lado oposto à frente do papel – era que nem um modelo da vida real, com pontas positivas de células em um lado do papel e as pontas negativas no outro. Se o positivo e negativo de dois grupos paralelos estavam conectados de um lado do papel, eu me certificava de não os conectar no outro. Caso contrário, isso provocaria um curto-circuito. Você deve realmente evitar isso. As células de bateria em curto-circuito aquecem rapidamente e podem pegar fogo ou explodir.

A conexão final ficou assim:

1- ligada só a si mesmo

1+ a 2

2+ a 3

3+ a 4-

4+ a 5-

5+ a 6-

6+ a 7-

7+ a 8-

8+ a 9-

9+ a 10-

10+ conectadas apenas a si mesmas

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Passo 3: Verificar se Todas as Células Têm a Mesma Tensão

Description: heck That All Cells Are Equal Voltage

Esse passo é muito importante! Você tem de garantir que todas as células que quer usar possuem a mesma voltagem. Elas podem ter mais ou menos alguns centésimos de volts, mas mais do que isso e acabará com uma corrente considerável fluindo através delas, tentando equalizá-las quando você as conectar em paralelo.

Se você tem células novas acabadinhas de sair da fábrica, todas devem ser idênticas. Todas as minhas células têm 3.63V, exceto uma célula que tem 3.59V. Essa provavelmente ainda é uma célula decente, mas o fato de ela ter descarregado um pouco significa que não cumpre os padrões das outras, então a substituí por outra célula idêntica às demais. Ainda posso usar essa célula em outros projetos no futuro, especialmente naqueles que têm menor potência – só não vou arriscar colocar uma célula que pode ter problemas em um conjunto maior com várias células perfeitas.

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Passo 4: Começar a Colagem a Quente e a Soldagem Ponto das suas Células

Description: tart Hot Gluing and Spot Welding Your Cells
Description: tart Hot Gluing and Spot Welding Your Cells
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Agora você está preparadinho para começar montando seu conjunto. Dependendo do tamanho e formato da suo conjunto, começará soldando ou colando com cola quente. O primeiro grupo paralelo do meu conjunto foi organizado em triângulo, então comecei colando as células juntas, depois as soldei por pontos.

Coloco cerca de 6 ou 8 pontos com a solda ponto em cada célula para cada camada de tira de níquel. A tira de níquel utilizada tem 7mm de largura e 0.15mm de espessura. Eu tinha pelo menos 5 pedaços de tira de níquel conectando cada grupo em série, para que houvesse muito material e fazendo com que a corrente fluísse. Algumas pessoas conectam todas suas células em paralelo e depois usam uma tira de níquel para fazer a conexão em série, mas isso é má ideia. Isso faz com que toda a corrente tenta atravessar um único e fino pedaço de níquel. É melhor colocar muitas tiras de níquel umas em cima das outras nas conexões em série. Pense nisso como uma estrada. Uma única faixa de níquel é como uma rua de um só sentido, e 5 pedaços de níquel sobrepostos são como uma estrada de 5 faixas – a rodovia pode aguentar muito mais trânsito!

Os braços de soldagem na minha solda ponto apenas podem alcançar cerca de 2-3 células de profundidade em um conjunto, então de cada vez apenas colo alguns grupos paralelos no conjunto, faço a soldagem, e depois colo mais. Se você tiver uma solda com sondas manuais, então pode colar todo o conjunto desde o início e depois soldar tudo de uma vez.

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Passo 5: Continuar Soldando Suas Células

Description: ontinue Welding Your Cells
Description: ontinue Welding Your Cells
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Continue colando e soldando suas células até alcançar o grupo final. No meu caso, colocava o conjunto inteiro no meu modelo de papel após adicionar cada grupo paralelo, para confirmar que eu estava mantendo a forma projetada.

Se você usar uma forma quadrada, isso será muito mais fácil, pois as células se alinharão naturalmente e você não precisará verificar para ter certeza de que seu conjunto obedece à forma planejada.

Após terminar a soldagem, descobri que minhas células cabiam na bolsa, mas de forma muito apertada, e ainda tinha de adicionar um pouco de espuma e encolher com calor. Para isso, decidi reorganizar a bolsa. Removi duas das células do grupo 9, que era a parte mais larga da bateria, perto da parte de trás da bateria, e as movi para a parte de trás da bolsa, onde havia mais espaço. De um lado da bateria, eu ainda podia soldar esses elementos diretamente ao último grupo (grupo 10), mas do outro lado não era tão simples, então usei um fio grosso curto, soldando ele ao níquel, que já havia sido soldado às células.

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Passo 6: Preparar Seus Conectores para a Carga e Descarga

Description: repare Your Connectors for Charging and Discharging
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Gosto de preparar meus conectores antes de os juntar à bateria. Assim, tenho menos chances de provocar um curto-circuito no conjunto por acidente. Para o conector de carregamento, escolhi conectores RCA. Eu uso uma fêmea na bateria e um macho no carregador.

Para fazer a ponta fêmea na bateria, crie um truque que permite usar adaptadores mono para RCA porque me dá um conector RCA fêmea com muita superfície de solda e cria um conector rígido e forte.

Usei um fio de silicone de 16 awg para os conectores do carregador e soldei o fio e o conector em um dispositivo manual útil, o que facilita a solda. Comecei soldando o fio positivo até o final do adaptador mono, depois o cobri com o encolhimento do calor. Depois soldei o fio negativo no tambor do adaptador mono e cobri todo o conector com o encolhimento de calor.

Peço desculpa por me ter esquecido de tirar fotos ao momento em que adicionei o conector de descarga, mas simplesmente usei os conectores Anderson PowerPole fixados na ponta de 12 fios awg.

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Passo 7: Conectar os Fios ao BMS

Description: onnect Wires to the BMS
Description: onnect Wires to the BMS
Description: onnect Wires to the BMS
Description: onnect Wires to the BMS

Gosto de adicionar meus fios ao BMS antes de conectar o BMS. Existem 3 fios que precisam ser soldados na placa: o C- (carga negativa), P- (o negativo do conjunto, ou seja, o fio negativo que sairá do conjunto para ser conectado no seu controlador) e B- (o negativo da bateria, ou seja, a ponta negativa do primeiro grupo paralelo de células).

Eu soldei esses três fios na placa após garantir que tinha cortado os fios durante tempo suficiente. Usei 14 fios de silicone awg para as conexões B- e P-.

Por fim, envolvi todo o BMS em fita não condutora de poliamida de alta temperatura e depois colei com cola quente no conjunto com um fino pedaço de espuma colocado por baixo. A espuma garante uma pequena quantidade de proteção contra choques e a fita e a espuma juntas garantem que não haverá um curto-circuito entre o fundo da placa e as células se o calor alguma vez quebrar as células.

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Passo 8: Adicionar Conexões BMS

Description: dd BMS Connections
Description: dd BMS Connections
Description: dd BMS Connections

Depois soldei todos os pequenos fios das células (10 no total) no BMS. Cada um é assinalado com números de 1+ a 10+ para que você saiba onde soldar cada um. Note que os soldei na placa de níquel entre as células e não sobre uma célula. Isto ajudou a manter o máximo de calor possível fora das células – você não vai querer aquecer as próprias células.

Onde quer que eu tivesse fios passando nas células, especialmente nas pontas das células com a tira de níquel exposta, eu usei fita não condutora para criar uma barreira por precaução.

Após as conexões das células estarem completas, acrescentei os fios principais de carga e descarga. O P- do BMS sai para o conector de descarga para o conjunto, enquanto o B- fica ligado até a extremidade negativa do primeiro grupo de células. O fio vermelho grosso é soldado na extremidade positiva do grupo de 10 células e sai do conjunto junto com o fio P- para o conector de descarga.

Mais uma vez, tentei fazer toda a minha soldagem entre as células na faixa de níquel para evitar o aquecimento das próprias células.

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Passo 9: Embrulhar seu Conjunto em Espuma

Description: rap Your Pack in Foam
Description: rap Your Pack in Foam

Alguns fabricantes de baterias não fazem esse passo, mas eu acho que é importante. Uso uma fina camada de espuma para cercar minhas células e lhes dar um pouco mais de acolchoamento e proteção. Normalmente uso uma folha de espuma de 2mm de espessura, mas nesse conjunto decidi usar uma folha de espuma ainda mais fina de 1mm porque já ia ser um ajuste bem apertado. Cortei a espuma para a forma aproximada do conjunto, deixando a espuma um pouco longa em todos os lados, fazendo duas camadas espessas nos cantos – as áreas mais prováveis de sofrerem sacudidelas e impactos.

Usei a mesma fita resistente ao calor para selar a espuma – não precisa ficar bonitinho.

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Passo 10: Adicionar Encolhimento por Calor

Description: dd Heat Shrink
Description: dd Heat Shrink
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Agora é hora de terminar sua bateria com um encolhimento por calor profissional. A maior parte do calor consegue encolher cerca de 50% do seu diâmetro normal e cerca de 10% do seu comprimento, lembre disso quando escolher o calor para sua bateria. O método que uso para calcular o tamanho certo é medir o perímetro do conjunto em qualquer direção que eu planeje circundar, depois uso esse número para calcular o tamanho do tubo de encolhimento de calor que eu preciso, que acabará sendo qualquer coisa entre esse número e o dobro desse número, com o ponto-rebuçado algures no meio.

É algo bastante simples na prática. Por exemplo, meu primeiro pedaço de tubo de encolhimento por calor circundou o conjunto. Eu medi o conjunto e encontrei o perímetro de 42cm. Os tubos de encolhimento por calor normalmente são medidos pelo diâmetro, mas os tubos de encolhimento por calor realmente grandes como este são frequentemente medidos pela meia circunferência, porque chegam planos e não redondos, como os pequenos tubos de encolhimento por calor para fios. Então, se o perímetro do meu conjunto é de 42 cm, e o calor encolhe até a metade do seu tamanho, isso significa que eu preciso de uma seção de encolhimento térmico com meio perímetro entre 21 e 42 cm (embora seja melhor ficar longe dos limites dessa amplitude para que o encolhimento térmico não acabe sendo muito apertado ou muito frouxo. Acabei usando 26 cm de encolhimento por calor para esta peça.

Para qualquer pedaço de encolhimento por calor que é colocado nas laterais do conjunto, ou seja, 90 graus na direção das células, corto com 11 cm de largura. Esses 11 cm provaram ser o número mágico, que tem saliência suficiente na parte superior e o suficiente na parte inferior das células para as envolver, mas não em demasia, para não que obtenha material extra que precise de ser cortado.

Você deve usar uma pistola de calor no tubo de encolhimento por calor, mas não aumente muito ou pode queimar ou derreter o encolhimento por calor. Minha pistola de calor é muito forte e por isso uso frequentemente o secador de cabelo da minha esposa no máximo, que funciona muito bem para o tubo de encolhimento por calor!

Depois do primeiro pedaço criado pelo tubo de encolhimento por calor, você provavelmente vai querer adicionar um segundo, na outra direção, para cobrir as extremidades do conjunto. Para o meu conjunto, a circunferência na parte mais larga tinha cerca de 35 cm, por isso usei o encolhimento por calor de 190 mm para essa parte.

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Passo 11: Opcional — Adicionar uma Alça

Description: ptional -- Add a Handle
Description: ptional -- Add a Handle
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Queria garantir que ficava simples remover a bateria da bolsa mesmo com um ajuste apertado, então adicionei essa alça ao conjunto. Coloquei algumas teias de nylon de 1’’ em volta do conjunto para formar um círculo e adicionei um pouco mais para encaixar alguns dedos na alça.

Eu assinalei a sobreposição e fui até à minha máquina de costura. Eu peguei essa máquina de costura para iniciantes bacana que mostrou ser bem útil – estou usando ela para todos os tipos de projetos – na construção de baterias! Ainda sou um novo na minha máquina de costura, mas acho que a costura saiu muito bem.

Coloquei o laço em volta da bateria e colei a quente em três lados, criando uma alça na parte de trás da bateria.

Deveria ter acrescentado um pedaço de tubo de encolhimento por calor no laço antes de o coser, mas esqueci, então tive de pensar em uma maneira de cobrir a pequena ponta do conjunto. Primeiro tentei usar um pequeno pedaço de tubo de encolhimento por calor, mas ele não ficava no lugar, pois estava em forma de cunha e simplesmente deslizava enquanto encolhia, acabando por cair.

Então inventei um pouco. Desenvolvi esse método para quando quero usar o calor por encolhimento em uma forma de cunha, mas não consigo fazer com que isso permaneça imóvel. Primeiro, cortei um pedaço de tubo de encolhimento por calor com um tamanho que cobria a parte pequena do conjunto, indo quase até à parte grande do conjunto. Depois colei no lugar nas extremidades mais distantes para que não escorregasse para baixo. Depois passei um pedaço de tubo de encolhimento por encolhido sobre ele e aqueci nesse lugar. Quando esse pedaço encolheu, trancou o pedaço de calor encolhido debaixo dele, mantendo ele no lugar. Finalmente, apliquei calor na ponta da bateria e esse pedaço de calor encolhido que originalmente tinha cortado para colocar ali selou a ponta da bateria, cobrindo a alça de nylon na ponta e permanecendo no lugar devido ao calor encolhido acima dele, que o segurou com firmeza.

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Passo 12: …E Pronto!

Description: ..And That's It!
Description: ..And That's It!
Description: ..And That's It!

É isso! Testei o encaixe da bateria e ela entrou na bolsa de forma bem confortável. A pequena porta na parte de trás cobre os conectores e permite que eu aceda a eles sem retirar a bateria.

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