Как рассоединить спаренные батарейки 18650

Параллельное соединение литий ионных аккумуляторов

Изначально литий ионные батарейки предназначались для мобильных устройств будь-то телефоны, фотоаппараты, видеокамеры, ноутбуки, но в последнее десятилетие выпуск литиевых аккумуляторов налажен и большинством автопроизводителей.

Тогда зачем собирать самому, если можно купить готовый аккумулятор? Есть достаточно причин:

• собранные на заводе литиевые аккумуляторные батареи — неоправданно дорогие;
• очень трудно найти подходящий по габаритам аккумулятор для мотоцикла, автомобиля;
• если собранная батарея влезет с запасом в установочное место, то у неё будет ниже емкость.

Своими руками можно собрать батарею из отдельных элементов, которая будет ограничена лишь энергоплотностью и ценой за ватт-час, в зависимости от типа выбранных элементов:

1. NiMH — никель металогидридные;
2. Li-ion — литий ионные;
3. Li-pol — литий полимерные;
4. LiFePO4 — литий железо-фосфатные;
5. Lead-Acid — свинцово-кислотные.

Опасность перезаряда литиевых элементов

С литиевыми элементами нужно обращаться осторожно, поскольку в них сосредоточена большая энергия на малую площадь при полном заряде. Поэтому уже давно в продаже имеются защищенные Li-ion и Li-pol батарейки.

Ещё в 1991 году компания Sony обратила внимание на взрывоопасность Li-ion элементов. В настоящее время все без исключения аккумуляторы наматываются с двухслойным сепаратором между пластинами, чтобы исключить риск внутреннего короткого замыкания. Все фирменные батарейки снабжены платой защиты на полевом транзисторе, которая отключает их в следующих случаях:

1. Аккумулятор чрезмерно разряжен — ниже 2,5 В.
2. Перезаряжен — свыше 4,2 В.
3. Подан слишком большой ток заряда — более 1С (С является ёмкостью аккумулятора в Ач).
4. Короткое замыкание.
5. Превышен ток нагрузки — более 5С.
6. Неправильная полярность при заряде.

Для дополнительной подстраховки служит термопредохранитель, размыкающий цепь при перегреве литиевого элемента свыше 90 °C.

Как найти батарею с защитой?

Литиевые аккумуляторы выпускаются в бытовом и технологическом исполнении. Батарейки для бытового использования имеют прочный пластмассовый корпус и встроенную электронную защиту. Технологические элементы, предназначенные для промышленного использования, чаще всего выпускаются в бескорпусном виде и не имеют встроенной защиты.

1. Защищенные аккумуляторы имеют слово «protected» в названии, незащищенные — «unprotected».
2. Батарейки с защитой длиннее обычных на 2–3 мм из-за платы, которая устанавливается на торце возле минусового полюса.
3. Цена на батарейки с защитой при одинаковой ёмкости всегда выше, ведь плата с электронными компонентами тоже стоит денег.

Плюсовой полюс батарейки обязательно соединяется с защитной платой тонкой пластинкой, иначе защита работать не будет.

Об аккумуляторах и емкости

Давайте ещё углубимся в параллельное соединение разных аккумуляторов (а также одинаковых). Необходимо понимать, что если суммарный ток не будет превышать установленные ограничения, то проблем и опасностей не появится.
Давайте рассмотрим соединение двух аккумуляторов параллельно на 2 А, когда они из одной партии и заряжаются током 2*2= 4 А. Здесь нет опасностей, поскольку благодаря одинаковой конструкции токи будут разделяться пропорционально. И никакие рубежи не пересекутся.

А вот теперь давайте возьмем источники питания, где существует значительная разница. Когда ток превысит установленные производителем ограничения, то потечёт через аккумулятор, при том, что он не рассчитан на это. Думаем, говорить о результате не нужно. Это относится ко всем, а не только к свинцово-кислотным батареям. Даже если вы хотите сделать параллельное соединение аккумуляторов Li-Ion, которые считаются имеющими повышенную надежность, не пренебрегайте техникой безопасности.

О балансировке элементов литиевого аккумулятора

При последовательном соединении отдельных элементов их напряжения суммируются, а ёмкость остаётся той же. Даже из одной серии батарейки имеют различные характеристики, поэтому заряжаются они с разной скоростью. Например, при заряжании до суммарного напряжения 12,6 В элемент посередине может перезарядиться до 4,4 В, что опасно его перегревом.

Дабы не происходило чрезмерного перезаряда незащищенных элементов, применяются балансировочные шлейфы, подключаемые к специальным зарядным устройствам, например: iMAX B6 и Turnigy Accucel-6.

Каждая Li-ion и Li-pol аккумуляторная батарейка бытового назначения имеет самую совершенную защиту от перенапряжений, в виде схемы контроля напряжения, ключа на полевом транзисторе и термопредохранителя.

Балансировка защищённых элементов не требуется, поскольку при возрастании напряжения на каком-то из них до 4,2 В, зарядка гарантированно прервётся.

При сборке батареи из элементов без защиты есть выход из положения — поставить одну плату контроля напряжения на все батарейки, к примеру, соединив их по схеме 4S2P — 4 последовательно, 2 параллельно.

Также не нужна балансировка параллельно соединённых элементов.

При параллельном соединении батареек их напряжение остаётся прежним, а ёмкости суммируются.

Зачем аккумуляторы соединять в батарею?

Результат таких действий мы рассмотрели. А почему нам может понадобиться соединение аккумуляторов параллельно? Любые электрические системы или устройства несут омические потери, когда часть энергии превращается в тепло и при этом не происходит полезная работа. Это из-за невозможности получения коэффициента полезного действия 100%. При этом из курса школьной физики можно вспомнить, что чем больше напряжение, тем меньше ток при той же мощности и менее значительные омические потери. Таким образом, чем более высоковольтные аккумуляторы мы используем, тем лучший результат получим. Но даже с таким подходом не всегда может хватать емкости одной батареи. В таком случае можно заменить её на аккумулятор повышенной емкости. Но это не всегда удобно, и иногда проще просто поставить ещё один источник питания и использовать параллельное соединение аккумуляторов, чтобы они дольше поддерживали какую-то систему.

О ёмкости литиевых аккумуляторов

Ёмкость — способность аккумулятора отдавать ток, измеряемая в миллиампер час (мАч) или ампер час (Ач). К примеру, батарейка ёмкостью в 2 Ач сможет отдавать ток в 2 A один час, или в 1 A два часа. Но эта зависимость тока от времени подключения нагрузки не линейна — в определённой точке графика при увеличении тока вдвое время работы батареи снижается вчетверо. Поэтому производители всегда указывают ёмкость, высчитанную при разряде аккумулятора чрезмерно малым током в 100 мА.

Количество энергии зависит от напряжения аккумулятора, поэтому никель металогидридные элементы при одинаковой ёмкости имеют в 3 раза меньшую энергоёмкость, чем литий ионные:

• NiMH — 1,2 В * 2,2 Ач = 2,64 ватт-часа;
• Li-ion — 3,7 В * 2,2 Ач = 8,14 ватт-часа.

При поиске и покупке аккумуляторных батареек отдавайте предпочтение известным фирмам, таким как Samsung, Sony, Sanyo, Panasonic. Батарейки этих производителей имеют ёмкость наиболее соответствующую той, что указана на их корпусе. Надпись 2600 мА на элементах Sanyo не сильно отличается от их настоящей ёмкости в 2500–2550 мА. Подделки китайских производителей с хвалёной ёмкостью в 4200 мА недотягивают и до 1000 мА, зато цена на них в два раза ниже японских оригиналов.

Заголовок по умолчанию

Сразу большой ток выставлять не стоит, сначала посмотрите, насколько сильно будет греться микросхема. Все этапы заряда литий-ионного аккумулятора включая этап предзаряда схематично изображены на этом графике: Превышение номинального зарядного напряжения на 0,15В может сократить срок службы аккумулятора вдвое. Правило 1. Если Вы авторизуетесь на сайте в качестве пользователя, Вы будете получать уведомления о новых материалах на сайте.

И что делать бедному радиолюбителю?

Резистор R1 задает максимальное значение зарядного тока. Вот, например, схема платы защиты от аккумулятора BP-6M, которыми снабжались старые нокиевские телефоны: Если говорить об , то они могут выпускаться как с платой защиты так и без нее.

Плюс имеется индикатор процесса заряда, а также индикация окончания зарядки.

Мощность резистора R1 — не менее 1 Ватт.

Ток заряда составляет — мА, это значение ограничено внутренними цепями микросхемы LP зависит от производителя. А вот параллельно соединять аккумуляторы разной емкости допустимо. Последовательное подключение аккумуляторов

Читайте дополнительно: Пуэ кабельные линии до 1 кв

Как соединить литиевые батарейки?

Для сборки аккумулятора из литиевых батареек можно применять:

1. пайку;
2. соединительные коробки;
3. неодимовые магниты;
4. точечную сварку.

Пайку при заводской сборке применяют крайне редко, так как литиевый элемент разрушается от нагрева, теряя при этом часть своей ёмкости. С другой стороны, в домашних условиях пайка будет оптимальным способом соединения батареек, поскольку даже мизерное сопротивление на контактах значительно снизит суммарное напряжение на общих клеммах. Пользоваться нужно мощным паяльником на 100 Вт, и прикасаться им к литиевым батареям не более чем на две секунды.

Мощные редкоземельные магниты покрываются слоем никеля или цинка, поэтому их поверхность не окисляется. Эти магниты обеспечивают прекрасный контакт между батарейками. Если захотите припаять проводок к магниту, не забывайте о температуре Кюри, свыше которой любой магнит становится камушком. Ориентировочно допустимая температура для магнитов составляет 300°С.

Если пользоваться коробком для соединения аккумуляторов, то становиться очевидным большой плюс, поскольку так легче будет подобрать батарейки по напряжению или поменять испорченный элемент.

Точечная сварка — наилучший способ соединения литиевых элементов, используемый при сборке батарей для ноутбуков.

Покупать готовый литиевый аккумулятор для машины или мотоцикла невыгодно, когда его можно собрать самому за более низкую цену. Можно сэкономить до 70 долларов, если не покупать новую батарею ноутбука, а самостоятельно заменить в ней элементы.

Об экономии при сборке мощных литиевых батарей для питания электроавтомобилей или систем автономного электроснабжения дома судить тяжело, так как в этих случаях присутствуют дополнительные затраты на оборудование управления и контроля.

Автор: Виталий Петрович. Украина, Лисичанск.

Схема заряда для мощных LI-ION аккумуляторов

Приветствую, Самоделкины!

Если вы являетесь радиолюбителем, то наверняка пробовали собрать powerbank своими руками, хотя бы для спортивного интереса. Но в большей степени люди делают пауэрбанки своими руками по той причине, что заводские портативные зарядки им чем-то не устраивают. Взять хотя бы то, что ток зарядки таких powerbank’ов редко превышает значению в 1А (здесь имеется ввиду то, каким током заряжается сам powerbank, а не о выходном токе, которым он (powerbank) заряжает ваши гаджеты).

Так вот, 1А — это мало и, допустим, если емкость powerbankа внушительна и составляет, к примеру, 20 000 мАч, то таким током он будет заряжаться около 20 часов и более, что уж говорить про пауэрбанки с более высокой емкостью. Платы заряда для одной банки литий-ионного аккумулятора на базе микросхемы TP4056 знакомы всем.

Они могут заряжать литиевый аккумулятор током до 1А. Китайцы сейчас продают и 3-ех амперные версии таких плат.

Так вот, автор сегодняшней самоделки (AKA KASYAN), решил скрестить 9 микросхем TP4056. Это даст возможность заряжать литиевые аккумуляторы током до 8-9А. Зачем это нужно? Ну, во-первых, такая плата будет весьма кстати, если вы решили собрать свой powerbank большой емкости, а во-вторых, сейчас в продаже встречаются мощные литий-ионные банки с емкостью 80,100 и более ампер часов и для них нужны мощные системы заряда.

Каждая микросхема на 1А. Соединяйте по этому принципу сколько угодно микросхем, этим получая зарядное устройство на любой нужный ток.

Фишка микросхемы TP4056 заключается в том, что она заряжает аккумулятор правильным методом, то есть стабильным током и напряжением.

Как только напряжение на аккумуляторе доходит до значения 4,16-4,2В, заряд прекращается.

Вернемся к нашей схеме. Автору такая зарядка нужна именно для очень емкого пауэрбанка, его попросил сделать один знакомый, который занимается туризмом и водит людей в дальние походы, но это уже другая история.

Powerbank планируется на 100 000 мАч и зарядить такой, ясное дело от обычного USB-порта не получится. Точнее получится, если подождать где-то 5 дней, поэтому заряжать сборку из 48-ми литиевых банок стандарта 18650 автор намерен от 5-ти вольтовой шины компьютерного блока питания, он спокойно выдаст токи 10 и более ампер.

На плате имеются перемычки, их довольно много. Лучше использовать smd перемычки (резисторы с нулевым сопротивлением), в данном случае несколько перемычек заменены на резисторы с сопротивлением несколько сот миллиом, так как ничего другого под рукой у автора не было.

Микросхемы TP4056 будут греться в зависимости от тока заряда и входного напряжения, они все-таки работают в линейном режиме, и на каждой микросхеме около 1Вт мощности будет уходить в тепло, если входное напряжение составляет 5В. Общее количество микросхем 9 и соответственно 9Вт тепла, это довольно сильный нагрев.

Сами микросхемы охлаждаются за счет массивных дорожек, которые обильно залужены. Хотя гораздо лучше было бы использовать двухстороннюю плату, где медное покрытие на второй стороне играло бы роль радиатора, но как говорится — и так сойдёт, позже сделаем тепловые замеры и посмотрим насколько это страшно.

По времени автор был сильно ограничен, иначе (по его словам) заказал бы двустороннюю плату без перемычек и с хорошим охлаждением на заводе в Китае.

Из-за того, что монтаж односторонний есть несколько нюансов. По силовым дорожкам будут протекать токи около 9-10А и в некоторых местах дорожки довольно тонкие, поэтому токосъем лучше сделать в нескольких местах, затем провода соединить параллельно.

Первая микросхема — ведущая, остальные соединены параллельно, сугубо для увеличения общего тока.

На плате есть пара светодиодов. Один светится во время зарядки, второй — когда заряд окончен.

Ну а теперь наконец испытания. В качестве подопытной батареи у нас сборка из аккумуляторов 18650 с суммарной емкостью честных 18 000 мАч. Автор предварительно разрядил батарею.

В качестве источника питания будем использовать 5-вольтовую линию компьютерного блока питания.

Подключаем. Процесс пошел, загорелся соответствующий светодиодный индикатор. Ток заряда при этом составляет около 8А и это с учётом потерь на проводах.

Ждём минут 20, далее берем тепловизор и видим, что плата в целом довольно сильно нагрелась, притом больше всех нагрелись 2 последние микросхемы, у которых охлаждение не самое лучшее. Температура на них доходит до 83-ех градусов, но это нормально для микросхем TP4056.

Спустя где-то пару часов аккумулятор был полностью заряжен, при этом важно заметить, что по мере заряда ток будет падать, а, следовательно, уменьшится и тепловыделение на плате заряда.

По завершении процесса загорается второй индикатор, при этом напряжение на аккумуляторах составило 4,18В, а это значит, что собранная схема полностью функционирует и справляется с поставленными задачами, так что возьмите схему на вооружение, когда-то она может пригодиться.

В дальнейшем мы рассмотрим схему защиты для такой мощной сборки, а также соберем powerbank целиком и испытаем его. Предстоит также собрать самый важный орган пауэрбанка — мощный повышающий преобразователь, который будет преобразовывать напряжение с литиевых аккумуляторов до 5В, которые нужны для зарядки портативной электроники.

Ну а на этом пора заканчивать. Благодарю за внимание. До новых встреч!

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

Тема: Как снять пластины с контактов 18650?

Всем привет. Пришла посылка с nkon с аккумами? На них вот такие вот пластины. Как их снять?

• Просмотр профиля
• Сообщения форума
• Личное сообщение
• Записи в дневнике
• Просмотр статей

Некурилка

Обзорчики вкуснях

• Просмотр профиля
• Сообщения форума
• Личное сообщение
• Записи в дневнике
• Просмотр статей

Сообщение от Gam

• Просмотр профиля
• Сообщения форума
• Личное сообщение
• Записи в дневнике
• Просмотр статей

Сообщение от IvanRu08

В нах ты с ними заказал?? ПО умолчанию без них.

Видимо никак, они припаяны..

• Просмотр профиля
• Сообщения форума
• Личное сообщение
• Записи в дневнике
• Просмотр статей

• Просмотр профиля
• Сообщения форума
• Личное сообщение
• Записи в дневнике
• Просмотр статей

Сообщение от Mixyil

• Просмотр профиля
• Сообщения форума
• Личное сообщение
• Записи в дневнике
• Просмотр статей

Сообщение от Mixyil
Сообщение от Mixyil

• Просмотр профиля
• Сообщения форума
• Личное сообщение
• Записи в дневнике
• Просмотр статей

Сообщение от IvanRu08

Вот, ты видимо какие уши выбрал, по умолчанию: None

• Просмотр профиля
• Сообщения форума
• Личное сообщение
• Записи в дневнике
• Просмотр статей

• Просмотр профиля
• Сообщения форума
• Личное сообщение
• Записи в дневнике
• Просмотр статей

Сообщение от IvanRu08

ты тут NKON | Sony Konion US18650VTC6 3120mAh — 30A — 18650 size — Rechargeable batteries
галочку нажал
Z-solder tags. Note, production on demand, this takes on average 3 business days extra +€0.40

надо было только на Warning

• Просмотр профиля
• Сообщения форума
• Личное сообщение
• Записи в дневнике
• Просмотр статей

Сообщение от TLN

ты тут NKON | Sony Konion US18650VTC6 3120mAh — 30A — 18650 size — Rechargeable batteries
галочку нажал
Z-solder tags. Note, production on demand, this takes on average 3 business days extra +€0.40

надо было только на Warning

• Просмотр профиля
• Сообщения форума
• Личное сообщение
• Записи в дневнике
• Просмотр статей

• Просмотр профиля
• Сообщения форума
• Личное сообщение
• Записи в дневнике
• Просмотр статей

Сообщение от IvanRu08

• Просмотр профиля
• Сообщения форума
• Личное сообщение
• Записи в дневнике
• Просмотр статей

Есть: IPV Trantor, Voopoo Drag, Vaporesso Revenger X, RX 2/3, Noisy Cricket II, eVic Primo Mini, EEHPRO Mod101. Berserker MTL, Siren2 24, Vapefly Galaxie MTL RDTA, Vapefly Galaxie MTL RTA, TFV4Mini (под сигаретник), El Cabron RDA, Apoсalypse 2 RDA clone, Phobia RDA, billow 2.5, bachelor X, Advkeen Manta RTA, Reload RTA (kindbright clone), KOF RDTA, suorin air.
Были: Ego AIO, Istick Pico, Ijust2, OBS Crius+, SXK Corolla 1.5, By-ka 6 nano, Kennedy RDA clone, Aqua2 clone, SUBZERO KNURLED
Парю ТРА/CAP самозамес

Как рассоединить спаренные батарейки 18650

Ультрабюджетная точечная сварка литиевых аккумуляторов дома

В жизни каждого «радиогубителя» возникает момент, когда нужно сварить между собой несколько литиевых аккумуляторов — либо при ремонте сдохшей от возраста АКБ ноутбука, либо при сборке питания для очередной поделки. Паять «литий» 60-ваттным паяльником неудобно и страшновато — чуть перегреешь — и у тебя в руках дымовая граната, которую бесполезно тушить водой.

Коллективный опыт предлагает два варианта — либо отправиться на помойку в поисках старой микроволновки, раскурочить её и достать трансформатор, либо изрядно потратиться.

Мне совершенно не хотелось ради нескольких сварок в год искать трансформатор, пилить его и перематывать. Хотелось найти ультрадешёвый и ультрапростой способ сваривать аккумуляторы электрическим током.

Мощный низковольтный источник постоянного тока, доступный каждому — это обычная б.у. АКБ от машины. Готов поспорить, что он у вас уже есть где-то в кладовке или найдётся у соседа.

Чтобы сваривать аккумуляторы током от батареи, нам нужно будет выдавать ток короткими импульсами в считанные миллисекунды — иначе получим не сварку, а выжигание дыр в металле. Самый дешёвый и доступный способ коммутировать ток 12-вольтовой батареи — электромеханическое реле (соленоидное).

Проблема в том, что обычные автомобильные реле на 12 вольт рассчитаны максимум на 100 ампер, а токи короткого замыкания при сварке в разы больше. Есть риск, что якорь реле просто приварится. И тогда на просторах Алиэкспресс я наткнулся на мотоциклетные реле стартера. Подумалось, что если эти реле выдерживают ток стартера, причём много тысяч раз, то и для моих целей сгодится. Окончательно убедило вот это видео, где автор испытывает аналогичное реле:

Моё реле было куплено за 253 рубля и доехало до Москвы меньше, чем за 20 дней. Характеристики реле с сайта продавца:

• Предназначено для мотоциклов с двигателем 110 или 125 кубов
• Номинальный ток — 100 ампер сроком до 30 секунд
• Ток возбуждения обмотки — 3 ампера
• Рассчитано на 50 тыс. циклов
• Вес — 156 граммов

Агрегат порадовал качеством — под контакты выведены два омеднённых резьбовых соединения, все провода — залиты компаундом для водонепроницаемости.

На скорую руку собрал «тестовый стенд», контакты реле замыкал вручную. Провод использовал одножильный, сечением 4 квадрата, зачищенные наконечники фиксировал клеммником. Для подстраховки снабдил одну из клемм к АКБ «страховочной петлёй» — если бы якорь реле решил бы пригореть и устроить короткое замыкание, я бы успел сдёрнуть клемму с АКБ за эту верёвку:

Испытания показали, что машинка работает на твёрдую пятёрку. Якорь очень громко стучит, а электроды дают чёткие вспышки; реле не пригорает. Чтобы не тратить никелевую полосу и не практиковаться на опасном литии, мучил лезвие канцелярского ножа. На фото вы видите несколько качественных точек и несколько передержанных:

Передержанные точки видны и на изнанке лезвия:

Едем дальше. Как показал эксперимент на лезвии, выдержать необходимую длину импульса для сварки вручную невозможно, надо делать управление от тактовой кнопки или на микроконтроллере.

Сначала нагородил простую схему на мощном транзисторе, но быстро вспомнил, что соленоид в реле хочет кушать аж 3 ампера. Порылся в ящике и нашёл взамен транзистору MOSFET IRF3205 и набросал простую схему с ним:

Схема довольно нехитрая — собственно, MOSFET, два резистора — на 1К и 10К, да диод, предохраняющий цепь от индуцированного соленоидом тока в момент обесточивания реле.

Сначала пробуем схему на фольге (с радостными щелчками жжёт дырки насквозь через несколько слоёв), потом достаём из загашника никелевую ленту для соединения аккумуляторных сборок. Коротко жмём кнопку, получаем громкую вспышку, и рассматриваем прожжённую дыру. Блокноту тоже досталось — прожгло не только никель, но и пару листов под ним ��

Даже сваренную двумя точками ленту разделить руками не выходит.

Очевидно, что схема работает, дело за тонкой настройкой «выдержки и экспозиции». Если верить экспериментам с осциллографом того же товарища с YouTube, у которого я подсмотрел идею с реле стартера, то на срыв якоря уходит около 21мс — от этого времени и будем плясать.

Дополняем схему — вместо нажатий кнопки вручную доверим отсчёт миллисекунд Ардуине. Нам понадобятся:

АКБ 18650 паралельно на 7,4в

Суть поста следующая — у сына есть 2 машинки на Р/У под 6в (4*1.5)
У меня есть штук 10 разных 18650 от аккумов ноутов, ёмкость и изношенность не известна.
Хочу переделать машинки под 18650 по следующей схеме: 2 последовательные пары по 2 паралельные банки и последующей понижайкой до 6 вольт.
Пересмотрел в сети кто как делает, в итоге понял одно что обязательно надо контролёры заряда/разряда и балансиры.
При этом встречал контролёры под зарядку 5в с разъемом микроюзб что очень облегчает их зарядку.

Но точной и рабочей схемы так и не нашел при сборке 2 последовательно по 2 параллельно и при этом чтоб зарядка всего этого была через юзб на 5в.
Реально ли это сделать? Может кто подсказать схему или вдруг кто-то делал так?

Изготовление сменного батарейного блока к запасному Li-Ion аккумулятору для Ni-Cd шуруповерта, с использованием холдера для 18650 Li-Ion аккумуляторов

Это 2-я часть обзора о запасном Li аккумуляторе для Ni-Cd шуруповерта Black&Decker. В 1-й части я делал корпус аккумулятора с защелками, ставил в него плату защиты, вольтметр-пищалку и адаптер для работы с Li-Ion батарейным блоком от шуруповерта DeWALT. Сегодня я расскажу о новом захватывающем DIY проекте – сменном батарейном блоке на базе холдера (кассеты) для 18650 Li-Ion аккумуляторов. А также — какие холдеры можно, на мой взгляд, использовать в шуруповертах и почему (немного теории). Как доработать правильный холдер (практический пример).
UPD: Незапланированный тест холдера на устойчивость к короткому замыканию и его результаты

Холдеры (они же кассеты, держатели, или боксы) – это самый простой и безопасный способ соединить между собой цилиндрические Li-Ion аккумуляторы. Простой, потому что не требуется оборудование точечной сварки (стандартный промышленный способ соединения Li-Ion банок в сборке). Безопасный, потому что ни варить, ни паять сами банки не нужно. Не имея опыта пайки лития, есть серьезный риск убить достаточно дорогие аккумуляторы. Чтобы паять литий, нужна набитая рука, мощный паяльник и соблюдение правильной техники для исключения перегрева корпуса банок в процессе пайки. Также холдеры имеют весомый плюс по сравнению с пайкой или сваркой, создающей неразъемное соединение элементов – в холдере все банки можно легко и быстро заменить.

Из-за удобства их применения холдеры давно и успешно используют во всяких DIY проектах: пауэрбанках, зарядках, источниках автономного питания и пр. Так же давно холдеры пытаются использовать и для переделки шуруповертов на литиевое питание, но результаты получаются положительными не всегда.
В чем же проблема с использованием холдеров для аккумулятора шуруповерта? Во-первых, при высоких рабочих токах шуруповерта контакты холдера сильно нагреваются. Из-за этого пластиковый корпус холдера плавится, что приводит к его разрушению и выходу аккумулятора из строя. Во-вторых, шуруповерт теряет мощность, т.к. значительная часть энергии банок уходит на нагрев контактных проводников холдера. Особенно это касается холдеров с круглыми пружинами, на которых заметно падает напряжение из-за большой длины и малого сечения пружинок. Итак, общее проблемное место всех холдеров — это их контакты, что ограничивает возможности использования холдеров в устройствах с высоким током потребления.

Означает ли это, что использовать холдеры для шуруповерта в принципе нельзя?

Утверждать столь категорично я бы не стал. Некоторые типы холдеров, после несложной доработки, использовать вполне возможно. Но обязательно нужно учитывать максимальный ток шуруповерта, с которым их планируется применять.

Какие бывают холдеры (кассеты) для 18650 Li-Ion аккумуляторов?

Чаще всего встречаются такие.

Я условно пронумеровал их как №1, 2, 3.

№1 это холдер с круглыми пружинами.

№ 2 и 3 по сути один и тот же холдер с плоскими пружинами, различие только в форме выводов. У № 2 они узкие, а у № 3 широкие. Рядом с этими холдерами я добавил изображения их контактных ламелей.

Почему греются контакты холдера при высоких токах?

При прохождении по проводнику электрического тока происходит преобразование электрической энергии в тепловую. Количество выделяемого тепла пропорционально квадрату тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока (закон Джоуля-Ленца, Q = I2rt).

Представим, что это контакт холдера (как отрезок проводника, включенный в общую цепь). Если в каком-то месте цепи сопротивление (r, Ом) будет выше, то проводник в этом месте будет греться сильнее.

От чего зависит сопротивление проводника? В основном от 2-х факторов (в дебри уходить не будем, это все же DIY обзор, а не научная статья) – от геометрии проводника и его удельного электрического сопротивления. Вот формула.

где r — сопротивление отрезка проводника; ρ — удельное сопротивление проводника; l — длина проводника; S — сечение проводника.

На какие мысли наводит эта формула?

Чтобы уменьшить r, нужно значение числителя (верхняя часть дроби) сделать как можно меньше, а знаменателя — как можно больше. С ρ мы ничего сделать не можем, что есть, с тем и работаем. А вот L можно уменьшить, сделав путь тока как можно короче. Применительно к плоскому ламелю холдера, это означает, что паять перемычку нужно как можно ближе к месту контакта ламеля с полюсом банки. Холдер с круглыми пружинами имеет большую длину L и соответственно повышенное сопротивление. Однако определяющее значение для выбора правильного холдера имеет сечение S контактного ламеля. Чем больше сечение, тем больший ток может выдержать холдер. На первый взгляд это просто, но есть и нюансы.

На фото холдеров вы наверно обратили внимание, что сечение ламеля на разных участках его длины разное. Что из этого следует? В той области, где сечение меньше, ламель будет греться больше. Кстати, на этом строится принцип работы плавкого предохранителя – где тонко, там и рвется.

А вот еще пример, из области автоэлектрики.

Несложно догадаться, что произойдет с тонким проводком при включении мощного потребителя.

Становится понятно, что соединять ламели холдера между собой нужно в их широкой части — от места контакта ламеля с полюсом банки до места сужения профиля ламеля.

Такой нестандартный способ соединения ламелей нужен только для работы на высоких токах. Для работы в пауэрбанке, например, штатного соединения (т.е. нижнего по рисунку) будет более чем достаточно.

А теперь отвлечемся на минуту от скучных формул.

На какой предмет похож контакт холдера № 2? Мне, как бывшему слесарю-сборщику РЭАиП, он напоминает бутылку (ну кто б сомневался).

Кстати, это наглядная визуализация английского термина bottleneck («узкое место»), применяемого в технических и других науках. Термин произошел из аналогии с узким горлышком бутылки, из-за чего не получается вылить или высыпать всё её содержимое сразу, даже если её перевернуть. При увеличении ширины горлышка увеличивается и скорость, с которой бутылка опустошается. Таким образом, «бутылочным горлышком» называют любой компонент системы, мощность (пропускная способность) которого меньше, чем потребность в нем.

Вот мы и подобрались вплотную к ответу на вопрос, какой тип холдера, с точки зрения банальной физики, лучше всего подходит для использования с шуруповертом. Таблица ниже поможет сделать выбор.

Холдеры с круглыми пружинами отбрасываем сразу. Самое малое сечение контактов из всех 3-х типов, это раз. Большая длина пружинок, значительное падение на них напряжения, это два. Популярная доработка (припаивание медного провода ко 2-му витку пружинок) ничего кардинально не изменит. Холдер №1 можно использовать только для сравнительно небольших токов, порядка 1 ампера, например, в пауэрбанках. Для питания шуруповертов они совершенно непригодны.

Теперь самое интересное. Какой холдер лучше, №2 или №3?

№2 имеет узкие выводы с сечением 0,62 кв.мм, немногим больше чем у холдера №1 (0,38 кв.мм). Такого сечения для питания шуруповерта также явно недостаточно, о чем красноречиво говорит проплавленный корпус холдера на фото ниже. Необходимо использовать нестандартное соединение в широкой части контакта. Плюс холдера №2 – самая большая площадь сечения (в широкой части контакта).

Холдер №3. С одной стороны, он имеет широкие выводы. Но вся их ценность смазывается заужением профиля в середине ламеля (помните про плавкий предохранитель?). Если соединять штатно, эффективное сечение будет всего лишь 1,08 кв.мм. Второй недостаток — сечение даже широкой части контакта холдера №3 на целых 39% меньше такого же сечения холдера №2. 1,9 кв.мм и 2,64 кв.мм соответственно.

Поскольку нагрев контактов сильно зависит от силы тока через них (помните про квадрат тока из формулы Джоуля-Ленца?), то для противодействия ему каждый дополнительный мм2 сечения контактов становится на вес золота. Поэтому лучшим холдером для высоких токов из 3-х перечисленных является тот, который имеет наибольшее сечение контактов в местах их соединения между собой.

Вывод: Для токов шуруповерта лучше подойдет холдер №2, при условии, что соединительные провода будут припаяны к его широкой части.

Следующий важный вопрос – какой ток, ограниченный допустимым нагревом, может на практике выдержать доработанный холдер №2? Такой эксперимент проводил уважаемый kirich в одном из своих обзоров. Вот его результаты.

Судя по термограмме, можно осторожно предположить, что и 20 ампер длительно не являются пределом для данного холдера, однако здесь мы уже упираемся в ограничения по максимальному току самих Li-Ion аккумуляторов форм-фактора 18650 (как правило, 30 ампер длительно).

Как альтернативный вариант, для увеличения токовой отдачи можно также использовать параллельно-последовательное соединение аккумуляторов в холдере. Например, xS2P соединение увеличивает отдаваемый батарейным блоком ток вдвое, xS3P — втрое, и т.д.

Кстати, многие думают, что чем мощнее аккумуляторный шуруповерт, то тем больше у него рабочие токи. Это не всегда так, бывает скорее наоборот. Вот пример. Посмотрите на таблицу со спецификациями моторов ф. Leshi Motor, которые ставились в Ni-Cd шуруповерты.

Мы видим, что 7.2В мотор имеет макс. ток 14,8А и мощность 67,5 Вт.
А 18В мотор имеет макс. ток 8,6А и мощность 113,7 Вт.
Удивительно, правда? Почему так? Здесь при меньшем макс. токе мощность больше за счет повышения напряжения питания (по формуле мощности P=IU).

Поскольку для холдеров критичным является именно ток, а не напряжение, это обстоятельство может в некоторых случаях расширить возможности применения холдеров для переделки на литий мощных 18 вольтовых Ni-Cd шуруповертов.

Ну и наконец, практическая часть.

Изготовление сменного батарейного блока на базе холдера №2

Напомню, что моем шуруповерте Black&Decker CD12C, для которого я делаю этот батарейный блок, стоит 12V двигатель с максимальным рабочим током 9.7А. Провода питания к этому двигателю имеют сечение 0,823 кв.мм (18AWG). Допустимую длительную токовую нагрузку проводов с разным сечением по стандарту AWG можно посмотреть здесь

Это холдер с аккумуляторами, которые я буду использовать. Ссылки на них привел в конце обзора.

Припаял выходные провода и перемычки к ламелям холдера в верхней части. Перемычки в точках 1S и 2S сделал из того же акустического медного провода сечением полтора квадрата, что и выходные провода. Для подключения точек соединения элементов к плате защиты и вольтметру припаял к перемычкам провода с наконечником типа РП-М (автоклемма).

Провода и перемычки не мешают установке аккумуляторов в холдер.

Для обратной совместимости с батарейным блоком от шуруповерта DeWALT DCD 710, который меньше по длине, сделал в адаптере разрезную фигурную вставку. Нижняя часть приклеена, а верхняя при установке холдера вынимается.

Оба блока рядом.

Батарейные блоки в адаптере меняются простой перестановкой.

Напоследок испытал новый батарейный блок в составе шуруповерта, закрутив и выкрутив без перерыва два десятка длинных саморезов, до отсечки на максимальном моменте трещотки. Ничего не задымилось и не расплавилось.
В каких же случаях можно использовать холдер вместо пайки/сварки банок? Мое личное мнение на этот счет таково: если холдер влезает в корпус старого аккумулятора и рабочий ток шуруповерта позволяет, тогда и можно ставить. А вот нужно ли ставить холдер или паять литий, каждый решает сам, в зависимости от своих убеждений и уровня подготовленности, здесь я рекомендовать ничего не могу. Для меня все определяется удобством и целесообразностью в каждом конкретном случае. Например, в корпус штатного Ni-Cd аккумулятора моего шуруповерта холдер не влезает и поэтому, если буду переделывать его на литий, то буду паять банки.

Заряжать вставленный в адаптер холдер с аккумуляторами можно теми же способами, что и батарейный блок DeWALT из прошлого обзора:

1) 12.6V зарядкой для 3S сборки литиевых аккумуляторов через штатный зарядный разъем шуруповерта. Например, зарядкой из обзора уважаемого kirich

2) Подходящей универсальной зарядкой для литиевых аккумуляторов через выходные клеммы или штатный зарядный разъем. Например, B6 mini.

3) Или можно вынуть аккумуляторы из холдера и зарядить их любой зарядкой для лития, вместе или по отдельности.

Список основных использованных материалов

UPD: Незапланированный тест холдера на устойчивость к короткому замыканию и его результаты

Хотя я и сделал защиту от себя дурака переполюсовки, в виде термоусадки разного цвета на наконечниках проводов (кроме силовых проводов адаптера, за что впоследствии и поплатился), но тем не менее на днях умудрился их перепутать. При нажатии кнопки шуруповерта послышался характерный «пшшш», сопровождаемый дымом и запахом горелой пластмассы.
Из видимых повреждений: в шуруповерте был пробит диод, а на плате защиты отпаялись силовые ключи и подгорели токоизмерительные резисторы. Таким образом, шуруповерт и плата защиты оказались выведены из строя. А вот с холдером ничего не случилось. Контакты холдера, провода с разъемами и аккумуляторы это испытание выдержали играючи.

Как рассоединить спаренные батарейки 18650

Литиевые аккумуляторы (например популярные 18650) можно соединять друг с другом как последовательно, так и параллельно. В зависимости от целей, каждое из этих решений имеет разные преимущества. Но в любом случае важно чтобы подключенные элементы:

• имели одинаковые параметры,
• имели одинаковый возраст,
• были заряжены до одинакового уровня,
• были механически хорошо соединены для выравнивания температур.

Последовательное соединение ячеек увеличивает напряжение в сборке, потому что результирующее напряжение является суммой напряжений каждого элемента. Емкость общего комплекта, выраженная в миллиампер-часах [мАч], будет такой же, как и у одиночного аккумулятора из этой сборки: получение постоянного тока от такого блока будет разряжать их одновременно с одиночным элементом. То есть и максимальный ток разряда будет таким же, как у одиночного элемента. А вот внутреннее сопротивление полученного таким образом блока увеличится, оно будет примерно равно сумме сопротивлений отдельных ячеек.

Параллельное соединение АКБ не изменяет напряжение схемы – оно будет как на одиночном элементе. Зато ёмкость общая будет больше, потому что такой блок сможет выдавать постоянный ток в течение более длительного времени, чем одна ячейка.

Максимальный ток разряда будет также увеличиваться, поскольку все элементы отдают ток одновременно. Внутреннее сопротивление полученного таким образом пакета будет меньше, примерно равным результирующему сопротивлению параллельного соединения внутренних сопротивлений отдельных ячеек. Формулы приводить не будем, чтоб упростить материал с сделать его более популярным.

И литий-ионные, и литий-полимерные аккумуляторы могут быть объединены в батареи. Напомним, что батарея – это сборка из нескольких элементов, потому и радиаторы отопления называют таким словом. А батарейка – это уменьшительное название от батареи. В случае же последовательно соединенных ячеек, для их правильной зарядки необходимо зарядное устройство с балансиром (например такое).

Зарядка параллельно соединенных ячеек теоретически не требует их отключения. Достаточно увеличить ток зарядки (но осторожно) или лучше подождать подольше, заряжаясь током как на одну ячейку в стандартном режиме.

Как подключить Li-Pol и Li-Ion элементы вместе

Подключение литиевых элементов параллельно и разрядный ток. Литиевые аккумуляторы можно подключать параллельно для увеличения разрядного тока. Если один элемент имеет допустимый ток разряда 1 А, то пакет из двух таких элементов может давать максимум 2 А. Правда должны быть соблюдены следующие условия:

• ячейки очень похожи должны быть, а желательно идентичны. Это должна быть такая же модель, тогда многие параметры будут одинаковыми.
• обе банки должны быть изношены в одинаковой степени, то есть старая не должна быть связана с новой. Чем старше элемент, тем больше будет его внутреннее сопротивление, поэтому он будет отдавать нагрузке меньший ток, чем новый.
• батареи должны быть заряжены в одинаковой степени. В противном случае АКБ с более высоким напряжением начнет неконтролируемо заряжать своего более слабого коллегу.
• температура ячеек должна быть максимально близкой. Если это не так, их внутренние сопротивления будут разными, и они начнут работать в неодинаковой степени. Лучше всего смотать их скотчем, чтобы они нагревались и охлаждались с одинаковой скоростью.

Чтобы получить более высокий ток разряда, например в электронных сигаретах или в квадрокоптерах, лучше подключать литий-полимерные (Li-Pol) элементы, чем литий-ионные (Li-Ion). У них гораздо более высокий допустимый ток разряда, порядка десятка или даже нескольких десятков ампер. Параллельно соединенные элементы можно заряжать, не отключая их предварительно. Если они имеют одинаковые параметры, зарядное устройство должно само правильно определить окончание процесса зарядки. Просто помните, что всегда время зарядки можно увеличить вдвое, если нельзя увеличить зарядный ток.

Для соединения ячеек чаще всего используют сварку и пластины соответствующего сечения. Помните, что литиевые элементы имеют высокие токи короткого замыкания, что может привести к возгоранию. Перегруженный элемент или перегретый могут взорваться или загореться. К счастью многие АКБ имеют встроенную тепловую защиту, а некоторые и электронную защиту от перезарядки и переразряда.

Изменение общей ёмкости батареи

Теперь стоит рассмотреть как изменяется емкость, выраженная в Вт · ч, при параллельном и последовательном подключении. Предположим у нас есть два литий-ионных АКБ 18650 на 2,2 Ач 3,7 В, выражая емкость элемента в Втч, мы умножаем 2,2 Ач х 3,7 В, значит емкость одного элемента составляет 8,14 Втч.

• Когда соединяем ячейки параллельно, получаем пакет 4,4 Ач 3,7 В, то есть 16,28 Втч.
• Когда соединяем ячейки последовательно, получаем пакет 2,2 Ач 7,4 В, то есть 16,28 Втч.

Как соединять АКБ

Вот несколько советов о том, как соединить литиевые аккумуляторы типа 18650:

• лучше брать батареи от приличных фирм Panasonic, LG, Samsung или Sanyo;
• никелевые полосы соединители лучше чем никелированные металлические;
• аккумуляторы нельзя перегревать, используйте точечную сварку или быструю пайку;
• перед соединением выравняйте напряжение на батареях с помощью зарядного устройства;
• лучше поставьте на сборку плату электронного балансира BMS.

Вот собственно и вся наука, а если что осталось неясным – можете пролистать наш форум по источникам питания и найти ответы на большинство вопросов.

АКБ 18650 паралельно на 7,4в

Суть поста следующая — у сына есть 2 машинки на Р/У под 6в (4*1.5)
У меня есть штук 10 разных 18650 от аккумов ноутов, ёмкость и изношенность не известна.
Хочу переделать машинки под 18650 по следующей схеме: 2 последовательные пары по 2 паралельные банки и последующей понижайкой до 6 вольт.
Пересмотрел в сети кто как делает, в итоге понял одно что обязательно надо контролёры заряда/разряда и балансиры.
При этом встречал контролёры под зарядку 5в с разъемом микроюзб что очень облегчает их зарядку.

Но точной и рабочей схемы так и не нашел при сборке 2 последовательно по 2 параллельно и при этом чтоб зарядка всего этого была через юзб на 5в.
Реально ли это сделать? Может кто подсказать схему или вдруг кто-то делал так?

Параллельное соединение аккумуляторов

Для последовательного соединения аккумуляторов, обычно к плюсу электрической схемы подключают положительную клемму первого последовательное соединение аккумуляторов аккумулятора. К его отрицательной клемме подключают положительную клемму второго аккумулятора и т.д. Отрицательную клемму последнего аккумулятора подключают к минусу блока. Получившаяся при последовательном соединении аккумуляторная батарея имеет ту же емкость, что и у одиночного аккумулятора, а напряжение такой батареи равно сумме напряжений входящих в нее аккумуляторов. Значит если аккумуляторы имеют одинаковые напряжения, то напряжение батареи равно напряжению одного аккумулятора, умноженному на количество аккумуляторов в аккумуляторной батарее.

Энергия, накопленная в АКБ, равна сумме энергий отдельных аккумуляторов (произведению энергий отдельных аккумуляторов, если аккумуляторы одинаковые), независимо от того, как соединены аккумуляторы – параллельно или последовательно.

Литий-ионные батареи просто подключить к БП нельзя – нужно выравнивание зарядных токов на каждом элементе (банке). Балансировку проводят при зарядке аккумулятора, когда энергии много и её можно сильно не экономить и поэтому без особых потерь можно воспользоваться пассивным рассеиванием “лишнего” электричества.

Никель-кадмиевые АКБ не требуют дополнительных систем, поскольку каждое звено при достижении его максимального напряжения заряда перестает принимать энергию. Признаки полного заряда Ni-Cd – это увеличение напряжения до определенного значения, а затем его падение на несколько десятков милливольт, и повышение температуры – так что лишняя энергия сразу превращается в тепло.

У литиевых аккумуляторов наоборот. Разрядка до низких напряжений вызывает деградацию химии и необратимое повреждение элемнта, с ростом внутреннего сопротивления. В общем они не защищены от перезаряда, и можно потратить много лишней энергии, резко сокращая тем самым время их службы.

Если соединить несколько литиевых элементов в ряд и запитать через зажимы на обоих концах блока, то мы не можем контролировать заряд отдельных элементов. Достаточно того, что одно из них будет иметь несколько более высокое сопротивление или чуть меньшую емкость, и это звено гораздо быстрее достигнет напряжения заряда 4,2 В, в то время как остальные будут еще иметь 4,1 В. И когда напряжение всего пакета достигнет напряжение заряда, может оказаться, что эти слабые звенья заряжены до 4,3 Вольт или даже больше. С каждым таким циклом будет происходить ухудшение параметров. К тому же Li-Ion является неустойчивым и при перегрузке может достичь высокой температуры, а, следовательно, взорваться.

Чаще всего на выходе источника зарядного напряжения ставится устройство, называемое “балансиром”. Простейший тип балансира – это ограничитель напряжения. Он представляет из себя компаратор, сравнивающий напряжение на банке Li-Ion с пороговым значением 4,20 В. По достижении этого значения приоткрывается мощный ключ-транзистор, включенный параллельно элементу, пропускающий через себя большую часть тока заряда и превращающий энергию в тепло. На долю самой банки при этом достается крайне малая часть тока, что, практически, останавливает ее заряд, давая дозарядиться соседним. Выравнивание напряжений на элементах батареи с таким балансиром происходит только в конце заряда по достижении элементами порогового значения.

Заголовок по умолчанию

Сразу большой ток выставлять не стоит, сначала посмотрите, насколько сильно будет греться микросхема. Все этапы заряда литий-ионного аккумулятора включая этап предзаряда схематично изображены на этом графике: Превышение номинального зарядного напряжения на 0,15В может сократить срок службы аккумулятора вдвое.
Правило 1. Если Вы авторизуетесь на сайте в качестве пользователя, Вы будете получать уведомления о новых материалах на сайте.

И что делать бедному радиолюбителю?

Резистор R1 задает максимальное значение зарядного тока. Вот, например, схема платы защиты от аккумулятора BP-6M, которыми снабжались старые нокиевские телефоны: Если говорить об , то они могут выпускаться как с платой защиты так и без нее.

Плюс имеется индикатор процесса заряда, а также индикация окончания зарядки.

Мощность резистора R1 — не менее 1 Ватт.

Ток заряда составляет — мА, это значение ограничено внутренними цепями микросхемы LP зависит от производителя. А вот параллельно соединять аккумуляторы разной емкости допустимо.
Последовательное подключение аккумуляторов

Типы аккумуляторных батарей

По конструктивным особенностям различают батареи в виде слайдеров и обоймы.

Аккумулятор шуруповёрта в виде слайдера

Но это несущественные отличия по сравнению с типами батарей. И слайдер, и обойма используется в разных типах батарей.

Аккумулятор шуруповёрта в виде обоймы

Существуют три типа аккумуляторов для шуруповёрта:

1. Никель — кадмиевые (Ni-Cd).
2. Никель — металлогидридные (Ni-Mh).
3. Литий — ионные (Li-Ion).

Литий — полимерные батареи (Li-Pol) не производятся для шуруповёртов. Основные области их применения: смартфоны, сотовые телефоны, планшеты, ноутбуки, радиоуправляемые приборы, электромобили.

Никель — кадмиевые батареи самые дешёвые, быстро заряжаются, имеют более тысячи зарядных циклов. Аккумуляторы устойчивы к эксплуатации при низких температурах. Но они обладают эффектом памяти. То есть заряжать их можно только после полной разрядки, иначе ёмкость будет падать. У них высокий ток саморазряда. Они изготовлены из токсичных материалов и их сложно утилизировать. Эти батареи пользуются самым большим спросом.

Никель — металлогидридные батареи дороже, не токсичны, имеют низкий эффект памяти. Ток саморазряда больше никель — кадмиевых. Ёмкость выше, цикл заряда более пятисот. Эти аккумуляторы хуже переносят высокую скорость разряда. Они меньше подходят для максимального использования мощности инструмента. Их нужно постоянно подзаряжать.

Литий — ионные батареи дороже, мощнее, быстро заряжаются. У них отсутствует эффект памяти. Низкий ток саморазряда. Напряжение элементов аккумулятора больше, поэтому их число меньше. Следовательно габариты и вес таких батарей меньше, чему у никелевых. Но их нельзя разряжать полностью, иначе через несколько таких циклов придётся покупать новый. Чтобы повысить качество литий — ионных батарей, производители устанавливают в корпус батареи или шуруповёрта микросхему, контролирующую работу аккумулятора. Образуется многоуровневая многоступенчатая защита:

1. От высокой температуры.
2. От полного разряда. Эти аккумуляторы боятся полного разряда и не могут восстановиться, если разряд будет ниже допустимой нормы.
3. От короткого замыкания.
4. От перезаряда, так как может произойти взрыв.
5. От токов перегрузки.

Контролирующая плата, установленная в корпус батареи, более эффективна. Когда аккумулятор лежит отдельно от шуруповёрта и не используется, микросхема контролирует его состояние и в случае каких-то проблем размыкает цепь. Аккумулятор полностью защищён.

Что дает соединение аккумуляторов

Вследствие законов химии и физики, одна аккумуляторная ячейка не всегда удовлетворяет требованиям, предъявляемым к питанию потребителей. Обойти эту проблему можно путем параллельного или последовательного соединения АКБ.

Увеличение напряжения

Единичная аккумуляторная банка выдает напряжение, определяемое электрохимическими реакциями, проходящими внутри нее при заряде или разряде. Для наиболее распространенных типов выходной уровень при полной зарядке составляет:

1. Литий-ионный – 3,7 вольт.
2. Никель-кадмиевый – 1,38 вольт.
3. Свинцово-кислотный – 2,1 вольт.
4. Никель-металлогидридный – 1,25 вольт.

Во многих случаях этого недостаточно для нормальной работы запитываемой сети. Так, для нормальной работы мотоциклов требуется не менее 6 вольт, а для автомобилей – 12 вольт, а бывает 24 вольта. Единичный элемент выдать такое напряжение не может, поэтому для увеличения выходного уровня ячейки соединяют последовательно.

Увеличение емкости

Если не учитывать воздействие внешних факторов (температуру и т.п.), то емкость одной ячейки определяется:

• удельной емкостью (зависит от технологии изготовления);
• размерами АКБ.

Зачастую удобнее необходимую емкость получать не от одной банки больших габаритов, а от нескольких меньших по весу и размерам элементов. Например, целесообразно применять банки стандартных типоразмеров. Для этой цели их надо соединить параллельно. При этом их емкость складывается.

Особенности параллельного соединения АКБ

Как соединить два аккумулятора параллельно: плюс каждого элемента подсоединяют к плюсу последующего, а минус — к минусу.

Формулы (U — напряжение, I — ток, C — емкость, E — электрическая энергия):

Uобщ = U1 = U2 = U3 = Ui

Iобщ = I1 + I2 + I3 + Ii

Схема

Схема параллельного соединения аккумуляторов

Емкость системы

Параллельное подключение аккумуляторов позволяет увеличить емкость системы, не увеличивая напряжение. Например, при параллельном соединении трех идентичных аккумуляторов со схемы выше, напряжение батареи будет равно 12 В, а емкость увеличится до 600 Ач (200 Ач * 3).

Для чего используется

Чаще всего параллельное подключение АКБ используется в источниках аварийного или бесперебойного питания. Параллельное соединение аккумуляторов позволяет увеличить мощность, поэтому применяется также в тяжелой спецтехнике и в двигателях большегрузных автомобилей. Такой тип соединения распространен и на флоте: он обеспечивает работу аварийных систем связи и жизнеобеспечения, освещения и вспомогательных дизелей.

Опасность перезаряда литиевых элементов

С литиевыми элементами нужно обращаться осторожно, поскольку в них сосредоточена большая энергия на малую площадь при полном заряде. Поэтому уже давно в продаже имеются защищенные Li-ion и Li-pol батарейки.

Ещё в 1991 году компания Sony обратила внимание на взрывоопасность Li-ion элементов. В настоящее время все без исключения аккумуляторы наматываются с двухслойным сепаратором между пластинами, чтобы исключить риск внутреннего короткого замыкания. Все фирменные батарейки снабжены платой защиты на полевом транзисторе, которая отключает их в следующих случаях:

1. Аккумулятор чрезмерно разряжен — ниже 2,5 В.
2. Перезаряжен — свыше 4,2 В.
3. Подан слишком большой ток заряда — более 1С (С является ёмкостью аккумулятора в Ач).
4. Короткое замыкание.
5. Превышен ток нагрузки — более 5С.
6. Неправильная полярность при заряде.

Для дополнительной подстраховки служит термопредохранитель, размыкающий цепь при перегреве литиевого элемента свыше 90 °C.

О балансировке элементов литиевого аккумулятора

При последовательном соединении отдельных элементов их напряжения суммируются, а ёмкость остаётся той же. Даже из одной серии батарейки имеют различные характеристики, поэтому заряжаются они с разной скоростью. Например, при заряжании до суммарного напряжения 12,6 В элемент посередине может перезарядиться до 4,4 В, что опасно его перегревом.

Дабы не происходило чрезмерного перезаряда незащищенных элементов, применяются балансировочные шлейфы, подключаемые к специальным зарядным устройствам, например: iMAX B6 и Turnigy Accucel-6.

Каждая Li-ion и Li-pol аккумуляторная батарейка бытового назначения имеет самую совершенную защиту от перенапряжений, в виде схемы контроля напряжения, ключа на полевом транзисторе и термопредохранителя.

Балансировка защищённых элементов не требуется, поскольку при возрастании напряжения на каком-то из них до 4,2 В, зарядка гарантированно прервётся.

При сборке батареи из элементов без защиты есть выход из положения — поставить одну плату контроля напряжения на все батарейки, к примеру, соединив их по схеме 4S2P — 4 последовательно, 2 параллельно.

Также не нужна балансировка параллельно соединённых элементов.

При параллельном соединении батареек их напряжение остаётся прежним, а ёмкости суммируются.

Зачем аккумуляторы соединять в батарею?

Результат таких действий мы рассмотрели. А почему нам может понадобиться соединение аккумуляторов параллельно? Любые электрические системы или устройства несут омические потери, когда часть энергии превращается в тепло и при этом не происходит полезная работа. Это из-за невозможности получения коэффициента полезного действия 100%. При этом из курса школьной физики можно вспомнить, что чем больше напряжение, тем меньше ток при той же мощности и менее значительные омические потери. Таким образом, чем более высоковольтные аккумуляторы мы используем, тем лучший результат получим. Но даже с таким подходом не всегда может хватать емкости одной батареи. В таком случае можно заменить её на аккумулятор повышенной емкости. Но это не всегда удобно, и иногда проще просто поставить ещё один источник питания и использовать параллельное соединение аккумуляторов, чтобы они дольше поддерживали какую-то систему.

Какие виды соединения существуют

Чаще всего используется последовательное и параллельное соединение аккумуляторов. Есть еще третий вид, комбинированный, или последовательно-параллельный.

Есть два варианта соединения аккумуляторов, последовательное и параллельное.

Давайте рассмотрим как это нужно делать. На этом этапе заряд обеспечивается постоянным током пониженной величины до тех пор, пока напряжение на аккумуляторе не достигнет значения 2.

В основном батареи собирают последовательно-параллельно, а сами сборки служат для промежуточного или резервного хранения электроэнергии Известны и повсеместно применяются 3 варианта соединения отдельных аккумуляторов в батарею: последовательное, параллельное и смешанное или комбинированное. Последовательное соединение: При последовательном соединении элементов складываются и величины их внутренних сопротивлений. Тогда она будет выглядеть вот так согласитесь, проще некуда: пара резисторов и один кондер : Один из вариантов печатной платы доступен по этой ссылке.

Балансир включает стабилитрон TLA и транзистор односторонней прямой проводимости BDI 40 Отличные балансиры включены в схему зарядных устройств для литиевых аккумуляторов, которыми широко пользуются. Она будет определять напряжение на каждой ячейке и отключит всю сборку, если какая-то разрядится первой. MCP Микросхема позволяет создавать правильные зарядные устройства, к тому же она дешевле, чем раскрученная MAX

Если разобрать аккумулятор от мобильного телефона, мы обнаружим внутри вот такое нехитрое устройство: Это и есть плата защиты аккумулятора. Данная схема полноценно реализует двухэтапный процесс заряда литиевых аккумуляторов — сначала зарядка постоянным током, затем переход к фазе стабилизации напряжения и плавное снижение тока практически до нуля.

Можно ли соединять АКБ разной емкости

Последовательно — нет. Дело в том, что от емкости зависит внутреннее сопротивление. Чем больше емкость, тем ниже сопротивление. В сборке образуется большая разница напряжения, и где-то оно может оказаться сильно выше предела, а где-то — намного ниже. При подключении зарядного устройства аккумулятор с меньшей емкостью зарядится быстрее и на нем будет избыток напряжения, что приведет к порче и потере емкости, в то время как аккумуляторы с большей емкостью так и не зарядятся до конца.

При подключении нагрузки произойдет обратная ситуация: маленький аккумулятор разрядится ниже допустимой границы (так называемый глубокий разряд), в результате потеряв часть своей емкости.

ВАЖНО! Нельзя соединять последовательно аккумуляторы разной емкости, разного типа, разной степени зарядки. Они должны быть максимально похожи, лучше — из одной партии.

На вопрос о том, можно ли параллельно соединять аккумуляторы разной емкости, ответ — да. Но осторожно. Убедитесь, что напряжение на их клеммах равно. Если оно будет сильно отличаться, это может вызвать короткое замыкание либо порчу меньшего аккумулятора. Еще стоит учитывать, что клеммы конкретного аккумулятора могут не выдержать слишком сильный ток в течение длительного времени. Смотрите технические характеристики перед сборкой.

Можно ли паять аккумуляторы 18650?

Нельзя! Это неправильный подход. «Но если очень осторожно, то можно», — таков подход в DIY-сообществах. В чём же загвоздка, чего следует опасаться?

При соединении аккумуляторов 18650 в состав большой батареи (от ноутбуков до транспортных средств) ставится задача обеспечить надёжный контакт без потерь, устойчивый к внешним воздействиям (ударным, температурным и так далее — в зависимости от целей применения). Одним из вариантов многие любители DIY-поделок рассматривают пайку.

Литий-ионные аккумуляторы (18650 и любые другие Li-Ion) при нагреве от паяльной станции (и даже маломощного паяльника) разрушаются в своей структуре и безвозвратно теряют ёмкость!

То есть паять аккумуляторы 18650 не следует без крайней необходимости. Либо вам придётся мириться с изменением химического состава и ухудшением характеристик.

Кроме того, место соединения с помощью пайки ненадёжно в случае перегрева элемента питания. Метод непрактичен и для компактной сборки из-за случайных форм припоя и уязвимости перед внешним воздействием.

Как сделать литиевый аккумулятор своими руками

Перед сборкой Li-Ion батареи нужно выбрать схему соединения ячеек и приготовить все необходимое: элементы питания с одинаковыми параметрами, никелевые полосы для их соединения, аппарат для точечной сварки и т.д. В крайнем случае, можно воспользоваться и пайкой, но обязательно брать низкотемпературный припой и воздействовать на ячейки кратковременно. Паяльник лучше использовать мощный (от 80 Вт), но быстро, чтобы место припоя не успевало нагреться.

Сборка батареи производится по следующему алгоритму:

1. Устанавливаем ячейки в холдеры – необязательно, но удобно.
2. Отрезаем никелевые полосы для их соединения.
3. Соединяем ячейки при помощи точечной сварки в соответствии с выбранной схемой.
4. Выбираем подходящую по параметрам BMS плату и припаиваем ее к концам батареи согласно схеме.
5. Устанавливаем индикатор заряда, выключатель индикатора, разъем для подсоединения зарядного устройства или нагрузки.
6. Помещаем АКБ в корпус.
7. Тестируем ее работу.

Самостоятельная сборка батареи – увлекательный процесс, но для его успешного выполнения нужны определенные навыки, знания и материалы. При даже частичном их отсутствии лучше не рисковать, а поручить сборку литиевой АКБ с нужными характеристиками профессионалам.

Алгоритм сборки

Собирается аккумуляторная батарея так:

• проверяется схема;
• замеряется напряжение и внутреннее сопротивление ячеек – оно должно быть одинаковым;
• ячейки соединяются параллельно в соответствии со схемой (для набора емкости) – попарно помещаются в противопожарные пакеты с соблюдением полярности;
• к элементам питания присоединяются силовые и балансирные провода;
• для набора нужного напряжения пакеты соединяются между собой последовательно;
• разъемы при помощи удлинителей выводятся наружу;
• обеспечивается последовательное соединение балансирных проводов;
• ячейки плотно стягиваются между собой, помещаются в термоусадочную трубку большого диаметра и упаковываются;
• при необходимости – собранная батарея укладывается в кейс или бокс с предварительно просверленными отверстиями для вывода проводов;
• присоединяется BMS плата;
• вытягиваются провода;
• вверху присоединяется штекер для подзарядки АКБ;
• отверстия основательно герметизируются;
• кабель АКБ подсоединяется к контроллеру;
• батарея устаaнавливается на раме, багажнике, в деке или другом месте самоката.

Меры предосторожности при подключении

• соблюдать правила безопасности при работе с электрическим током, одевать резиновые перчатки;
• предупредить создание цепи прохождения электротока через человеческое тело;
• избегать коротких замыканий;
• не пренебрегать полярностью;
• к клеммам АКБ голыми руками не прикасаться;
• не собирать аккумуляторы, подключенные к нагрузкам (раздельно перепроверить каждый перед включением в цепь);
• зарядное устройство нужно отключить перед тем, как подключать батарею;
• применять инструменты с изолированными рукоятками;
• не пренебрегать параметрами тока АКБ и нагрузки перед тем, как воспользоваться блоком;
• соединительные контакты должны быть надежными и изолированными;
• сборку защитить изоляционным корпусом от попадания влаги;
• применять одинаковые аккумуляторы по параметрам, степени износа;
• перед тем, как воспользоваться сборкой, протестировать ее на предмет некорректного соединения клемм.

При исправлении ошибок первоначально отсоединяют нагрузку (зарядное устройство), затем только проводят переделку блока.

Проверка работоспособности системы

В первую очередь убедитесь, что аккумуляторы целые, без трещин, без ржавчины и следов окислов. Провода на клеммах должны быть хорошо закреплены. Если внешне все в порядке, можно проверить напряжение и силу тока.

1. Проверка падения напряжения при подключении нагрузки.
   К системе подключается нагрузка определенной величины и измеряется падение напряжения мультиметром или вольтметром. Можно провести проверку несколько раз, делая паузы между измерениями, чтобы дать заряду восстановиться. Полученные данные нужно сравнить с параметрами используемого типа батареи с учетом величины нагрузки.
2. Измерение напряжения без нагрузки.
   У разных типов акб свои значения напряжения разомкнутой цепи. Например у свинцово-кислотного это 12,6 В.
3. Использование нагрузочной вилки.
   Если в течение 5-10 секунд напряжение незначительно возрастает или стабильно, то система исправна.
4. Проверка с помощью специальных анализаторов и тестеров.
   Можно быстро замерять напряжение и определять емкость с помощью приборов-тестеров, например, Кулон, PITE, Fluke, Vencon.
5. Полная разрядка / зарядка.
   Это, пожалуй, самый достоверный способ. С помощью специальных устройств (УКРЗ) выполняется глубокая разрядка, а затем полная зарядка с непрерывным контролем емкости. Однако этот метод очень долгий, он может занимать от 15 часов до суток и более.

СПРАВКА. Если вы работаете со свинцово-кислотными аккумуляторами, обращайте внимание на электролит: его уровень должен быть выше свинцовых пластин на несколько мм, а плотность — находиться в пределах 1,23 — 1,31 г/см3 (ее можно измерить ареометром). Изменение оттенка на бурый может происходить из-за порчи пластин.

Напоследок несколько советов о том, как соединить аккумуляторы 18650:

• лучше брать батареи фирм Panasonic, LG, Samsung или Sanyo;
• никелевые полосы лучше, чем никелированные металлические;
• аккумуляторы ни в коем случае нельзя перегревать, поэтому используйте точечную сварку, либо быструю пайку;
• перед единением выравняйте напряжение на батареях с помощью зарядного устройства;
• поставьте на сборку плату BMS.

Надеемся, мы помогли вам немного разобраться в теме, и вы сможете без проблем собрать свою систему акб, если потребуется.

Ошибки коммутации и их последствия

Самое главное — избежать поражения электротоком

. Некорректное объединение химических источников тока повлечет за собой:

• Формирование короткозамкнутого контура. В гальванических элементах начнется химическая реакция, которая приведет к вытеканию электролита, короблению корпуса, взрыву, возгоранию (характерно для параллельного соединения).
• Размыкание контура. Во время подключения нагрузки сгенерируется обратный электроток через некорректно подсоединенный источник. Это приведет к быстрому выходу из строя блока (характерно для последовательного соединения).
• Продолжительное короткое замыкание. Результат — расплавление проводов, возгорание, коробление корпуса, химическая реакция внутри источников, воспламенение, утечка электролита и взрыв.
• Кратковременное замыкание. Результат — снижение емкости, порча электродов.
• Перегрев и оплавление проводников. Результат — короткое замыкание (если некорректно подобран проводник по сечению).

Испытания

Сразу 6 штук балансировочных блоков понадобились для одновременной зарядки 6 аккумуляторов 18650. Элементы видны на фото ниже.

Все элементы зарядились ровно до 4,20 вольта (напряжение были выставлены потенциометрами), а транзисторы стали горячие, хотя и обошлось без дополнительного охлаждения — зарядка током 500 мА. Таким образом, можно смело рекомендовать данный метод для одновременного заряда нескольких литиевых аккумуляторов от общего источника напряжения.

Ультрабюджетная точечная сварка литиевых аккумуляторов дома

В жизни каждого «радиогубителя» возникает момент, когда нужно сварить между собой несколько литиевых аккумуляторов — либо при ремонте сдохшей от возраста АКБ ноутбука, либо при сборке питания для очередной поделки. Паять «литий» 60-ваттным паяльником неудобно и страшновато — чуть перегреешь — и у тебя в руках дымовая граната, которую бесполезно тушить водой.

Коллективный опыт предлагает два варианта — либо отправиться на помойку в поисках старой микроволновки, раскурочить её и достать трансформатор, либо изрядно потратиться.

Мне совершенно не хотелось ради нескольких сварок в год искать трансформатор, пилить его и перематывать. Хотелось найти ультрадешёвый и ультрапростой способ сваривать аккумуляторы электрическим током.

Мощный низковольтный источник постоянного тока, доступный каждому — это обычная б.у. АКБ от машины. Готов поспорить, что он у вас уже есть где-то в кладовке или найдётся у соседа.

Чтобы сваривать аккумуляторы током от батареи, нам нужно будет выдавать ток короткими импульсами в считанные миллисекунды — иначе получим не сварку, а выжигание дыр в металле. Самый дешёвый и доступный способ коммутировать ток 12-вольтовой батареи — электромеханическое реле (соленоидное).

Проблема в том, что обычные автомобильные реле на 12 вольт рассчитаны максимум на 100 ампер, а токи короткого замыкания при сварке в разы больше. Есть риск, что якорь реле просто приварится. И тогда на просторах Алиэкспресс я наткнулся на мотоциклетные реле стартера. Подумалось, что если эти реле выдерживают ток стартера, причём много тысяч раз, то и для моих целей сгодится. Окончательно убедило вот это видео, где автор испытывает аналогичное реле:

Моё реле было куплено за 253 рубля и доехало до Москвы меньше, чем за 20 дней. Характеристики реле с сайта продавца:

• Предназначено для мотоциклов с двигателем 110 или 125 кубов
• Номинальный ток — 100 ампер сроком до 30 секунд
• Ток возбуждения обмотки — 3 ампера
• Рассчитано на 50 тыс. циклов
• Вес — 156 граммов

Агрегат порадовал качеством — под контакты выведены два омеднённых резьбовых соединения, все провода — залиты компаундом для водонепроницаемости.

На скорую руку собрал «тестовый стенд», контакты реле замыкал вручную. Провод использовал одножильный, сечением 4 квадрата, зачищенные наконечники фиксировал клеммником. Для подстраховки снабдил одну из клемм к АКБ «страховочной петлёй» — если бы якорь реле решил бы пригореть и устроить короткое замыкание, я бы успел сдёрнуть клемму с АКБ за эту верёвку:

Испытания показали, что машинка работает на твёрдую пятёрку. Якорь очень громко стучит, а электроды дают чёткие вспышки; реле не пригорает. Чтобы не тратить никелевую полосу и не практиковаться на опасном литии, мучил лезвие канцелярского ножа. На фото вы видите несколько качественных точек и несколько передержанных:

Передержанные точки видны и на изнанке лезвия:

Едем дальше. Как показал эксперимент на лезвии, выдержать необходимую длину импульса для сварки вручную невозможно, надо делать управление от тактовой кнопки или на микроконтроллере.

Сначала нагородил простую схему на мощном транзисторе, но быстро вспомнил, что соленоид в реле хочет кушать аж 3 ампера. Порылся в ящике и нашёл взамен транзистору MOSFET IRF3205 и набросал простую схему с ним:

Схема довольно нехитрая — собственно, MOSFET, два резистора — на 1К и 10К, да диод, предохраняющий цепь от индуцированного соленоидом тока в момент обесточивания реле.

Сначала пробуем схему на фольге (с радостными щелчками жжёт дырки насквозь через несколько слоёв), потом достаём из загашника никелевую ленту для соединения аккумуляторных сборок. Коротко жмём кнопку, получаем громкую вспышку, и рассматриваем прожжённую дыру. Блокноту тоже досталось — прожгло не только никель, но и пару листов под ним ��

Даже сваренную двумя точками ленту разделить руками не выходит.

Очевидно, что схема работает, дело за тонкой настройкой «выдержки и экспозиции». Если верить экспериментам с осциллографом того же товарища с YouTube, у которого я подсмотрел идею с реле стартера, то на срыв якоря уходит около 21мс — от этого времени и будем плясать.

Дополняем схему — вместо нажатий кнопки вручную доверим отсчёт миллисекунд Ардуине. Нам понадобятся: