Как переделать свинцово-кислотный АКБ 12В в литий-ионный со значительным увеличением емкости
Старую нерабочую свинцово-кислотную батарею можно переоборудовать в литий-ионную. Для этого она оснащается блоком из литий-ионных аккумуляторов 3,7 В 18650. Для этого подойдут даже б/у элементы, к примеру снятые из аккумуляторов ноутбуков. Такая переделка повысит емкость АКБ почти в 2 раза, к тому же сделает ее зарядку более быстрой.
Материалы:
- Литий-ионные аккумуляторы 3,7 В 18650 — http://ali.pub/4942zo
- контроллер Bms 3s 40А — http://alii.pub/601y11
- никелевая лента для точечной сварки;
- провода;
- термоусадка;
- листовой пластик;
- изолента.
Процесс переделки аккумулятора
От свинцово-кислотного аккумулятора потребуется только корпус. Для этого его крышка распиливает по кругу, и снимается.
Из батареи вынимаются свинцовые пластины, и удаляются перегородки.
Кромки крышки и корпуса стачиваем на наждачной бумаге до ровной кромки.
После этого нужно замерить внутренние размеры корпуса, и определить – сколько батарей 18650 в нем поместиться при размещении в 3 ряда.
В данном случае можно вставить в ряд по 6 аккумуляторов. Если используются б/у батареи, то их емкость лучше замерить, и затем отсортировать элементы на 3 группы так, чтобы в каждой из них общая емкость получилась примерно одинаковой.
Чтобы ровно собрать ряд батарей, лучше всего вставить их между двумя полосками линейки, стянутыми по краям резинками, либо сделать самодельный шаблон. После этого на них приваривается точечной сваркой никелевая лента.
Если такого оборудования нет, то ее можно припаять. При соединении в ряд, батареи по полярности размещаются одинаково, чтобы получить параллельное подключение. Это позволит объединить их емкость. Секции изолируются термоусадочной пленкой.
Затем 3 ряда соединяются между собой уже последовательно, чтобы суммировать их напряжения. Для этого крайние ряды поворачиваются положительными клеммами вверх, а средний вниз. Соединение соседних рядов делается перемычками из полосы через одну батарею. Затем блок переворачивается, и перемычками соединяются следующие 2 ряда.
Готовый блок аккумуляторов изолируется термоусадкой.
На блок приклеивается контроллер через двусторонний скотч, и припаивается к его клеммам.
Также нужно припаять к нему 2 провода для подключения электродов в крышке свинцового аккумулятора.
После этого блок для фиксации обматывается тонкой, двусторонней обложкой, и помещается в короб.
Провода блока припаиваются к контактам в крышке, после чего корпус склеивается.
Перед этим может потребоваться расклинить аккумуляторы, чтобы они не болтались. Таким образом, при таком же формфакторе, получаем батарею большей емкости.
Как собрать литий-ионный аккумулятор? Пошаговый процесс.
Все течет и меняется, а аккумуляторы только деградируют от времени. Поэтому давайте разберём, как собрать литий-ионный аккумулятор своими руками.
Ставим полностью заряженный старый аккумулятор первоначальной емкостью 10Ач (360Втч) на нагрузочный тест и видим довольно необычный график:
На тесте получили всего 2,7Ач (81Втч) запасенной энергии, или 22,5% от первоначальной емкости. Пробег на такой батарее не превышал 6 км. Средняя температура при разряде около 50 градусов, а температура одной секции поднялась выше 70 °C.
Решение очевидно — собираем новую батарею на 20Ач в старый алюминиевый корпус на багажник. Да-да емкость именно в 2 разе больше при одинаковом вольтаже, получится разместить за счет: 1) более полного использования внутреннего пространства корпуса; 2) за счет более высокой плотности энергии в элементах 21700, даже при том, что собирать будем не на самых емких из них — Lishen 21700, 4000Мач.
Процесс сборки литиевой аккумуляторной батареи
СОРТИРОВКА ЭЛЕМЕНТОВ. Берем элементы из одной партии, и сортируем высокоточным омметром по сопротивлению. Заодно проверяем вольтаж каждого элемента. У нас будет конфигурация 10s5p, то есть 10 ячеек последовательно в каждой серии, и 5 таких серий параллельно. Нам необходимо, чтобы в каждая секция из 5 ячеек имела одинаковое сопротивление, поэтому в каждой секции должны быть ячейки с одинаковым сопротивлением. Мы отобрали из одной партии 10 элементов с внутренним сопротивлением 14,5мОм, 30 элементов с 15мОм и 10 элементов 15,5мОм. Тогда каждая секция состоит из элементов 14,5-15-15-15-15,5 мОм.
Отбираем элементы по внутреннему сопротивлению
Наклеиваем торцевые изоляторы на плюсовые стороны элементов
Форма аккумулятора задана внутренними размерами корпуса: длина 300мм, высота 55мм, ширина 145мм. Здесь будет 10 секций по 5 элементов (3+2) собранных в один длинный ряд и согнутый пополам. При очень ограниченном пространстве и для придания жесткости данной конфигурации, сборка секций производится на термоклей. Между секциями обязательно проклеиваем электрокартон.
Собираем 10 секций по 5 элементов в каждой на термоклей. Используем угольник, чтобы получить ровные углы 90 градусов на каждой секции.
10 секций по 5 элементов в каждой. Между секциями обязательно размещаем изолятор, в данном случае клейкий электротехнический картон.
ТОЧЕЧНАЯ СВАРКА. Сначала варим «киноленту» и затем усиливаем ее сверху никелированной полосой. Измеряем напряжение каждой секции, оно должно быть одинаковое.
Наварка «киноленты»
Усиление дополнительной полосой поверх «киноленты»
Сначала варим 2 блока отдельно
Эти 2 блока необходимо сварить вместе
РАСПАЙКА BMS . После сварки распаиваем BMS плату с балансировкой, зарядные и разрядные провода.
ИЗОЛЯЦИЯ БАТАРЕИ. Особое внимание следует уделить изоляции торцов ячеек, где наварена лента, особенно тех, которые после сложения батареи будут прилегать друг к другу. Делаем это с помощью каптонового скотча и клейкого электротехнического картона.
ТЕСТИРОВАНИЕ БАТАРЕИ НА НАГРУЗОЧНОМ СТЕНДЕ. После сборки батареи, до ее упаковки в корпус необходимо провести полную зарядку и поставить на нагрузочный стенд. Нагружать будем током 10А, это ток 0,5С для данной батареи. Разряжать будем до отсечки BMS, одновременно контролируя ее срабатывание. На всякий случай ставим параметр остановки теста при достижении вольтажа 2,7В на одну ячейку.
В процессе разряда контролируем температуру. Она не превысила 27 °C
Ровно за 2 часа аккумулятор отдал 722Втч
В результате тестирования аккумулятор отдал 19,87Ач (722Втч). Вольтаж отсечки BMS — 29,4В (2,94В на один элемент). Это даже превышает номинал (36В×20Ач=720Втч), даже с учетом того, что номинал указывается при более низком токе разрядка (обычно 0,2С) , и при более низком вольтаже окончания разряда (2,5 — 2,7В).
7 шагов по сборке самого безопасного литий-ионного аккумулятора своими руками
Собрать из Li-ion аккумуляторов исправно работающую батарею – вполне выполнимая миссия. Причем изготовить литиевую АКБ можно своими руками, в домашних условиях и под любые задачи – хоть для питания портативного шуруповерта, хоть для получения переносной электростанции. Для этого нужно выполнить всего 7 шагов, описанию которых и посвящена данная статья.
Шаг 1 – выбор аккумуляторов
От назначения АКБ напрямую зависит, какие элементы питания нам понадобятся. Литиевые аккумуляторы бывают разных подвидов:
- Высокотоковые модели с типом химии IMR – благодаря содержанию марганца они легко выдерживают токовые нагрузки до 10С, а в импульсном режиме и до 40С. Это отличная начинка для АКБ, используемых в персональном электротранспорте, медтехнике и портативном электроинструменте.
- «Запасливые» аккумуляторы категории ICR – содержание кобальта обеспечивает им максимальную удельную емкость. Для интенсивной токоотдачи такие накопители энергии не подходят, зато они востребованы в экономичных электронных устройствах.
- «Универсалы» с типом химии INR или NMC – формула с никелем, марганцем и кобальтом обеспечивает им баланс между солидным запасом емкости и интенсивной токоотдачей.
- Емкие модели подвида NCR или NCA – формула с никелем, кобальтом и оксидом алюминия обеспечивает им уклон в сторону увеличенной емкости. Такие накопители подходят для устройств с небольшим потреблением энергии – в пределах 1С. Например, аккумулятор емкостью 3000 мА·ч может обеспечивать токоотдачу до 3 А.
В таблице приведены примеры Li-ion аккумуляторов форм-фактора 18650 и их характеристики:
Модель
Запас емкости, мА·ч
Допустимые нагрузки по току, А
SONY VTC6
EVE INR18650 25P
BAK N18650CNP
Samsung 25R
LG HE4
LG MH1
Panasonic 18650BD
Panasonic 18650PF
Samsung 30Q
Samsung 33G
Macroson
Zhihang
Шаг 2 – выбор схемы соединения
Принцип соединения литиевых аккумуляторов универсален и подходит для сборки батарей любых размеров. Вначале выполняется параллельное соединение элементов в секции, а затем эти секции соединяются последовательно. При параллельном наборе «банок» суммируется их емкость и возрастает максимальная токоотдача, а при последовательном соединении образованных серий набирается необходимый вольтаж.
В результате из литий-ионных элементов с напряжением 3,6 или 3,7 В можно собрать АКБ на 12, 24, 36, 48, 60 В и т.д. Аналогично можно нарастить и емкость. Например, берем «банки» форм-фактора 18650 емкостью 2500 мА·ч и соединяем их по схеме 10S2P: последовательно соединяем 10 секций, в каждой из которых – пара параллельно соединенных элементов. В итоге получаем сборку на 36 В с запасом емкости 5000 мА·ч.
В целом при выборе схемы учитываются:
- необходимый вольтаж АКБ – от него зависит, сколько будет последовательных соединений (обозначается числом возле S);
- желаемый запас емкости – определяется количеством параллельно соединенных «банок» в каждой секции (обозначается числом возле Р);
- мощность батареи в ватт-часах – рассчитывается умножением ее номинального напряжения в вольтах на емкость в ампер-часах;
- допустимые размеры и масса АКБ – например, для установки на электровелосипед или электросамокат нужна литий-ионная батарея со сбалансированным соотношением емкости и компактности.
Шаг 3 – тестирование и сортировка аккумуляторов
Для соединения в батарею нужны литиевые аккумуляторы, одинаковые по внутреннему сопротивлению и емкости. Желательно использовать элементы не только одного бренда и модели, но и одной серии. Тогда все они будут работать на равных, и вам не придется ремонтировать или менять батарею из-за того, что какая-то ячейка не справляется со своими задачами и делает неработоспособной всю АКБ.
Количество необходимых «банок» зависит от схемы сборки. Чтобы рассчитать его, просто умножаем указанные в схеме числа. Например, для изготовления литий-ионной батареи 4S3P необходимо 12 элементов. Это должны быть незащищенные аккумуляторы – без собственных плат защиты. Для отслеживания рабочих параметров у них будет общая БМС плата.
Шаг 4 – комплектовка
Собираем АКБ по подходящей для конкретного случая схеме (условно – xSyP), используя отсортированные ранее «банки». Набираем х секций, в каждой из которых будет y параллельно соединенных элементов. Затем эти секции соединяем последовательно. Это универсальный алгоритм, как собрать АКБ из литий-ионных аккумуляторов. Параллельно продумываем, как нам лучше расположить «банки», чтобы рационально использовать пространство корпуса.
Шаг 5 – соединение элементов
Собирать литиевые аккумуляторы можно по-разному: с помощью неодимовых магнитов, соединительных пластин и болтов, пайки или точечной сварки. Последний вариант наиболее универсален и практичен. Нужно только нарезать полосы никелевой ленты, правильно наложить их на контакты и приварить, используя аппарат контактной сварки. В результате получаем надежное соединение без риска перегрева.
В домашних условиях вместо точечной сварки обычно используют паяльник на 80–100 Вт и активный флюс ЛТИ-120. Его аккуратно наносят кисточкой или ватной палочкой на предварительно зашкуренные контакты. Лужение выполняют кратковременно, 2–3 секунды, чтобы не допустить перегрева. Провода вначале нагревают жалом паяльника, а потом быстро припаивают. Излишки флюса удаляют растворителем.
Проще всего собрать литиевую АКБ из элементов питания LiFePO4 с предусмотренным монтажным крепежом. Таким аккумуляторам не нужна ни пайка, ни сварка. У них предусмотрены резьбовые клеммы и крепежные болты. Для соединения используются переходные пластины, которые быстро и надежно фиксируются болтами.
К тому же, литий-железо-фосфатные АКБ – самые безопасные из литиевых батарей. Они морозоустойчивы, имеют ресурс более 2000 циклов заряд-разряд и обеспечивают стабильно высокую токоотдачу. Но напряжение у них ниже, чем у остальных литий-ионных элементов, и составляет 3,2 вольта.
Шаг 6 – присоединение силовых проводов и BMS
Для подключения зарядного устройства и нагрузки АКБ нужны силиконовые AWG провода с разъемами ХТ60. Для отслеживания параметров работы и их поддержания в безопасном диапазоне батарея дополняется BMS платой. Это она отключает АКБ от нагрузки или зарядки, когда напряжение достигает граничного значения. Конечно, функционал БМС контроллера этим не ограничивается и включает дополнительные возможности.
Шаг 7 – проверка и упаковка
Готовую батарею нужно зарядить и проверить, как она работает под нагрузкой. Если все сделали правильно, температура в норме и никаких переделок не требуется, упаковываем и герметизируем полученную сборку, используя широкую термоусадочную трубку.
Как сделать литий ионный аккумулятор своими руками
Мотик Suzuki SV400S ’98 купленный мной прошлой осенью практически сразу захотел новый аккумулятор — тот что был моментально разряжался, не всегда включал 35-ваттную ксенонку, а стартер крутил как-то вяло и нехотя. После очередного позорного старта «с толкача» я полез по сайтам в поисках нового аккумулятора. И практически сразу закручинился — новый аккумулятор для моей Сузы от любого приличного производителя выходил не меньше 3 т.р. И это за доисторические свинцовые аккумуляторы, малоемкие, тяжелые, с низкой токоотдачей! Многим известно что у большинства свинцовых аккумуляторов есть такая малоприятная «фича» — при заявленной емкости в 12 Ач безопасно можно использовать только половину емкости, т.е. около 6 Ач. Дальнейший разряд ведет к ускоренной деградации аккумулятора и скорой его замене. Исключение составляют аккумуляторы серий «Deep Cycle» — но часто ли вы видели такую надпись? )))
Еще немного покопавшись в просторах инета я нашел более интересный вариант — аккумуляторы собранные из элементов LiFePo4.
Осторожно! Много непонятных буковок и картинок
Литий-железная химия вполне безопасна, элементы емкие и легче свинца. Многие производители также говорят про 3-4 кратное увеличение времени жизни таких батарей при условии правильной эксплуатации. И емкость элементов — честная, хорошие элементы можно разряжать почти полностью без ущерба для них и без падения токоотдачи по мере разряда! К тому же еще и более морозоустойчивые чем свинец. Нашел подходяший по размерам и параметрам вариант — Shorai LFX12A1-BS12
Итак, что мы имеем? Емкость проставлена в «свинцовом эквиваленте», т.е. читаем 12 Ач — имеем в наличии все те же 6 Ач! За такие деньги — я не согласен. Быстрый перебор информации от остальных производителей аналогичных аккумуляторов тоже не порадовал — везде небольшая емкость, где честно проставленная, а где и опять располовиненная «PB EQ».
Скажете засада . Не для самодельщика ))
Дальше будет много терминологии понятной моделистам, электрикам и собратьям-самоделкиным. Если что — спрашивайте в комментах меня или мучайте гугля.
Два года назад я всерьез заинтересовался возможностью сборки электровелика «с нуля», таки собрал его, и вот уже года полтора использую его по назначению. Тяговая батарея собиралась из большого количества элементов и электроники для контроля ее состояния. Вот так она выглядит без чехла:
Количество проводов меня тоже пугает, да )
Навыки и информация полученная в процессе очень помогли в сборке новой батареи.
Итак, вводные: Элементы LiFePo4, максимальная емкость в пределах габаритов свинцовой батареи, максимальная токоотдача, система контроля для долгой счастливой жизни, минимальная цена.
Перекопав еще раз дебри сети нашел несколько подходящих вариантов, а финалистами стали два из них:
A123 ANR26650M1A 
номинальное напряжение 3,3в
номинальная емкость 2,3 Ач
номинальный разрядный ток 30С (69А с элемента)
максимальный разрядный ток до 60С (до 138А с элемента)
номинальный зарядный ток 10С (до 23А на элемент)
размеры 26мм х 66,5мм
вес 70гр.
и ZIPPY Flightmax 3600mAh 2S2P 30C LiFePo4 Pack 
номинальное напряжение 6,6в (3,3в на каждую пару элементов)
номинальная емкость 3,6 Ач (1,8 Ач на каждый элемент)
номинальный разрядный ток 30С (54А с элемента)
максимальный разрядный ток до 40С (до 72А с элемента)
номинальный зарядный ток 2С (до 3,6А на элемент)
размеры 139мм х 21мм х 45мм
вес 262гр.
В доступный нам обьем влезает 24 элемента А123 (схема 4S6P, емкость 13,8 Ач, зарядный ток до 138А, разрядный ток 414А/828А, вес 1680гр) или 8 батарей Zippy (схема 4S8P, емкость 14,4 Ач, зарядный ток до 28,8А, разрядный ток 432А/576А, вес 2100гр).
Все здорово и радостно, но теперь начинает влиять такой важный фактор как стоимость. 24 элемента А123 обойдутся примерно в 6000р., 8 батарей Zippy в 5600р, это все с доставкой. Дофига? Вот и я так подумал.
Поэтому несколько умерил свои аппетиты и заказал 6 батарей Zippy что обошлось мне в 4200р. Параметры конечно получились поскромнее, но все еще радующие глаз — схема 4S6P, емкость 10,8 Ач, зарядный ток до 21,6А, разрядный ток 324А/432А, вес 1570гр.
А в довесок, благо все в одном магазине, взял еще вот такую мелкую шнягу, которая называемся в миру Battery Checker & Balancer 
Эта мелкая приблуда будет заниматься здоровьем батарейки, иначе говоря она будет выравнивать напряжение элементов батареи относительно друг друга. Единственное «но» — тестер расчитан в первую очередь для батарей LiPo, а не LiFePo4, поэтому заряд батареи в % показываться будет неверно. Балансировке элементов это не мешает. Поэтому левый уголок экрана с указателем заряда батареи я просто заклеил — нефик сбивать с толку )
Ну и мелочевка — балансировочные кабели для тестера и защитные колпачки. Пригодицца! ©
Затем при помощи Почты России был небольшой перерыв — первая посылка ехала примерно 1,5 месяца, вторая 2,5 месяца.
Наконец все приехало, и я отбалансировал все батареи по отдельности на модельном заряднике. Это чтобы не получить небольшой «бадабум» при соединении батарей между собой. Заодно проверил емкость, стабильность напряжения на элементах при разрядке ну и вообще…
Следующий этап — пайка и сборка:
1) Спаял параллельно 2 группы по 3 батареи в каждой (2S6P + 2S6P) 
с другого ракурса 
Попутно все зафиксировал армированным скотчем — так надежнее и меньше шансов повредить тонкие полиэтиленовые оболочки элементов.
2) Так выглядит собранная вместе начинка батареи 
Два толстых провода с разьемами нужны для последовательного соединения частей батареи между собой. Также видны балансировочные выводы 2S от каждой части.
3) Распиленый на части пластиковый воздуховод послужит жестким корпусом батареи 
4) Примерка 
5) Стянул все армированным скотчем до полного удовлетворения, и сделал контакты «колечками» из самих выводов (подходящих контактных колечек под рукой не оказалось) 
6) Поставил балансироваться, разбег между элементами минимальный 
Через пару минут все сводится к общему знаменателю
И засыпает чтобы не жрать зазря мою новую батарейку 
Собсно всё, дальше батарейка была установлена в надлежащее место, и работает как ей и полагается.
Т.е. ксенон включается быстро и без противного моргания, стартер крутит как заведенный, а фары можно оставить на час-два без того чтобы они разрядили батарею до нуля. Когда поставлю противоугонку — можно также оставлять ее включенной намного дольше по времени. А еще я люблю хороший свет, поэтому в скором времени буду ставить на место 35вт ксенонки что-то получше — 55/75вт или вообще диоды. Батарея позволяет )
В следующей статье я расскажу как сделал из мощных диодов габарит/стопсигнал заменивший галогеновые лампочки.