Как собрать аккумулятор из батареек

7

Как собрать аккумулятор из батареек

Все батареи состоят из элементов, которые объединены в ячейки, а ячейки собраны в готовую аккумуляторную систему.

Ячейка – это несколько параллельно соединенных элементов.

Для того, чтобы получить требуемые характеристики, нужно поиграть со смешанным соединением проводников (использовать параллельные и последовательные соединения) с целью получить нужные значения.

Элементы в данном случае (li-ion аккумулятора) – это банки 18650. Каждая банка обладает характеристиками. Она имеет ёмкость, допустимый ток разряда и вольтаж. Ёмкость и вольтаж элемента всегда указаны на самой банке (элементе). Но вот допустимые разрядные токи обычно не указаны и зависят от типа элемента. Обычно если изделие не совсем «паленое», эта информация есть в подробных характеристиках.

Если вы работает с Li-ion аккумулятором, то допустимый разрядный ток – это два значения ёмкости элемента. Лучше выдерживать примерно 1,7 от значения емкости. Например, если емкость одной банки составляет 1700 мАч, то разряжать её можно примерно на 2,9А. Важно, чтобы именно такие разрядные токи приходились на один элемент.

Параметр этот зависит от химии аккумулятора и если бы вы использовали кислотно-свинцовый аккумулятор, то там эти цифры значительно выше. У литий-железофосфатных тоже другое значение. Но вернемся к нашим баранам.

Вы уже узнали, что одна банка вашего аккумулятора имеет емкость пусть 1700 мАч и способна выдавать 3,7 В. Нужно понять, как объединить эти элементы в систему и сколько нужно элементов.
Количество элементов определяется исходя из необходимой мощности батареи и допустимых разрядных токов на один элемент. Давайте разберем всё это на простом примере.

Предположим, что есть у нас некоторый мнимый потребитель, мощность которого составляет 100 Вт, а для работы ему нужно 24 Вольта. Эти характеристики обычно указаны на корпусе самого объекта, который нужно запитать.

Рассчитываем батарею

Вспомним, что такое параллельное и последовательное соединения проводников. При параллельном соединении U = U1 = U2 и I = I1 + I2, а при последовательном всё наоборот. Ещё нужно помнить формулу электрической мощности P = U*I.

Известно, что наш потребитель кушает 100 Вт и работает при 24 В.

1. Значит, сила тока, которую нам нужно обеспечить в цепи составляет 100 Вт / 24 В = 4,2 Ампера (I = P/U). Дальше нам известно, что каждый элемент даёт нам по 3,7В.
Чтобы выйти на нужные значения по напряжению, мы сначала должны «раскидать» 24 Вольта по элементам.

2. Очевидно, что элементы по 3,7 Вольта нужно соединять последовательно, чтобы выйти на суммарный показатель. Ведь при последовательном соединении напряжения складываются. Соедини мы их параллельно, общее напряжение батареи составило бы 3,7 Вольта.
Сколько нужно раз взять по 3,7 Вольта, чтобы получить 24 Вольта? Разделим 24 В (рабочее напряжение нашего потребителя из примера, смотрим его на корпусе)/ 3,7 В (напряжение нашего элемента). Получили 6,5. Округлим до 7.

Итак, нам нужно соединить 7 элементов последовательно, чтобы обеспечить вольтаж.

3. Теперь нам нужно проверить емкость. Нам известно, что каждый элемент может отдавать 1,7 А в течение одного часа. Значит, в батарее с 7 последовательно соединенными элементами мы имеем силу тока 1,7 Ампера. Ведь элементы соединены последовательно, а значит I=I1=I2. А нужно нам получить 4,2 ампера (нашли значение в пункте 1). Время работы имеющейся аккумуляторной системы сейчас составит 1,7 ампера/ 4,2 ампера = 0,4 часа. Маловато. Да и разрядный то на один элемент сейчас составляет 2,47, что на 0,47 больше, чем две емкости одного элемента. Значит банки будут сами себя губить.

4. Добавим в нашу сборку дополнительно к каждому последовательно соединенному элементу по одному параллельному элементу. Образуем бОльшую ячейку. Что получаем? Напряжение на выходе ячейки постоянное, а вот емкость подрастает. Теперь каждая ячейка отдает вместо 1,7А*ч по 1,7 * 2 = 3,4 А*ч. Проверим время работы такого аккумулятора с нашим стоваттным потребителем. 3,4 А / 4,2 А = 0,8 часа. Уже интереснее. Проверим, не убьются ли элементы. 4,2 А разделим на 3,4 А = 1,23 А. Сравниваем с емкостью одного элемента – у нас 1,7 А*ч, а получили 1,23 А. Замечательно. Элементы проживут долго, так как мы не вышли за границу 2С.

5. Остается подогнать значение под нужное время работы. Делается это также. Добавляем в каждую ячейку параллельную банку. Можно заложить в расчёт хоть 500 часов автономной работы 🙂 Только аккумулятор будет заряжаться 300 лет и весить 500 кг.

Соединение элементов

После расчёта батареи и приобретения всех нужных элементов, нужно собрать аккумулятор. На производстве элементы Li-ion аккумулятора соединяются с помощью специальной никелевой ленты. Мы же обойдемся обычным паяльником :)…Банки аккумулятора можно смело спаивать друг с другом, используя обычные соединительные провода. Очень важно не перегревать элементы при пайке. Для быстрого и качественного их соединения уместно использовать паяльный флюс для алюминия. Бытует мнение, что паяные аккумуляторы долго не служат. Но на своем опыте могу подтвердить обратное. Главное следить за температурой при пайке и прикасаться к торцам аккумулятора на самое минимальное время.

Сами элементы можно соединить хоть скотчем. Китайцы любят упаковывать батареи в термоусадку.

Плата BMS

Теперь ещё один важный момент. Все аккумуляторные батареи из Li-ion элементов имеют контроллер заряда-разряда. Он называется плата BMS. Его нужно купить отдельно, ориентируясь на характеристики нашего потребителя и химию аккумуляторов. Эта плата позволит управлять зарядом вашей аккумуляторной системы и контролировать её разряд. Сажаем её на вход аккумулятора и на каждую ячейку вешаем балансиры (это устройство для равномерного заряда всех ячеек. Выходы на них отмечены на плате. Нужно просто соединить каждую ячейку проводом с платой BMS) . Ещё бывают платы BMS, интегрированные прямо в элементы аккумулятора. Если в элементе уже есть плата BMS, то общая плата не нужна. Важно, чтобы BMS была в каждом элементе.

Заряжать полученную систему мы будем тем зарядником, который остался у нас от старого аккумулятора.
Таким образом, мы собрали аккумулятор из отличных элементов и сэкономили деньги. Помимо этого, наш аккумулятор гораздо лучше подходит под конкретные задачи.

Как сделать аккумулятор или батарейку в домашних условиях

В настоящее время не существует проблемы приобретения гальванических элементов или перезаряжаемых источников питания (аккумуляторов). Тем не менее, умение самостоятельно сделать батарейку может пригодиться в некоторых ситуациях. Да и любителям экспериментировать это направление дает широкое поле деятельности.

Самодельная батарейка

Одноразовый гальванический элемент можно сделать из материалов, которые можно найти дома или в мастерской. В крайнем случае, некоторые ингредиенты легко купить в строительном магазине.

Материалы и инструмент

Чтобы подобрать материалы для электродов самодельного гальванического элемента питания, надо разобраться в таком понятии, как электродный потенциал. Электродным потенциалом материала называют ЭДС элемента, сделанного из этого материала, к условному нулю, за который принят потенциал водородного электрода. Чтобы получить максимальную ЭДС от источника, надо, чтобы разность электродных потенциалов была максимальной.

Также используется величина стандартный электродный потенциал – это электродный потенциал, приведенный к определенным условиям. Для выбора материала можно воспользоваться как одним параметром, так и другим. Данная характеристика для некоторых материалов приведена в таблице.

Чтобы в системе происходила окислительно-восстановительная реакция, преобразующая химическую энергию в электрическую, надо выбрать материалы анода и катода так, чтобы знак электродного потенциала электродов был противоположным, а разность этих величин – максимальной. Из «отрицательных» металлов больше всего подходит цинк (хотя алюминий найти проще, его потенциал несколько ниже), а из «положительных» — медь.

Далее, для запуска ионно-обменной реакции надо, чтобы металл контактировал с электролитом, и лучший вариант здесь, если электролит будет раствор соли того же металла. Для меди самая распространенная соль – сульфат меди или медный купорос (CuSO₄₎. Для алюминия и цинка тоже можно подыскать соответствующую соль (например, лекарственный сульфат цинка или хлористый цинк, используемый в качестве паяльной кислоты). Если подобное вещество найти не получится, можно использовать раствор поваренной соли, хотя и с меньшим успехом.

Самодельный электрохимический источник питания

При изготовлении надо понимать, что:

• напряжение элементов определяется электрохимическими реакциями, которые зависят от примененных реагентов (материалов электродов и электролитов);
• выходной ток (мощность) источника зависит от площади, на которой происходит реакция (площадью электродов), при этом электролита должно быть достаточно (или в избытке)для протекания реакций.

Если первое условие определяется материалами, которые удалось найти, то размеры надо определить самостоятельно. В первую очередь их зададут размеры сосуда, в котором все это будет собираться. Удобно, чтобы он был цилиндрической или близкой формы (стакан, колба, стеклянная банка и т.п.) и изготовлен из химически нейтрального материала (стекла, прочного пластика и т.п.).

Процесс изготовления

Подобрав сосуд, в котором будет в домашних условиях изготовлен гальванический элемент, в первую очередь надо сделать картонную мембрану, разделяющую электролиты (мостик). Если в качестве основного сосуда используется стеклянная банка, мембрану тоже лучше сделать цилиндрической формы.

Клеить картон клеем для бумаги не стоит – клей в растворе размокнет. То же самое относится и к соединению скотчем и подобными материалами. Лучший вариант – с помощью иголки и нитки сшить картонную трубочку, а потом пришить к ней дно.

Изготовление картонного цилиндра

Но швы потом придется герметизировать. Это можно сделать с помощью расплавленного парафина, лака и т.п. Если предстоит делать что-то фундаментальное, можно дополнительно обернуть цилиндр несколькими слоями бумаги или даже ткани. Для экспериментов достаточно и этого.

Для изготовления цилиндра вместо сшивания можно применить термоклей. Он химически нейтрален, не размокает в воде и герметизирует швы.

Создание мембраны с помощью термоклея

Положительный электрод можно сделать из листовой меди. Если ее нет – можно взять медный провод в лаковой изоляции, счистить покрытие и навить провод на наружную часть цилиндра. Чем больше намотать провода, тем больше будет мощность будущей батареи. Конец провода надо вывести наружу – он будет положительным выводом.

Намотка медного провода

Для крепления мембраны на банке удобно к цилиндру прикрепить «плечики» в виде диска. Второй электрод делается из цинка или алюминия.

В качестве источника алюминия можно использовать пивные банки, но с них надо тщательно счистить с двух сторон краску и лаковое покрытие.

Далее сборка пойдет в следующем порядке:

• делается насыщенный раствор медного купороса;
• раствор заливается в сосуд;
• туда же вставляется картонный «стаканчик» с медным электродом;
• в него заливается насыщенный раствор поваренной соли (или соли соответствующего металла);
• в цилиндрическую мембрану вставляется цинковый или алюминиевый отрицательный электрод.

От такого элемента удается получить ЭДС около 1 вольта при использовании цинка. Если электрод изготовить из алюминия, то напряжение холостого хода будет всего 0,7 вольта. Чтобы получить напряжение в 12 вольт, потребуется соединить последовательно примерно 20 таких ячеек. Экспериментальные данные показывают, что если самодельные батарейки делать в размерах стеклянных банок объемом 0,5 литра, то одна ячейка может выдать в нагрузку ток до 40 мА.

Аккумулятор своими руками

Набравшись опыта в изготовлении практических конструкций батареек, можно попробовать свои силы в создании возобновляемого накопителя энергии – аккумуляторе. Для этого пригодятся навыки, приобретенные на предыдущем этапе.

Материалы и инструмент

Щелочной аккумулятор самостоятельно изготовить достаточно сложно, так как потребуются достаточно редкие реагенты – никель или кадмий (последний еще и токсичен). Свинцово-кислотный аккумулятор также непрост для домашнего изготовления. Да и свинец плюс его оксид далеко не безвредны, не говоря о серной кислоте.

Дома можно сделать аккумулятор на основе угольных электродов . Понадобится угольный стержень из старой пальчиковой батарейки и таблетки активированного угля, которые надо перемолоть в мелкий порошок. Сами угольные электроды в химических реакциях не участвуют, но на них выделяются при зарядке, хранятся и расходуются под нагрузкой водород и хлор. Поэтому такой аккумулятор называется газовым. Также понадобится сосуд из химически нейтрального материала – пластика или стекла.

Очень важно, чтобы сосуд был светонепроницаемым – свет ускоряет саморазряд такого элемента. Если в качестве емкости используется стеклянная банка, ее надо покрасить (например, непрозрачным лаком).

Процесс изготовления

Для изготовления электродов сначала надо сшить два тканевых мешочка. В них вставляются графитовые стержни, и плотно набивается угольный порошок, приготовленный из таблеток активированного угля.

Готовые мешочки-электроды

Мешочки зашиваются так, чтобы концы стержней выглядывали наружу. Для подключения к электродам надо предусмотреть зажимы из металла. Дальше каждый мешочек надо плотно обмотать нитками. Чем плотнее они будут обмотаны, тем лучше будет контакт порошка со стержнями.

Электролит выполняется из поваренной соли – на 200 миллилитров воды 1..1,5 чайных ложки. Готовая жидкость заливается в сосуд, туда же вставляются мешочки с электродами и закрепляются каким-либо способом.

Конструкция газового аккумулятора

В начальный момент электроды не делятся на положительный и отрицательный, поэтому заряжать можно постоянным напряжением любой полярности уровнем около 5 вольт. Зарядка производится до тех пор, пока напряжение на электродах аккумулятора не достигнет 2,2..2,5 вольт.

Во время первой зарядки происходит формовка электродов. Один из них станет катодом, второй – анодом. Их надо пометить, и при последующих зарядках соблюдать полярность подключения зарядного устройства.

Как собрать мощную аккумуляторную батарею

Самодельные источники тока выдают небольшую ЭДС — 0,7 вольта совершенно недостаточно, чтобы запитать подавляющее большинство потребителей. Мощность элементов также невелика. Чтобы сделать источники, изготовленные в домашних условиях, более применимыми на практике, применяют различные типы их соединения в батареи.

Соединение элементов

Для увеличения выходного напряжения применяется последовательное соединение источников энергии. Плюсовой вывод одного элемента соединяется с минусовым другого и т.п. Таким способом собирается цепочка ячеек, ЭДС которых складываются. Например, из трех банок по 0,7 вольта можно получить батарею, у которой на выходе будет 2,1 В. Если нужно большее напряжение, число ячеек соответственно увеличивают.

Последовательное соединение банок

Чтобы получить большую мощность (увеличить отдаваемый ток), элементы соединяют параллельно. Плюсовые выводы всех элементов соединяют между собой, и минусовые также объединяют в одну цепь. Если единичная ячейка может выдавать ток, например, 10 мА, то три соединенных в параллель отдадут уже 30 мА.

Параллельное соединение банок

Если три указанных выше элемента соединить параллельно, то общее напряжение составит те же 0,7 вольт. Зато нагрузочная способность увеличится втрое – до 30 мА.

Если надо увеличить и напряжение, и нагрузочную способность источника энергии, применяется смешанное (последовательно-параллельное соединение). Если взять девять ячеек, и соединить их по три параллельно, а затем все цепочки соединить последовательно, можно получить батарею с выходом 2,1 вольт и выдающую в нагрузку до 30 мА.

Смешанное соединение ячеек

Контроллер заряда

Батарею на нужное напряжение и ток можно собрать не только из самодельных, но и из промышленных элементов. В настоящее время распространены литий-ионные аккумуляторы. Они обладают многими достоинствами, но есть и минусы, главные из которых:

1. Литий-ионные аккумуляторы боятся глубокого разряда (могут выйти из строя).
2. Li-Ion элементы боятся перезаряда (могут загореться).

Поэтому самодельную батарею нельзя заряжать бесконтрольно.

В процессе зарядки применяется контроллер зарядного тока. Он ограничивает ток, потребляемый аккумулятором, сигнализирует об окончании процесса или автоматически прекращает его при достижении полного уровня, а продвинутые модели формируют необходимый алгоритм пополнения энергии.

Схема простого ЗУ для литий-ионных батарей

Несложное зарядное устройство можно собрать на распространенной микросхеме LM317. Настройка сводится к установке резистором R8 напряжения на выходе 4,2 вольта на холостом ходу (без подключенного аккумулятора). Ток заряда устанавливается подборкой резисторов R4 и R6. Когда ток заряда снизится до минимума, светодиод погаснет. Это означает окончание процесса пополнения энергии. При необходимости этот пороговый ток можно установить подбором резистора R1.

Зарядник на микросхеме MAX1555

Более продвинутое устройство можно собрать на микросхеме MAX1555. Она ограничивает ток зарядки (при питании от входа USB – на уровне 100 мА, при питании от внешнего входа – на уровне 280 мА). Также можно приобрести готовые платы контроллеров зарядки, например, на базе MCP73831

Готовое ЗУ на микросхеме MCP73831

Если заряжается цепочка последовательно соединенных литий-ионных элементов, не обойтись без платы балансировки. Дело в том, что перезаряд Li-ion ячеек опасен и может привести к возгоранию. Но одновременно зарядить несколько аккумуляторов не получится из-за разброса параметров. При равном токе (а при последовательном соединении дело обстоит именно так), часть банок уже зарядится и, при продолжении процесса, они будут представлять собой опасность. Если зарядку прервать, оставшиеся элементы будут недозаряжены, что нерационально. Поэтому при зарядке последовательно соединенных элементов применяется плата балансира (BMS). Она контролирует уровень заряда каждой банки, и при достижении предельного значения шунтирует зарядившийся аккумулятор. Остальные ячейки продолжают заряжаться.

Такую плату можно сделать своими руками, отыскав схему в интернете, но проще ее купить на торговых интернет-площадках.

Плата BMS

Корпус

Корпус для батареи можно подобрать любой готовый, подходящий по размерам или сделать самостоятельно. Удобный корпус можно напечатать на 3D-принтере, сейчас эта услуга широкодоступна.

Очевидно, что сделать аккумулятор или батарейку самостоятельно совсем не сложно. Сложнее в домашних условиях выполнить надежную конструкцию и добиться от нее хороших параметров, чтобы источник питания можно было бы использовать на практике в качестве замены покупным элементам. Но для пытливого ума и умелых рук любые ограничения отсутствуют, а область для опытов открыта всем.

Электрика: Аккумулятор из литий ионных батареек

Всем привет! Проектирую аккумулятор из 18650х для своего авто. Осталось дороаботать, найти подходящие контроллеры заряда, собрать на шим, подобрать обслуживаемый корпус для замены вздутых банок, вобщем будут варианты. Результат увидите в следующем посте. Замечания принимаются. Не буду много букв писать и так всем понятно

1

осталось доделать немного, фото с просторов

2 3 и это 4. всегда было интересно увидеть тесла акб

Комментарии 160

somebody Здравствуй!
У меня вопрос такой: ты случайно не измерял вес одного элемента?
Очень интересно знать.
у меня нет возможности измерить граммы (весов таких нет).
хотел сравнить вес, ёмкость, размеры между кислотным и литий ионным аккумулятором.
ну при одинаковой ёмкости какая будет разница в размере и весе.

Если кто измерял, прошу напишите ответ?
Очень надо.
Спасибо.

Гелиевый не прощу купить? Он покруче будет!

Вопрос — а зачем? Стоимость такого акума будет в полтора-два разы выше обычного, это по самым скромным подсчетам цен на 18650. И на кой оно нужно?

повторю, тут хоть через раз пиши: есть халява

а ну если так тогда да)

И обычно ноутбучие акумы, полежавшие, имеют сработавшую защиту от избыточного давления. Я ее удаляю. вскрыв банку, вырезав клапан, припаяв провод к языку и герметизирую эпоксидкой в балоне с давлением 1 атм. После этого всеравно долго не работают.

балансиры на каждую банку, точнее пару банок в паралели штука не сложная. Я их паяю на микросхемах КРЕН, тупо стабилизируя 4.2 вольта, ток ограничивается возможностями зарядников и каждой банке нужен свой источник питания, гальванически развязаный с остальными.

незамысловатые схемки когда то я делал www.drive2.ru/l/6832120/

Реально. Однако обычные Li-Ion (Li-Po) неподходит по напряжению для автомобильной сети. Дело в том, что максимальное напряжение одной ячейки не должно превышать 4,2В! А минимальное не ниже 2,75В. Если ставить последовательно 3 ячейки, то получаем напряжение от 8,25В до 12,6В. Получается что без электронного блока автомобильный генератор сожжет эти аккумуляторы 14-14,7 вольтами.
Если же использовать 4 ячейки, то напряжение становится в нужных пределах (11-16,8В). Однако, получается что аккумуляторы будут постоянно "недозаряжены" и их емкость и максимальный ток будет при таких напряжениях в 2-3 раза ниже…
Есть один выход: литий-железо-фосфатные аккумуляторы (LiFePO4). Их напряжение от 2В до 3,65В (номинальное 3,2В). Получаем при использовании 4 аккумуляторов напряжение от 8 до 14,6В (номинальное 12,8В как на аккумуляторе Porsche). Более того, эти аккумуляторы не боятся перезаряда или переразряда.
Но и тут есть "подводные камни": емкость и максимальные токи таких аккумуляторов намного ниже чем у такого же размера Li-Po.
У меня есть аккумуляторы Li-Po от радиоуправляемого вертолета с высоким током отдачи. Они имеют три ячейки и 3000мАч с максимальным током разряда 60С (180А)! Так вот одним таким я заводил свой Golf но с трудом, а вот двумя очень легко! И это при том что размер одного немного больше обычного сотового!

+ еще встроенная защита в каждом акб 18650, при пуске стартера может срабатывать? (допустим есть готовый акб)

Зависит от защиты. На некоторых только защита от перезаряда и переразряда. Обычные 18650 имеют максимальный ток 20А. Т.о. Нужно их по 20-25 шт в параллель. А на 12В соответственно 60-75 шт.

Реально. Однако обычные Li-Ion (Li-Po) неподходит по напряжению для автомобильной сети. Дело в том, что максимальное напряжение одной ячейки не должно превышать 4,2В! А минимальное не ниже 2,75В. Если ставить последовательно 3 ячейки, то получаем напряжение от 8,25В до 12,6В. Получается что без электронного блока автомобильный генератор сожжет эти аккумуляторы 14-14,7 вольтами.
Если же использовать 4 ячейки, то напряжение становится в нужных пределах (11-16,8В). Однако, получается что аккумуляторы будут постоянно "недозаряжены" и их емкость и максимальный ток будет при таких напряжениях в 2-3 раза ниже…
Есть один выход: литий-железо-фосфатные аккумуляторы (LiFePO4). Их напряжение от 2В до 3,65В (номинальное 3,2В). Получаем при использовании 4 аккумуляторов напряжение от 8 до 14,6В (номинальное 12,8В как на аккумуляторе Porsche). Более того, эти аккумуляторы не боятся перезаряда или переразряда.
Но и тут есть "подводные камни": емкость и максимальные токи таких аккумуляторов намного ниже чем у такого же размера Li-Po.
У меня есть аккумуляторы Li-Po от радиоуправляемого вертолета с высоким током отдачи. Они имеют три ячейки и 3000мАч с максимальным током разряда 60С (180А)! Так вот одним таким я заводил свой Golf но с трудом, а вот двумя очень легко! И это при том что размер одного немного больше обычного сотового!

LiFePO4 кто сказал что они плохо ток отдают www.hobbyking.com/hobbyki…S2P_30C_LiFePo4_Pack.html. Я считаю C30 вполне нормально. LiFePO4 самое то использовать а АКБ авто

Это гавно, проверил на 5 комплектах. Вздуваются. Не берите. А123 рулят пока. Остальные хорошие — хрен найдешь.

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:

1. 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.
2. «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.
3. «Универсалы» с типом химии INR или NMC – формула с никелем, марганцем и кобальтом обеспечивает им баланс между солидным запасом емкости и интенсивной токоотдачей.
4. 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.