г. Москва, Выборгская улица д. 20, корп. 2

Как сделать литиевый аккумулятор из ячеек 18650 и 21700?

Содержание статьи

АКБ Li-ion 11,1 Вольт 3S11P (8,1-12,6В) 28,6 A*ч-71,5A*чАккумуляторную батарею Li-ion типа можно собрать из элементов любых размеров и формы: цилиндров, призматиков, пакетов. Но в каждой сборке важно использовать одинаковые «банки» – с идентичными рабочими параметрами, одного размера и химического состава. Перед соединением аккумуляторы обязательно сортируются по внутреннему сопротивлению и емкости. Это позволяет избежать разброса по характеристикам и проблем при использовании АКБ.

Размеры аккумуляторов

При всем разнообразии Li-ion аккумуляторов наиболее распространенными остаются цилиндрические модели форм-фактора 18650. Но в последнее время с ними активно конкурируют цилиндры формата 21700. Сегодня эти типоразмеры считаются мировыми стандартами и используются повсеместно – от фонариков до электромобилей.

В 5-значном обозначении форм-фактора зашифрованы геометрические параметры «банки»:

  • 2 начальные цифры – диаметр в мм;
  • 2 последующие цифры – длина в мм;
  • последний 0 – цилиндрическая форма.

Конечно, для сборки аккумуляторной батареи можно взять незащищенные элементы любых других размеров. Но из-за массового распространения именно форм-факторы 18650 и 21700 радуют огромным ассортиментом. Это позволяет выбрать элементы Samsung, Tesla, LG, Panasonic и других брендов под любые задачи – хоть высокотоковые, хоть с максимальным запасом емкости.

Выбираем типоразмер: 18650 или 21700

Чтобы решить, из каких «банок» лучше собирать литиевую АКБ в конкретном случае, нужно оценить их общие черты и различия.

Параметр

18650

21700

Геометрические характеристики

Цилиндр Ø18 мм, длиной 65 мм.

Цилиндр Ø21 мм, длиной 70 мм.

Напряжение

Номинал – 3,6–3,7 В, максимум – 4,2 В.

Уровень токоотдачи

1С–10С

Запасаемая емкость

1500–3600 мА·ч

3000–5000 мА·ч

Вес

Около 50 г

Около 70 г

Вывод: Аккумуляторы 21700 немного крупнее и примерно на 20 г тяжелее моделей 18650, поэтому и запас емкости у них больше (если сравнивать «банки» с одинаковым типом химии). В остальном модели обоих типоразмеров идентичны и одинаково хорошо подходят для сборки АКБ.

Выбираем между большой емкостью и токоотдачей

В зависимости от того, где и для чего будет использоваться аккумуляторная батарея, на первый план выходит или увеличенный запас емкости, или высокие нагрузки по току. От этого выбора зависит, какой тип химии вам нужен:

  1. Аккумулятор Samsung 30Q 18650 Li-ion 3,7 Вольт 3000 мА*чIMR – литий-ионные аккумуляторы с марганцем. При скромной емкости и ресурсе около 700 циклов они впечатляют допустимыми токовыми нагрузками – до 10С и даже до 40С в импульсном режиме. Это те самые высокотоковые модели, рассчитанные на стабильную токоотдачу в устройствах с активным энергопотреблением. Они отлично подходят для оснащения персонального электротранспорта, портативного электроинструмента, медицинской техники.
  2. ICR – «банки» с кобальтом, рекордсмены по удельной емкости. Токоотдача у них скромная – 1С. Ресурс хороший – 500–1000 циклов. Такие элементы питания применяются в устройствах с незначительным потреблением тока, например, в ноутбуках и фотоаппаратах.
  3. INR или NMC– универсальные модели с никелем, марганцем и кобальтом. Характеристики у них сбалансированы: хороший запас емкости, высокая токоотдача, ресурс свыше 1000 циклов и широкий температурный диапазон.
  4. NCR или NCA – емкие модели с никелем, кобальтом и оксидом алюминия. Рассчитаны на небольшие токовые нагрузки – около 1С. Сохраняют исходные характеристики в течение 500 циклов и более. Востребованы в медицине и промышленности.

Схема соединения

Чтобы собрать аккумуляторную батарею своими руками, нужно определить оптимальную схему соединения ячеек. Она зависит от того, какими должны быть емкость и вольтаж готовой АКБ, и какие характеристики у используемых вами элементов питания. Напряжение у Li-ion «банок» всех размеров одинаково и составляет 3,6 или 3,7 В. Оно ниже только у моделей подвида LiFePO4 (3,2 В) и LTO (2,3–2,4 В). Емкость аккумов бывает разной – в зависимости от их размеров и химического состава. Допустимые разрядные токи также зависят от типа химии.

Для увеличения емкости элементы соединяются параллельно, а для получения нужного вольтажа выполняется последовательное соединение этих серий. Количество последовательных соединений указывается цифрой возле буквы S, а число параллельных соединений в отдельно взятой серии – цифрой возле буквы Р. Например, схема 3S10P означает, что в батарее последовательно соединено 3 серии, в каждой из которой параллельно собрано по 10 аккумов.

Артикул:2436
В наличии
172
Артикул:2467
В наличии
497
Артикул:2481
В наличии
560
Артикул:2953
В наличии
392

Пример расчета Li-ion батареи

Предположим, что вы хотите сделать своими руками из аккумуляторов Tesla 21700 напряжением 3,7 В и емкостью 4800 мА·ч батарею с характеристиками 48 В и 24000 мА·ч. Получаем:

  • 24000/4800=5;
  • 48/3,7≈13.

Значит, нам подходит схема сборки 13S5P. Для получения заданных характеристик нужно последовательно соединить 13 серий, в каждой из которых будет параллельно соединено по 5 «банок». Всего для сборки понадобится 13х5=65 элементов. Мощность такой АКБ составит 24 А·ч х 48 В = 1152 Вт·ч.

Алгоритм сборки АКБ

Опишем пошагово, как сделать из аккумуляторов 18650, 21700 или другого типоразмера Li-ion батарею:

  1. Решаем, какие «банки» будем использовать: какого размера и бренда, с каким запасом емкости и допустимыми нагрузками по току.
  2. Рассчитываем схему сборки.
  3. Отбираем необходимое количество элементов с одинаковыми значениями внутреннего сопротивления и емкости. Выравниваем их вольтаж, используя зарядку.
  4. Батарея Li-ion из аккумуляторов 18650Подготавливаем никелевую ленту, аппарат для точечной сварки, BMS плату, паяльные принадлежности, силиконовые AWG провода с разъемами ХТ60-мама, выключатель и индикатор заряда. Для упаковки будущей батарейки подготавливаем стеклотекстолит толщиной около 2 мм, термоусадочную трубку подходящих размеров и промышленный фен.
  5. В соответствии с выбранной схемой сборки компонуем батарею.
  6. Нарезаем никелевую ленту на полосы нужной длины, с запасом около 1 см.
  7. Накладываем их на контакты элементов. Проверяем, правильно ли расположены полосы, и аккуратно привариваем их.
  8. К выходам АКБ припаиваем BMS плату. Она будет отслеживать рабочие параметры, не допуская перегрузок по току, глубокого разряда, перезаряда, КЗ и других опасных состояний.
  9. Припаиваем AWG провода с разъемами ХТ60-мама – для подключения батареи к зарядному устройству и потребителям тока.
  10. Устанавливаем индикатор заряда и выключатель.
  11. Проверяем, как работает готовая батарея – заряжаем ее и выполняем несколько циклов разряд-заряд, контролируя температуру элементов и соединений. В идеале – используем нагрузочный стенд и строим график разряда по результатам испытаний под заданной нагрузкой.
  12. Исправно работающую АКБ упаковываем в стеклотекстолит и термоусадочную трубку. Помещаем в нее батарею и нагреваем материал феном, чтобы он дал усадку и обеспечил надежную герметизацию. Затем помещаем АКБ в нейлоновую сумку или ударопрочный корпус.

Пайка вместо точечной сварки

Для сборки самодельных батарей в домашних условиях нередко используют обычный паяльник и соединительные провода. Такой метод допустим, но важно избежать перегрева элементов. Для этого необходимо контролировать температуру и свести к минимуму время воздействия паяльника на ячейки. Для быстрой и качественной пайки обычно используют флюс для алюминия.

Ранее в блоге VirtusTec.ru вышла статья об источниках бесперебойного питания с возможностью подключения солнечной панели.

  • Статья обновлена: 03 октября 2022 г.
  • 03 октября 2022 г.
  • 3202 просмотра
  • 0 комментариев
Создание моего самого первого большого проекта: АКБ из 18650
Предыдущая
Создание моего самого первого большого проекта: АКБ из 18650
Следующая
Как сделать аккумулятор на 12В из аккумуляторов 18650?
Как сделать аккумулятор на 12В из аккумуляторов 18650?
RU Москва