Создание моего самого первого большого проекта: АКБ из 18650
- Идея сборки Li-ion батареи
- Преимущества элементов 18650 Samsung 25R
- Выбор схемы
- Последовательность сборки
- Как выбрать правильную никелевую ленту для создания аккумулятораПроверка работоспособности
- Корпус для батареи
- Выводы
Самостоятельная сборка аккумуляторной батареи – процесс увлекательный и полезный. Особенно если любишь мастерить, занимательно проводить досуг и создавать практичные вещи своими руками. По части теории для решения этой задачи достаточно иметь базовые знания физики, электротехники и электроники. По практической части тоже требования минимальны – навыки обращения с паяльником и электронными схемами, аккуратность и внимательность.
Конечно, лучше соединять Li-ion аккумуляторы, используя никелевую ленту и аппарат точечной сварки. Но свою первую большую АКБ я собрал по-простому: соединил «банки» армированным скотчем и спаял по схеме 14S5P. Результат оказался вполне рабочим. Главное – пользоваться мощным паяльником, чтобы работать быстро и не перегревать аккумуляторы. Но давайте по порядку.
Идея сборки Li-ion батареи
Мое желание собрать литий-ионную АКБ созревало несколько месяцев. Вскоре нужно было менять старую батарею на электровелосипеде, и при выборе между «купить» и «сделать» я все больше склонялся ко второму варианту. Мне нужна была батарея на 48 В с запасом емкости порядка 12 А·ч, собранная из высокотоковых элементов. Выбор пал на Li-ion аккумуляторы культового типоразмера 18650 от Samsung, модель 25R.
Преимущества элементов 18650 Samsung 25R
Это аккумуляторы со стабильной токоотдачей до 25 А и емкостью 2500 мА·ч. В импульсном режиме выдерживают токи до 100 А. Идут без защиты, с плоским плюсовым контактом. Замечательно подходят для сборки АКБ, оснащаемых собственной BMS платой. Номинальное напряжение у них стандартное – 3,6 В, рабочий диапазон – от 3 до 4,2 В.
Как и другие элементы питания с типом химии NMC (никель-марганец-кобальтовая технология), Samsung 25R имеют отлично сбалансированные характеристики. Высокая производительность у них сочетается с хорошим запасом емкости, а большие допуски по разрядным токам исключают риск нагрева батареи при интенсивной работе под нагрузкой. Отличный выбор для использования на электровелосипеде.
Выбор схемы
Собрать АКБ можно практически по любой схеме: 14S5P, 13S5P, 13S6P, 14S4P и т.д. Все зависит от того, какие аккумуляторы используются, и какие характеристики нужно получить в итоге. Слева возле буквы S указывается количество последовательных соединений, по которым суммируется напряжение ячеек. Возле буквы Р указывается количество параллельно соединенных аккумуляторов в каждой секции. Именно благодаря параллельным соединениям наращивается емкость.
С одной стороны, чем больше запас емкости, тем дальше и дольше можно кататься на 1 заряде. С другой стороны, получить огромный запас емкости можно только ценой утяжеления и расширения объемов батареи. Для легкого электротранспорта нужна достаточно емкая, но при этом компактная и нетяжелая АКБ. Да и вопрос стоимости немаловажен.
Поэтому я не стал жадничать и остался верен схеме 14S5P. Она подразумевает, что в аккумуляторной батарее последовательно соединяется 14 секций, в каждой из которой параллельно собирается по 5 элементов.
Итого в такой батарее собрано 70 аккумуляторов типоразмера 18650, массой около 50 г каждый. Суммарный вес ячеек – около 3,5 кг. Суммарное напряжение сборки (номинал) – 3,6 В х 14 = 50,4 В, запас емкости – 2500 мА·ч х 5 = 12 500 мА·ч. Мощность или энерговооруженность такой батареи составляет 50,4 В х 12,5 А·ч = 630 Вт·ч. Для редукторного мотор-колеса на 350 Вт – в самый раз.
Кстати, можно было ограничиться схемой 13S, как чаще всего и делают для получения вольтажа 48 V. Но тогда бы я получил номинальный вольтаж сборки 3,6 В х 13 = 46,8 В и меньшую мощность батареи – 46,8 В х 12,5 А·ч = 585 Вт·ч. Разница вроде бы небольшая, но я решил добавить последовательно еще 1 секцию. Тем более что размеры корпуса позволяли это сделать.
Последовательность сборки
Перед тем как собирать АКБ, я протестировал аккумуляторы и отобрал 70 штук с равными значениями внутреннего сопротивления и емкости. Воспользовался зарядкой и выровнял их вольтаж. Как и все литий-ионные «банки» без платы защиты, заряжать их нужно осторожно – не превышая верхний предел в 4,2 вольт. Желательно всегда соединять в батарею ячейки, одинаковые по всем параметрам. В таком случае в сборке не будет слабых звеньев, батарея будет работать на полную мощь и прослужит дольше.
Для создания своей первой крупной АКБ из 18650 я использовал активный флюс ЛТИ-120 и паяльник на 80 Вт. Чтобы не перегреть аккумуляторы паяльником, работал им точечно и кратковременно – по 2 секунды. Для аккуратной точечной пайки без лишнего нагрева сделал специальную насадку – колпачок из тонкого картона и термоскотча с небольшим отверстием по центру.
Я немного зашкурил аккумуляторы в местах лужения и залудил их паяльником. Флюс наносил ватной палочкой, понемногу, а после пайки удалил спиртом. Секции скрепил армирующим скотчем и соединил медными проводами. В качестве силовых проводов воспользовался силиконовыми термостойкими проводами 12G. В завершение к полюсам батареи припаял провода от БМС платы.
Проверка работоспособности
Готовую батарею я зарядил и проверил, как она работает под нагрузкой. Убедившись в надежности соединений и отсутствии нагрева, упаковал ее в термоусадочную трубку, поместил в корпус, установил на электровелосипед, подключил и отправился на тестовый прокат. Как показал опыт последующих поездок, собрал я свою первую большую батарею нормально.
Корпус для батареи
Я использовал корпус от старой батареи – съемный Hailong 2 Plus, устанавливаемый на место флягодержателя е-байка в треугольник рамы. Он выполнен из ABS пластика и в аккурат вмещает сборку 14S5P, т.е. 70 аккумуляторов формата 18650. Кстати, это его максимальная вместительность. Батарея имеет размеры 90 х 252 х 65 мм, плюс прибавка на БМС плату и провода. Размеры корпуса – 90 х 365 х127 мм.
Выводы
Собрать литиевую батарею несложно – можно даже обойтись без аппарата точечной сварки и ограничиться мощным паяльником. И хотя в дальнейшем я перешел на контактную сварку, этот метод также себя оправдал. Но нужно помнить, что Li-ion аккумуляторы чувствительны к перегреву, и контактировать с ними жалом паяльника не более 2–3 секунд.
Чтобы приложенные усилия не пропали даром, нужно использовать компоненты хорошего качества и ответственно подходить к сборке. Например, старые аккумуляторы от ноутбука отлично подходят для тренировок, оттачивания мастерства и переделок, к которым не выдвигаются высокие требования. Но если нужна надежная батарея для любого устройства – хоть для шуруповерта, хоть для электровелосипеда – я собираю ее из новых элементов питания.
При использовании «уставших» аккумуляторов, даже если они мастерски соединены в батарею, ожидать чудес не приходится. Для таких сборок характерна быстрая потеря емкости, неспособность держать заряд и обеспечивать стабильную токоотдачу. Для себя я вывел простую формулу: новые аккумуляторы с подходящими характеристиками + правильная компоновка + корректная сборка + надежная BMS плата = стабильно работающая АКБ под любые задачи.
Читайте в предыдущей статье блога VirtusTec.ru об аккумуляторах для медицинских тренажеров и симуляторов.
