Как самому собрать литий-ионный аккумулятор?

Собрать аккумуляторную батарею Li-ion типа можно из компонентов любого типоразмера и формы: цилиндрических ячеек, «пакетов», призматиков. Для сборки АКБ можно использовать любые компоненты: Li-ion ячейки с напряжением 3,6 или 3,7 В, аккумуляторы LiFePO4 с вольтажом 3,2 В, элементы Li-Po (3,7 В) или LTO (2,3–2,4 В).

Выбор типа химии зависит от параметров, которые должна иметь АКБ, и наиболее важных свойств. Например, аккумуляторы на основе литий-железо-фосфата более приспособлены для использования на морозе и имеют увеличенный циклический ресурс. Но по удельной емкости они уступают «банкам» Li-ion и Li-Po.

Главное правило: в составе каждой аккумуляторной батареи должны быть ячейки одного типа с абсолютно одинаковыми параметрами.

Схема сборки АКБ

Аккумуляторные батареи собирают по заранее выбранным схемам (12S14P, 10S1P и т.д.). В их обозначении число перед буквой S указывает на количество последовательных соединений, а число перед буквой Р – на количество параллельных соединений в каждой серии. На выбор схемы сборки влияет 2 фактора:

1. Емкость и напряжение аккумуляторов, которые будут соединяться в единую батарею.
2. Необходимые характеристики создаваемой батареи: ее емкость, напряжение, оптимальные размеры и форма.

При параллельном соединении «банок» суммируется их емкость. Когда полученные серии соединяют последовательно, суммируется их напряжение. В результате можно получить АКБ практически с любыми характеристиками. Например, если соединить по схеме 10S3P литий-ионные аккумуляторы с емкостью 2,5 Ач и вольтажом 3,6 В, получим АКБ с напряжением 36 В и запасом емкости 7,5 Ач.

Принцип сборки

Литиевая батарея собирается из одинаковых ячеек: с равными величинами емкости, вольтажа и внутреннего сопротивления. Сборка выполняется по предварительно выбранной схеме, по методу последовательно-параллельного соединения. Для большинства Li-ion ячеек соединение осуществляется с применением контактной точечной сварки и отрезов никелевой ленты. Некоторые аккумуляторы LFP типа соединяются с помощью монтажных пластин и болтов.

Для зарядки и питания батарея оснащается силиконовыми AWG проводами с разъемами ХТ60-мама. Для поддержания оптимальных рабочих характеристик АКБ снабжается BMS платой. Она оберегает аккумуляторы от перезаряда, КЗ, критического разряда и других опасных состояний. Благодаря этому батарея работает в благоприятных условиях, и продлевается срок ее службы.

Необходимые комплектующие, материалы и инструменты

Чтобы сделать Li-ion АКБ своими руками, понадобятся:

• аккумуляторы, отобранные по внутреннему сопротивлению и емкости;
• никелевая лента;
• аппарат точечной сварки – при использовании такого оборудования элементы питания не перегреваются;
• БМС плата;
• принадлежности для пайки;
• разъем для подключения ЗУ или нагрузки;
• выключатель;
• индикатор уровня заряда АКБ;
• стеклотекстолит толщиной 1,5–2 мм;
• термоусадочная трубка большого диаметра;
• промышленный фен;
• корпус – его можно купить или сделать самостоятельно, например, на 3D принтере;
• мультиметр, тестер;
• зарядное устройство – предназначенное для Li-ion батарей или универсальное;
• средства защиты – диэлектрические перчатки, очки.

Пошаговый алгоритм сборки

После расчета подходящей схемы сборки аккумуляторы проверяются на идентичность внутреннего сопротивления и емкости. На производствах для этих целей используются сортировочные машины. Напряжение на всех ячейках тоже должно быть одинаковым. Но даже у новых элементов питания наблюдается разбег 3,5–3,7 вольт. Нужно выровнять их вольтаж с помощью зарядки.

Чтобы собрать из аккумулятор 18650 нужно:

1. Нарезать никелевые полосы с запасом по длине в 10 мм.
2. Наложить их на контакты ячеек и убедиться в правильности расположения.
3. Приварить полосы, соединяя элементы в соответствии с выбранной схемой.
4. Припаять к концам батареи БМС плату – для защиты батареи от опасных состояний и мониторинга ее рабочих параметров.
5. Установить индикатор заряда, выключатель индикатора, разъем для подсоединения зарядного устройства или нагрузки.
6. Выполнить проверку собранной АКБ – несколько раз разрядить ее под нагрузкой и снова зарядить током 0,5С. Убедиться в отсутствии нагрева и полной работоспособности батареи. На производстве для этих целей используется специальный нагрузочный стенд, и после испытаний по полученным результатам получают график разряда.
7. После успешных проверок – упаковать аккумуляторную батарею с помощью стеклотекстолита и термоусадки большого диаметра. Достаточно нагреть ее феном, и материал усядется, плотно облегая поверхность батареи.
8. Изготовить корпус или взять готовый. Поместить в него полученную батарею.

Этот метод подходит и для сборки аккумуляторной батареи другого типоразмера. 

Выводы

По такому принципу можно изготовить аккумуляторную батарею для шуруповерта, е-байка, аккумуляторной электростанции, беспилотника и любых других устройств. Главное – использовать компоненты хорошего качества, соблюдать правила соединения элементов, быть внимательным и аккуратным.

Для сборки батареи желательно брать новые «банки», в идеале – из одной серии. При переделке старой АКБ от ноутбука или других устройств не стоит рассчитывать на эффективную работу батареи. Аккумуляторы, исчерпавшие свой ресурс, не способны полноценно принимать и отдавать заряд. Но из них можно сделать батарею, если вы хотите попрактиковаться и отточить свои навыки.

Если же вам нужна надежная АКБ с хорошими характеристиками, все ее компоненты и качество сборки должны быть безупречными. Лучше всего поручить сборку Li-ion батареи специалистам. Но если вы уверены в своих знаниях и навыках, имеете необходимое оборудование и все комплектующие, можете выполнить эту работу своими силами.

Ранее в блоге VirtusTec вышла статья об АКБ для автономной декоративной подсветки ландшафта.