Как собрать аккумулятор для электросамоката?
Электросамокаты оснащают литиевыми аккумуляторными батареями, которые собирают из высокотоковых ячеек Li-ion или LiFePO4. Количество «банок» и схема их соединения зависит от того, какие рабочие параметры вы хотите получить, какие элементы используете и какие размеры может иметь собираемая АКБ. Номинальное напряжение батареи должно соответствовать вольтажу электромотора и, в зависимости от модели электросамоката, может составлять 24, 36, 48 или 60 В. Для суммирования вольтажа ячейки соединяют последовательно.
От емкости аккумуляторной батареи зависит время ее автономной работы и дальность пробега на 1 заряде. Обычно емкость АКБ электрических самокатов бывает от 5 до 15 А·ч. Оптимальный емкостной запас зависит от мощности мотора, массы электросамоката и условий его эксплуатации. Для набора емкости (и увеличения допустимых токовых нагрузок) ячейки соединяют параллельно.
При выборе подходящей схемы и технических характеристик батареи важно найти баланс между достаточно высокими рабочими параметрами и приемлемым весом АКБ. Кроме того, необходимо учесть форму и размеры батарейного отсека. Подходящую аккумуляторную батарею можно купить, заказать в специализированной мастерской или собрать самостоятельно. Далее мы приведем ориентировочный алгоритм действий по сборке Li-ion или LiFePO4 батареи своими руками.
Выбор аккумуляторов
Форму и типоразмер ячеек, как и бренд производителя, выбирайте на свое усмотрение. Самые распространенные – цилиндрические Li-ion «банки» форм-фактора 18650 и 21700, но можно использовать и другие элементы питания. Главное условие – они должны быть высокотоковыми, с минимальным внутренним сопротивлением, т.е. рассчитанными на достаточно высокие токи разряда и заряда. Иначе при высоких нагрузках батарея будет перегреваться и быстро выйдет из строя.
Устойчивость аккумуляторов к токовым нагрузкам зависит от особенностей их химического состава, прежде всего – от материала катода. В частности, высокотоковыми являются:
- литий-марганцевые аккумы (маркируются как IMR или INR) – они рассчитаны на продолжительные разрядные токи до 5С и кратковременные нагрузки до 10С, где С – значение емкости в ампер-часах;
- литий-железо-фосфатные модели (LiFePO4, маркируются как IFR или LFP) – у них С-рейтинг еще выше – до 10С при длительных нагрузках и до 25С кратковременно (до 3 секунд).
Чем мощнее электромотор вашего самоката, тем выше должен быть С-рейтинг его батареи. Поэтому для мощных моторов лучше использовать LFP аккумуляторы, а если мощность двигателя не превышает 750 Вт, подойдут Li-ion ячейки с маркировкой IMR или INR. Кроме уровня токоотдачи, литий-железо-фосфатные элементы выигрывают по морозоустойчивости (сохраняют рабочие характеристики при минусовых температурах), сроку службы (стабильно отрабатывают более 2000 циклов вместо 1000) и уровню безопасности (не взрываются и не возгораются).
Схема сборки
Батареи для электросамокатов обычно собирают по комбинированным (последовательно-параллельным) схемам типа 8S2P, 7S3P, 7S4P, 10S2P, 10S3P, 13S4P, 13S6P, 16S5P. Если наращивать емкость не нужно, элементы соединяют последовательно для набора заданного вольтажа. Например, из ячеек LiFePO4 с номинальным напряжением 3,2 В и емкостью 10 А·ч при их последовательном соединении (схема 12S1P) получаем АКБ на 38,4 В и 10 А·ч. Небольшой запас по вольтажу (38,4 вместо 36 В) допускается и приветствуется.
У Li-ion «банок» номинальное напряжение составляет 3,6 или 3,7 В. Чтобы собрать АКБ на 24 В, последовательно соединяют 7 таких ячеек (или серий, состоящих из нескольких параллельно соединенных элементов), для получения 36 В – используют схему 10S, для сборки батареи на 48 В – 13S. Количество элементов в параллелях зависит от того, насколько нужно увеличить емкость АКБ и удастся ли при этом вписаться в заданные размеры.
Что понадобится?
Для сборки литиевой АКБ нужны:
- высокотоковые аккумуляторы Li-ion или LiFePO4 с одинаковыми параметрами (одного форм-фактора, бренда, серии, идентичные по емкости и внутреннему сопротивлению) – в достаточном количестве, в зависимости от выбранной схемы соединения;
- холдеры;
- никелевая лента – желательно из чистого никеля, с минимальным сопротивлением;
- ножницы для нарезания полос из нее;
- аппарат для точечной сварки;
- BMS плата, соответствующая собираемой батарее по количеству последовательных соединений, диапазону рабочих напряжений, предельным токовым нагрузкам и остальным параметрам – она используется обязательно, чтобы не допускать глубокого разряда, перезаряда, перегрева, короткого замыкания и других проблем;
- принадлежности для пайки;
- соединительные провода;
- разъемы, переключатель, индикатор заряда;
- текстолит для изоляции ячеек;
- термоусадочная трубка разного диаметра – для герметизации проводов, соединений и готовой батареи;
- фен;
- зарядное устройство;
- мультиметр;
- защитные очки и перчатки.
Методика
Перед тем как собирать аккумулятор для электросамоката, проверьте выбранную схему соединения ячеек и убедитесь, что она подходит для получения нужных вам параметров. Затем измерьте напряжение и внутреннее сопротивление каждого элемента и отберите полностью идентичные «банки» в необходимом количестве. Установите их в холдеры рядами, в соответствии со схемой: в серии-параллели для наращивания емкости, и последовательно для суммирования напряжения.
Затем нарежьте никелевую ленту на полосы нужной длины. Для параллельного соединения нужны полосы, покрывающие по длине всю линию, а для последовательного – короткие отрезы, чтобы соединять «минус» одной серии с «плюсом» следующей. Выполните соединение ячеек, используя аппарат контактной сварки. Он без перегрева обеспечит надежный сварной шов – по 4 точки на 1 контакт.
Припаяйте балансировочные и силовые провода, выведите разъемы. В качестве силовых кабелей используйте силиконовые AWG провода с разъемами ХТ60-мама. Присоедините BMS плату. Протестируйте полученную сборку: выполните 2–3 цикла заряда-разряда с мониторингом рабочих параметров. В идеале для этих целей используется нагрузочный стенд. Готовую батарею оберните для изоляции стеклотекстолитом толщиной около 2 мм и герметизируйте с помощью термоусадочной трубки большого размера.
Если вы не хотите собирать АКБ самостоятельно, поручите эту задачу нашим мастерам. В результате вы получите высококлассную батарею с желаемыми параметрами и гарантией производителя.
Читайте в предыдущей статье блога VirtusTec.ru о правилах перевозки литиевых аккумуляторов.
