Проектирование литий-ионных аккумуляторов на заказ
- Расчет и проектирование Li-ion батареи
- Выбор форм-фактора и типа химии аккумуляторов
- Схема соединения элементов
- Принцип сборки Li-ion батареи
- Задачи БМС платыв
- Аккумуляторные батареи на заказ
Литий-ионные батареи используются для автономного питания складской и клининговой техники, аккумуляторных инструментов, персонального электротранспорта, медтехники, портативных устройств и других видов энергозависимого оборудования. Изготовление Li-ion аккумуляторов на заказ еще больше расширяет возможности их использования, в т. ч. при реализации инновационных стартапов.
На заказ можно собрать АКБ практически любых размеров и формы, из цилиндрических или призматических элементов подходящего типоразмера и предпочитаемого бренда. В результате можно получить уникальную аккумуляторную батарею, собранную по определенной схеме с учетом необходимого запаса емкости, рабочего напряжения и уровня токоотдачи. В зависимости от условий использования, ее можно собрать из высокотоковых или более емких ячеек с наиболее подходящим типом химии.
Расчет и проектирование Li-ion батареи
Проектирование литий-ионных аккумуляторов начинается с определения характеристик, которыми должна обладать будущая аккумуляторная батарея:
- Емкость (А·ч) – определяет энергетическую вместимость АКБ, ее способность накапливать и отдавать электрическую энергию.
- Напряжение (В) – выбирается по вольтажу электромотора, для которого проектируется АКБ.
- Мощность, энерговооруженность (Вт·ч) – рассчитывается умножением значений напряжения и емкости. Определяет возможности АКБ выдавать определенную мощность в течение некоторого времени. Например, при мощности 1500 Вт·ч она сможет обеспечивать питание 500-ваттного электромотора около 3 часов.
- Допустимая токоотдача – значения разрядных токов, максимально приемлемые для конкретной аккумуляторной батареи. Они должны соответствовать энергопотреблению мотора. Рассчитываются делением мощности электромотора на рабочее напряжение. Высокая токоотдача важна для АКБ, используемых в электроинструменте, электромопедах, электромотоциклах и другой технике с мощными электромоторами. Для ее автономного питания нужны АКБ с высокими значениями токов разряда. Для сборки таких батарей используют высокотоковые аккумуляторы. Их главное отличие – минимальное внутреннее сопротивление. Благодаря ему обеспечивается высокая токоотдача и исключается перегрев при интенсивных нагрузках.
- Размеры и масса аккумуляторной сборки – имеют особое значение при установке АКБ в аккумуляторный отсек и в случаях, когда важно сохранить легкий вес конструкции.
После уточнения параметров начинается проектирование АКБ: выбор элементов питания для последующей сборки и поиски оптимальной схемы их соединения. В частности, можно собрать батарею из цилиндрических Li-ion ячеек, призматических аккумуляторов LiFePO4 или литий-полимерных элементов питания в виде пакетов.
Выбор форм-фактора и типа химии аккумуляторов
Цилиндрические Li-ion аккумуляторы имеют широкую номенклатуру, но наиболее популярны «банки» форм-факторов 18650 и 21700. Они используются повсеместно – от фонариков и электронных сигарет до электромобилей. Главное преимущество таких ячеек – большой ассортимент, позволяющий без проблем купить элементы предпочитаемого бренда с теми или иными характеристиками. Например:
- Высокотоковые Li-ion элементы подвида IMR содержат марганец и способны обеспечивать значительные токи разряда. Из таких ячеек собирают АКБ для портативного электроинструмента, персонального электротранспорта, медтехники и других устройств с интенсивным энергопотреблением.
- Наибольшую удельную емкость имеют Li-ion «банки» подвида ICR, содержащие кобальт. Из них собирают батареи ноутбуков и других маломощных устройств.
- У моделей подвида INR или NMC выдержан баланс между запасом емкости и способностью к токоотдаче. Он достигнут благодаря удачному сочетанию никеля, марганца и кобальта. Такие ячейки наиболее универсальны.
- Аккумуляторы с типом химии NCR или NCA содержат никель, кобальт и оксид алюминия. На большие токовые нагрузки они не рассчитаны, зато имеют хороший запас емкости.
Призматическая форма характерна для аккумуляторов типа LiFePO4, которые также бывают разных размеров отлично подходят для сборки тяговых батарей. Благодаря устойчивой химической структуре, они не греются при высокой токоотдаче, сохраняют работоспособность даже на морозе и в жару, быстро заряжаются, а их ресурс превышает 2000 циклов. Характерная особенность LFP ячеек – напряжение 3,2 В на элемент, в то время как у большинства Li-ion аккумуляторов вольтаж составляет 3,6 или 3,7 В.
Схема соединения элементов
Изготовление и сборка литий-ионных аккумуляторов осуществляется по заранее выбранной схеме. Она определяет параметры параллельно-последовательного соединения «банок». В обозначении схемы xSyP коэффициенты перед буквами S и P означают число последовательных и параллельных соединений элементов питания. Например, при изготовлении АКБ по схеме 14S5P выполняется последовательное соединение 14 секций, в каждой из которых находится 5 параллельно соединенных «банок».
При параллельном соединении элементов наращивается емкость батареи и возрастает ее способность к токоотдаче. Последовательное соединение обеспечивает набор необходимого вольтажа АКБ. От схемы сборки зависит количество соединяемых аккумов, размеры и вес батареи. Поэтому на этапе проектирования важно правильно рассчитать схему, чтобы будущая АКБ при оптимальных размерах и весе имела необходимый вольтаж и запас емкости, а также обеспечивала стабильную токоотдачу и не перегревалась при эксплуатации.
Принцип сборки Li-ion батареи
Перед соединением аккумуляторы проходят сортировку по внутреннему сопротивлению и емкости. Отбираются абсолютно идентичные ячейки – по типоразмеру, торговой марке, химическому составу, внутреннему сопротивлению, значению емкости. Это позволяет избежать дисбаланса и заранее исключить «слабые звенья», из-за которых батарея хуже бы работала и быстрее вышла из строя.
Комплектовка АКБ выполняется по предварительно выбранной схеме. Вначале аккумуляторы соединяются в параллельные секции, а затем выполняется последовательное соединение этих секций. Ячейки располагают так, чтобы не затруднять их электрическое соединение друг с другом и с BMS платой. Например, первую параллельную секцию размещают положительными контактами вверх, вторую – рядом с ней минусовыми контактами вверх и т.д.
Для электрического соединения элементов обычно используют точечную сварку и отрезы никелевой ленты. Полосы нарезают с запасом в 1 см, накладывают на контакты и приваривают. Вначале длинными полосами соединяют элементы в параллельных сериях. Затем их последовательно соединяют с помощью коротких отрезов никелевой ленты: минус первой параллельной серии с плюсом второй, минус 2-й серии с плюсом 3-й и т.д.
Задачи БМС платы
Литий-ионные батареи обязательно оснащают BMS платой – контроллером, который следит за рабочими параметрами АКБ и не допускает их выхода за допустимые границы. Этот электронный модуль защищает аккумуляторы от излишнего заряда, глубокого разряда, токовых перегрузок, перегрева, короткого замыкания и других неприятностей. Конфигурация БМС платы выбирается по количеству последовательных соединений в АКБ, максимальной величине разрядных токов и диапазону рабочих напряжений.
Аккумуляторные батареи на заказ
Компания VirtusTec с 2015 года проектирует и производит Li-ion батареи на заказ – с заданными параметрами, в полном соответствии с вашими пожеланиями. Наша продукция – это надежные накопители энергии, которые точно соответствуют заявленным характеристикам и отлично справляются со своими задачами.
Мы собираем на заказ аккумуляторные батареи с большим запасом емкости и высокими разрядными токами, нужного вам вольтажа, размеров и формы. Также мы продаем комплектующие для самостоятельной сборки литий-ионных АКБ, зарядные устройства, инверторы, предохранители и сопутствующие товары. Свяжитесь со специалистами VirtusTec, и они помогут вам с выбором.
Ранее мы опубликовали статью о том, для чего можно использовать аккумуляторы форм-фактора 18650.
