Как собрать аккумуляторную батарею своими руками (тонкости и советы)
В этой статье мастер-самодельщик проведет нас по всем этапам сборки батареи, от выбора материала до окончательной сборки. Радиоуправляемые игрушки, батареи ноутбуков, медицинские приборы, электровелосипеды и даже электромобили используют аккумуляторы в основе которых элемент питания 18650.
Батарея 18650 (18*65 мм) — это размер литий-ионной батареи. Для сравнения обычные батарейки формата АА имею размер 14*50 мм. Конкретно эту сборку автор делал для замены свинцово-кислотного аккумулятора в изготовленной им ранее самоделки.
Инструменты и материалы:
— Аккумуляторы 18650 ;
— BMS (Battery Management System) ;
— Никилиевая полоса ;
— Индикатор уровня заряда батареи ;
-Выключатель;
-Разъем;
— Держатель аккумуляторной батареи 18650 ;
-Винты 3M x 10 мм;
-Аппарат точечной контактной сварки;
-3D-принтер;
-Стриппер (инструмент для снятия изоляции);
-Фен;
-Мультиметр;
-Зарядное устройство для литий-ионных батарей;
-Защитные очки;
-Диэлектрические перчатки;
Некоторые инструменты можно заменить на более доступные.
Шаг первый: выбор аккумуляторов
Первым делом нужно выбрать правильные аккумуляторы. На рынке представлены разные батареи от $ 1 до $ 10. По утверждению автора лучшие аккумуляторы фирм Panasonic , Samsung , Sanyo и LG. По цене они дороже других, но зарекомендовали себя хорошим качеством и характеристиками.
Не советует автор покупать батареи с названиями Ultrafire, Surefire и Trustfire. Это батареи которые не прошли контроль качества на заводе и были куплены по бросовой цене и перепакованы под новым названием. Как правило в таких батареях отсутствует заявленная емкость и есть риск возгорания при заряде-разряде.
Для своей самоделки мастер использовал аккумуляторы фирмы Panasonic емкостью 3400 мАч.
Шаг пятый: расчет батарей
Для проекта мастеру нужна батарея с напряжением 11,1 В и емкостью 17000 мАч.
Емкость батареи 18650 составляет 3400 мАч. При параллельном соединении пяти аккумуляторов получаем емкость равную 17000 мАч. Обозначают такое соединение Р, в данном случае 5Р
Одна батарея имеет напряжения 3,7 В. Что бы получить 11,1 В нужно соединить последовательно три батареи. Обозначение S, в данном случае 3S.
Итак для получения нужных параметров нужно три секции, состоящих каждая из пяти параллельно соединенных аккумуляторов, соединить последовательно. Пакет 3S5P.
Сверху устанавливает вторую ячейку.
Шаг седьмой: сварка
Отрезает четыре никелевые полосы, для параллельного соединение, с запасом в 10 мм. Отрезает десять полосок для последовательного соединения.
Укладывает длинную полоску на + контакты первой (при переворачивании она так и останется первой) параллельной ячейки 5Р. Приваривает полосу. Приваривает полоски одним концом к + третей ячейки другим к — второй. Приваривает длинную полосу к + третей ячейки (поверх пластинок). Переворачивает блок. Приваривает пластинки с обратной стороны учитывая, что теперь параллельно соединяем третью, а параллельно-последовательно первую и вторую секции (учитывая что ее перевернули).
Шаг восьмой: BMS (Battery Management System)
Сначала немного разберемся что такое BMS.
BMS (Battery Management System) – это электронная плата, которая ставится на аккумуляторную батарею с целью контроля процесса её заряда/разряда, мониторинга состояния аккумулятора и его элементов, контроля температуры, количества циклов заряда/разряда, защиты составных аккумуляторной батареи. Система управления и балансировки обеспечивает индивидуальный контроль напряжения и сопротивления каждого элемента аккумулятора, распределяет токи между составными аккумуляторной батареи во время зарядного процесса, контролирует ток разряда, определяет потерю емкости от дисбаланса, гарантирует безопасное подключение/отключение нагрузки.
На основе получаемых данных BMS выполняет балансировку заряда ячеек, защищает аккумулятор от короткого замыкания, перегрузки по току, перезаряда, переразряда (высокого и чрезмерно низкого напряжения каждой ячейки), перегрева и переохлаждения. Функциональность BMS позволяет не только улучшить режим эксплуатации аккумуляторных батарей, но и максимально увеличить срок их службы.
Важными параметрами платы является количество ячеек в ряду, в данном случае 3S, и максимальный разрядный ток, в данном случае 25 А. Для данного проекта мастер использовал плату со следующими параметрами:
Модель: HX-3S-FL25A-A
Диапазон перенапряжения: 4,25
4,35 В ± 0,05 В
Диапазон разрядного напряжения: 2,3
3,0 В ± 0,05 В
Максимальный рабочий ток: 0
25 А
Рабочая температура: -40 ℃
+ 50 ℃
Припаивает плату к концам батареи согласно схеме.
Источник
Чем заменить автомобильный аккумулятор
Недавно один знакомый пришел в гости из деревни. Жаловался на все – власть, цены продуктов питания, цены на топливо, не забыл и про свой автомобильный аккумулятор. А ведь он был прав, автолюбители, которые живут в сельской местности (да и городские тоже) часто сталкиваются с проблемой такого рода.
Не каждый может заменить автомобильный аккумулятор вовремя, а срок службы современных авто аккумуляторов всего 2-3 года и то в лучшем случае, разумеется речь о бюджетных аккумуляторов с ценой 70-100 – запомните эту сумму.
Мы уже давно привыкли, что автомобильный аккумулятор свинцо-кислотный, а это означает, что он тяжелый, едкий и габаритный.
Неужели человечество за 100 лет автомобильной промышленности не придумало ничего получше этого? На самом деле это не так. ЛИТИЙ-ИОННЫЙ или ЛИТИЙ-ПОЛИМЕРНЫЙ аккумулятор – это революционные виды аккумуляторов с довольно большим сроком службы и большой энергоемкости.
Средний вес автомобильного аккумулятора с электролитом (кислотой) составляет в районе 30кг, довольно немало, многие автолюбители с трудом поднимают такую тяжесть, в том случае, когда есть необходимость зарядить аккумулятор от зарядного устройства.
Вернемся к литиевым аккумуляторам. Ученые придумали хороший стандарт 18650 – компактная гильза, с напряжением 3,7 Вольт и с емкостью от 1800 вплоть до 5000 мА/ч, иными словами до 5 ампер при напряжении 3,7 Вольт. Разумеется таким аккумулятором тачку не завести, а если много таких аккумуляторов ?
Давайте сделаем расчет. средний автомобильный аккумулятор – 50Ампер часов, в большей степени применяют на 60Ампер при напряжении 12 Вольт. Сколько литиевых аккумуляторов нужно, чтобы получить полный аналог автомобильного аккумулятора ?
Будем использовать последовательное соединение аккумуляторов, чтобы поднять напряжение, и параллельное – для увеличения емкости.
Для того, чтобы получить напряжение 12 Вольт, нам нужно 4х3,7Вольт – 14,8 Вольт, но в такое напряжение получить почти не реально, поскольку на литиевых банках больше 3,7 Вольт, следовательно итоговое напряжение 4-х банок будет 15-15,2 Вольт, много… 3х3,7Вольт – 11,1 Вольт в идеале и в районе 11,6-12 вольт на практике – то, что нужно! В качестве эталона в наших расчетах будем использовать аккумуляторы 5000 мА/ч.
В итоге 3-я последовательно соединенными аккумуляторами мы получили цельный аккумулятор на 12 Вольт 5 Ампер, но он далек от 60 Амперного, поэтому будем собирать несколько (даже пару десятков) таких сборок и подключим их параллельно.
6 Аккумуляторов (по 3 последовательно, и оба готовых блока параллельно ) – 12 Вольт 10 Ампер
12 Аккумуляторов ( 4 блока параллельно) – 12 Вольт 20 Ампер.
24 Аккумулятора (8 блоков параллельно) 40 ампер – этого хватит, чтобы завести машину.
36 Аккумуляторов – 60 Ампер при напряжении 12 Вольт. Иными словами – получаем полный аналог автомобильного аккумулятора 36-ю li-ion аккумуляторами.
В итоге вопрос возникает – а что выйдет дешевле, надежней, покомпактней?
Ответ скрыт в недрах Китая, точнее в недрах AliExpress, штука такого аккумулятора стоит от 60 до 70 руб, думаю, за 60 вам уступят, если брать много.
В итоге 60 рублей умножаем на 36 (39-40, с запасом пусть будет…) – 2400 рублей, округлим еще раз до 2500 руб, получим …. раза в два дешевле аккумулятор, который может заменить автомобильный. Притом у литий ионных аккумуляторов срок службы гораздо выше (до 5 лет, если правильно заряжать), а размеры и вес …на счет веса – 36х100 граммов (вес отдельно взятого аккумулятора) 3600 грамм или 3,6 килограмм – это в десять раз меньше веса автомобильного аккумулятора, плюс к этому – наш аккумулятор полностью герметичен и не содержит кислоту. Размеры… размеры будут тоже раза в 8-10 раз меньше.
После того, как была написана данная статья, решил полазить и найти некие архивы, неужели люди еще не применяют их. Оказалось, с их помощью собирают электромобили, впихая 70.000-100.000 ватт мощности в тачку, а это очень, очень и еще раз – очень серьезная мощность (подумать только – 100киловатт на литиевых аккумах этого стандарта)
Покопав еще немножко, стало ясно, что такие аккумуляторы для продажи уже есть, но стоят очень дорого, смысла нет покупать, сделать своими руками выходит намного дешевле.
Источник
Сколько стоит собрать тяговую батарею для электромобиля энергоёмкостью 100 кВт-ч своими руками?
Несмотря на то, что сейчас в свободной продаже полно литий-полимерных аккумуляторных модулей различного напряжения и различной ёмкости уже со встроенной BMS-платой, из которых можно собрать любую батарею для электромобиля, некоторые предпочитают собирать их самостоятельно из так называемых NCM пакетных ячеек.
Это литий-полимерные аккумуляторные ячейки в мягкой упаковке, и они практически все рассчитаны на номинальное напряжение 3,7 В, а вот их ёмкость может быть различной. Для примера рассмотрим ячейки ёмкостью 80 Ач. Энергоёмкость каждой ячейки равна 0,296 кВт-ч. Стоит одна такая ячейка $42 .
Характеристики аккумуляторной ячейки:
Следовательно для получения общей энергоёмкости батареи 100 кВт-ч нам понадобится 336 таких ячеек. Их общая стоимость составит $14112 (это чуть больше 1 млн. руб.). Они будут весить 383 кг, что не так уж много. При этом они выдерживают до 1800 циклов заряд/разряд прежде чем их энергоёмкость уменьшится на 20% от первоначальной и составит 80%. Максимальный ток разряда в 3С означает, что одна ячейка выдаёт максимальный ток разряда до 240 А. Стало быть мощность разряда составит 0,888 кВт. С 336 ячеек суммарная максимальная мощность составит почти 300 кВт.
Для управления и балансировки процессами заряда/разряда нужны BMS-платы. Они должны быть именно на 3,7 В, т.е. на литий-ионные ячейки. Поскольку сами ячейки рассчитаны на максимальный ток до 240 А, то BMS-платы лучше взять на максимальный ток до 250 А. Одна такая плата обслуживает 16 ячеек, и таким образом она сформирует модуль напряжением 60 В. Таких модулей в батареи получится 21 шт., значит понадобится 21 плата. Стоит одна такая плата $125 . Значит вместе они потянут на $2625. Так например для получения напряжения 420 В нужно соединить последовательно 7 модулей, а затем параллельно к ним остальные две такие же последовательные сборки (схема соединения модулей 7s 3p).
Характеристики BMS-платы Daly16s:
Таким образом стоимость аккумуляторных ячеек и BMS-плат к ним для батареи на 100 кВт-ч вытягивает уже почти на $17 тыс. Но это пока ещё не батарея. Самим аккумуляторным ячейкам для формирования модуля нужен жёсткий корпус, желательно из алюминия, чтобы при заряде/разряде эти литий-полимерные пакеты не раздувались. Эти корпуса можно изготовить своими руками из листового алюминия толщиной 6-8 мм. Плюс ко всему этим ячейкам нужна система охлаждения/обогрева. В одном модуле эти 16 пакетов находятся вплотную друг к другу. Они отлично нагреваются при больших токах заряда и разряда, и это тепло практически никак невозможно оттуда отвести. И вот как раз здесь начинаются танцы с бубнами.
Это алюминиевые плоские трубошины, которые рассчитаны на подачу воды или антифриза по этим внутренним каналам. Все вы наверное знаете про ПВХ-панели для отделки потолков. Так вот это то же самое, только из алюминия, и не для отделки, а для прокладки между аккумуляторными пакетными ячейками через одну. Также они используются для охлаждения/обогрева призматических аккумуляторных ячеек. Стоят они $4,2 за 1 кг . Они бывают разной ширины.
А эта алюминиевая плоская трубошина используется для воздушного охлаждения/обогрева всё тех же пакетных аккумуляторных ячеек. Как можно видеть, здесь стенки алюминия тоньше, но зато сами каналы больше для свободного протока воздуха. Если в электромобиле предусмотрена не жидкостная, а воздушная терморегуляция батареи от холодильной установки (кондиционера, теплового насоса), то так же через одну ячейку прокладываются такие вот алюминиевые трубошины. Они стоят тоже $4.2 за 1 кг .
Остаётся сварганить корпус из тонколистовой стали для батареи, и можно сказать что батарея готова. В итоге это всё потянет минимум на $20 тыс. Для сравнения новая батарея от Тесла энергоёмкостью 100 кВт-ч стоит около $25 тыс., немного б/у можно найти за $20 тыс.
Источник