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
Как сделать аккумулятор своими руками
Есть множество способов сделать самодельные батарейки. К сожалению, большинство самодельных аккумуляторов либо бесполезны, либо потенциально опасны и сложны в изготовлении. Батареи из лимона и картофеля, как правило, очень слабые и требуют в качестве материала скоропортящегося органического растительного материала, в конструкцию свинцово-кислотных аккумуляторов входят высокотоксичные и едкие химикаты и т.д.
Эта батарея сделана из очень простых и доступных материалов, и обладает достаточной мощностью для работы устройств. Когда традиционные батареи недоступны эта батарея будет отличным аварийным источником электроэнергии. Кроме того, ее можно легко перезарядить практически от любого источника постоянного тока, она очень легкая и, в отличие от более распространенных алюминиево-воздушных батарей, не требует воздушного потока для работы.
Шаг первый: дизайн и теория
Принцип работы батарей основан на химической реакции, известной как окислительно-восстановительная реакция. В окислительно-восстановительной реакции одно вещество окисляется (теряет электрон), а другое восстанавливается (приобретает электрон). Довольно просто. Любая батарейка устроена схожим образом, в ней обязательны три элемента, между которыми происходит химическая реакция, в результате которой возникает электричество: электроды — анод, катод, и электролит.
В этой алюминиево-металлической батарее две половины батареи пропитаны физиологическим раствором и разделены специальной мембраной, пропускающей только ионы натрия и хлора. Алюминий с одной стороны начинает окисляться, в то же время как медь или сталь на противоположной стороне пытаются остаться стабильными.
В принципе любая батарейка или аккумулятор это две металлические пластины, помещенные в специальное химическое вещество – электролит. Одна пластина подключается к плюсу, вторая к минусу. Пока батарею не трогают, на ней остается стабильное напряжение, например, 3 или 9 В. Стоит подключить к батарейке нагрузку, лампочку, вентилятор, как от плюса к минусу потечет ток. Напряжение начнет падать и сразу же начнется окислительно-восстановительная реакция. Электроны начнут перетекать с отрицательной (-) пластины обратно на положительную, поддерживая тем самым разность потенциалов между ними.
Реакции бывают обратимыми (аккумулятор) и необратимыми (батарейка). Т.е. в батарейке реакция необратимая и ее нельзя зарядить, а в аккумуляторе обратимая и он заряжается. Если подключить аккумулятор к зарядному устройству, ток внутри него начинает течь в обратном направлении, то есть – от «+» к «-». И реакция в электролите также начинает идти в обратном направлении. В результате, продукт реакции разлагается на исходные вещества. Аккумулятор «заряжается»
Конечно, этот процесс не бесконечен и наступит момент, когда одна из пластин разрушится и химическая реакция больше не сможет проходить.
Шаг пятый: зарядка и проверка
Аккумуляторная батарея готова, но ее нужно зарядить. Можно использовать практически любой источник постоянного тока, если ток не слишком велик (до 5 А). Чтобы зарядить аккумулятор, нужно подключите анод к плюсу зарядного устройства, а катод к минусу. Во время зарядки ток начнет уменьшатся по мере того, как батарея набирает заряд. Это является хорошим признаком, и говорит о том, что батарея работает правильно. После зарядки нужно проверить аккумулятор мультиметром. Используя медный анод, мастер получил максимальное напряжение 1,44 В после скромного цикла зарядки. Максимальный ток, который он получил от батареи, был большим для такой самодельной батареи — 1.2 А. Для сравнения, лимонные или картофельные батареи обычно выдают в лучшем случае всего несколько миллиампер. Коммерческая батарея D-cell может выдавать ток более 5А.
Так же мастер провел тест, в котором сравнил свою батарею с настоящим D-элементом на 1,5 В. Обе батареи тестировались с небольшим двигателем постоянного тока. При этом измерялся ток и скорость вращения двигателя. И самодельная и промышленная батареи показали примерно одинаковые результаты.
Конечно, этот аккумулятор не идеален. Ионообменная мембрана по-прежнему пропускает некоторые растворимые соли меди на катодную сторону батареи, где они вступают в реакцию с образованием металлической меди и нерастворимых оксидов и гидроксидов меди. Кроме того, алюминиевый катод постепенно приходит в негодность, по сути, растворяется. Но, несмотря на это, батарея очень удобна и может быть легко собрана и использована людьми в экстремальной ситуации. Увеличивая размер батареи, и подключая несколько ячеек последовательно или параллельно, можно производить или хранить очень большое количество энергии с небольшими затратами.
Источник
Без пайки и сварки — конструктор батарей для электротранспорта
Существует два общепринятых способа сборки батарей из элементов 18650 для электротранспорта: контактная сварка и пайка.
В интернете можно найти полно инструкций по обоим способам, коротко — пайку используют самодельщики для разовых проектов, в целях экономии, т.к. хорошие аппараты для точечной сварки достаточно дорогие, на свой страх и риск используют специальные флюсы, низкотемпературные припои, мощный паяльник и прочие ухищрения, для того чтобы спаять цепь из аккумуляторов.
Нагрев li-ion элементов крайне нежелателен, это может привести вплоть до разгерметизации элемента и даже взрыва, но на практике кратковременный точечный нагрев 3-5 секунд может происходить без существенных последствий.
В промышленных масштабах и мелкосерийном производстве применяют конечно контактную сварку, это быстро, надёжно, но делает батарею весьма не ремонтно пригодной. Если через некоторое время в одной из сборок выявится бракованный элемент — заменить его будет достаточно проблематично.
Ещё есть всякие холдеры, куда аккумулятроы просто вставляются и держатся за счёт подпружиненных контактов, но для объёмных и высокотовых сборок их не используют, по очевидным причинам — большие потери на плохих контактах, дополнительные вес и габариты, плохая фиксация аккумулятора в держателе. Но для фонарика, повербанка или шуруповёрта — вполне сойдёт.
И тут наткнулся на комплект из обычных на первый взгляд модульных холдерах, которые часто используют при сборе батарей из первых двух способах, но с одним отличием — плюсовой и минусовой пластиковый стакан имеют внутри контакты с резьбовым соединением снаружи!
То есть банки собираются как кубики лего в нужной форме, при этом не контактируют друг с другом — опасности перетирания изоляции при вибрации и короткого замыкания полностью отсутсвует, а контакты соедияются межу собой медными никелерованными перемычками при помощи гаек. И дополнительно потом стягиваются штифтами по всей сборке для надёжности.
При этом производитель заявляет о том что такой способ соединения аккумуляторов 18650 спокойно выдерживает ток до 20 ампер на банку, а это солидные показатели.
Энтузиасты собирали с помощью этого конструктора прям огромные батареи для электромобилей и прочего электротранспорта и всё работало нормально.
Единственный минус — это цена кита из холдеров и соединительного крепежа, $41.99 на комплект для 30 ячеек.
Источник