Аккумуляторная батарея для электровелосипеда своими руками

Электровелосипед своими руками: батарея

Литий-ионная батарея электровелосипеда — не такое уж простое устройство, как это может показаться на первый взгляд. Она состоит из следующих основных компонентов:
— литий-ионные (Li-ion) элементы, соединённые контактами;
— плата управления (BMS, battery management system);
— корпус.

Часто покупателей интересуют только два параметра батарей:
— ёмкость, измеряемая в ампер-часах (Ah);
— рабочее напряжение, измеряемое в вольтах.

Однако при таком подходе из поля зрения ускользает одна из главных характеристик батареи — её внутреннее сопротивление, то есть способность отдавать ток.

Внутреннее сопротивление батареи

Как правило, чем дешевле батарея, тем выше её внутреннее сопротивление, и тем хуже она отдаёт ток. На чём это сказывается и в каких случаях это критично, а в каких нет?

Давайте в качестве примера рассмотрим маломощный электровелосипед, двигатель которого рассчитан на напряжение 36 В и мощность 250 Вт. Вспоминаем закон Ома и получаем, что максимальный ток, который должна выдавать батарея, составляет 250 / 36 = 6,94 ампера.

Оптимальным током разряда литий-ионного аккумулятора считается 1C, то есть значение, равное его ёмкости. Например, для аккумулятора ёмкостью 2500 мАч оптимальным током разряда будет ток 2500 мА, то есть 2,5 ампера.

Теперь считаем сколько необходимо соединить параллельно таких аккумуляторов чтобы получить необходимый нам ток (6,94 А).
b = 6.94 A / 2.5A = 2.8, округляем вверх до b = 3.

Схему сборки аккумуляторных батарей принято выражать в виде aSbP, где a — число последовательно соединённых блоков элементов, b — число параллельно соединённых элементов внутри одного блока.

Значение «b» мы уже нашли. Значение «a» определяется как номинальное напряжение батареи, делённое на номинальное напряжение одного элемента. То есть в нашем случае b = 36 В / 3,6 В = 10.

Таким образом, схема батареи, которой достаточно для питания двигателя на 36 В мощностью 250 Вт, будет иметь вид: 10S3P, то есть батарея будет состоять из 10 последовательно соединённых блоков по 3 параллельно соединённых элемента внутри каждого блока (всего 30 элементов).

Теперь давайте вернёмся к внутреннему сопротивлению. В недорогих китайских батареях как правило устанавливаются элементы с внутренним сопротивлением около 60 мОм. Соответственно, три параллельно соединённых элемента в нашей схеме будут иметь общее внутренне сопротивление 60 мОм / 3 = 20 мОм.

Несложно посчитать, что при протекании тока 6,94 А на блоке из трёх элементов будет рассеиваться мощность, равная 6.94 А * 6,94 А * 0,02 Ом = 0,96 Вт. А значит, батарея из 10 таких последовательно соединённых блоков будет выделять мощность 9,6 Вт.

Если же рассматривать более дорогие аккумуляторы, например у которых внутреннее сопротивление 30 мОм, то есть в 2 раза меньше, то очевидно и мощность, идущая на нагрев батареи, будет в 2 раза меньше, то есть 4,8 Вт.

Но дело даже не в нагреве батареи. При подключении нагрузки у более дешёвых элементов больше просадка напряжения, а значит такая батарея при разряде отключится раньше, чем аналогичная с более низким внутренним сопротивлением, то есть отдаст меньшую ёмкость.

Почему происходит отключение батареи и как это работает?

За отключение батареи отвечает BMS (battery management system) — система управления батареей.

Платы BMS, как правило, имеет следующие выводы:
— силовые: «P-» (к минусу разрядного разъёма), «B-» (к минусу батареи) и «C-» (к минусу зарядного разъёма)
— балансировочные, b-, b1. bn (к каждому из блоков элементов батареи)
— On/Off — к замку или кнопке для включения батареи

Задача BMS — не допустить перезаряда и переразряда элементов батареи. В отличие от свинцовых аккумуляторов, литий-ионные работают строго в определённом диапазоне напряжений: от 3 до 4,2 вольта. Только в этих пределах возможна стабильная и длительная работа аккумулятора.

Благодаря подключенному балансировочному разъёму, BMS «видит» напряжение на каждом блоке ячеек, и если напряжение на одном из них при заряде батареи достигло 4,2 В, BMS разрывает цепь заряда, и зарядка прекращается.

Аналогично и с разрядом — когда на одном из блоков напряжение опустилось до 3 вольт (иногда чуть ниже), BMS разрывает разрядную цепь и батарея отключается от нагрузки.

Ещё одна функция BMS — так называемая балансировка, то есть выравнивание напряжений на блоках элементов при заряде батареи, чтобы в заряженном состоянии напряжения на всех элементах были ровно 4,2 В (в некоторых версиях 4,1 В). BMS использует для этого резисторы, подключая их в процессе заряда к элементам с более высоким напряжением.

Если аккумуляторы, из которых собрана батарея, низкого качества, то батарею сложнее отбалансировать, вернее сказать, батарея будет всегда выдавать ту ёмкость, которой обладает самый худший блок элементов в её составе.

То есть если все блоки элементов имеют одинаковую реальную ёмкость 2,5*3=7,5 Ач, а один блок имеет ёмкость, к примеру 2+2,5+2,5=7 Ач, то вся батарея будет выдавать ёмкость 7 Ач, так как проблемный блок будет заряжаться раньше остальных, и BMS отключит заряд, и разряжаться раньше остальных, и по нему BMS отключит разряд.

В продаже всё ещё есть так называемые SmartBMS, которые можно подключить к компьютеру и вручную установить пороги напряжений и огромное количество других параметров. Но, как показала практика, SmartBMS в процессе эксплуатации «виснут» и перестают работать, а иногда настроенные параметры просто «слетают». В этом плане я бы рекомендовал использовать аппаратные BMS.

Но давайте вернёмся к Li-ion элементам, из которых состоит батарея. Как получается, что они бывают разного качества?

Источник

Аккумуляторная батарея для электровелосипеда своими руками

Всем привет! В этом видео я покажу Вам какую аккумуляторную батарею собрал мой друг для своего электро велика. За основу взяты литий-ионные элементы 18650 от старых аккумуляторные батарей ноутбука, все они прошли несколько циклов заряда и разряда при тестирование ёмкости прибором аймакс Б6. Элементы с ёмкостью более 2000 миллиампер часов попали в эту сборку, всё что меньше ушли в другие самоделки и гаджеты типа радиоприемник металлоискатель или фонарик. Отобрано было 80 элементов 18650.

Аккумуляторы вставляются в кассетницу, сделанную из пластин гетинакса. Чертежи кассетницы, количество вертикальных и горизонтальных пластин показаны на рисунке 1. Если у Вас нет желания выпиливать такую кассетницу самому, ее можно купить из Китая (ссылка в описании). Электрическое соединение элементов в батарею показано на рисунке 2. Данное подключение даёт возможность после поездки рассоединить все элементы и промониторить каждый элемент на работоспособность. В таком случае, при выходе из строя хотя бы одного элемента, у Вас будет возможность его заменить. Во-вторых, отказаться от дорогостоящих балансиров при зарядке данных батрей. В-третьих, батарею можно будет заряжать поэлементно, поблочно по 8 элементов или же всю целиком в параллель соединенную, если есть мощный источник напряжения 4,2 вольта и током порядка 80 ампер. Разъемы можно применять те, которые способны выдержать ток о 10 ампер.

Рисунок 1 — Чертежи кассетницы.

Рисунок 2 — Батарея на 36в.

Как собрать литий-ионный аккумулятор на любое напряжение и ток на велосипед или гироскутер, солнечную батарею или сверхмощный Power Bank.

Обычно используют литий-ионный ячейки типа 18650 от Samsung, на АлиЭкспресс они продаются по 100 руб. за штуку. Я использую их уже достаточно давно, они хорошо себя зарекомендовали даже в лютый мороз.

Как же набрать необходимое напряжение в аккумуляторе, используя вот такие ячейки? На самом деле всё довольно просто: при последовательном соединение напряжение суммируется. Т.е., если мы используем один аккумулятор, у нас будет напряжение 3,6 вольта, если два, то напряжение будет 7,2 вольта и т.д., спаять можно хоть 100 аккумуляторов. Как же их соединить последовательно? Всё очень просто: одна за одной, к плюсу первого аккумулятора припаивается минус второго, к плюсу второго припаивается минус третьего аккумулятора и т.д. Если нам надо 36 вольт, мы соединяем 10 штук.

После того, как мы набрали необходимое напряжение, необходимо набрать нужную ёмкость: одна ячейка даёт 2600 милиампер, если нам нужна большая ёмкость, можно ставить 2 ячейки, соединив их параллельно, тогда уже получится 5200 милиампер. Корпус для полученного аккумулятора можно сделать самостоятельно либо купить. Как собрать аккумулятор практически, смотрите в видео:

Как заряжать полученный аккумултор? Можно заказать на АлиЕкспресс готовую зарядку, можно использовать лабораторный блок питания, либо сделать его самостоятельно.

На заметку: что бы продлить ресурс аккумулятора, необходимо заряжать его не до конца, так же как и разряжать — не до конца. Но, если его зарядить чуть чуть выше — до 4,3 вольта, то ёмкость у него значительно вырастит. Это очень удобно, когда надо проехать большое расстояние на одной зарядке.

Из этого видео Вы узнаете, как собрать литий-ионный аккумулятор для электровелосипеда своими руками.

Батарею мы будем собирать из б/у элементов типа 18650, которые извлекаются из аккумуляторных батарей от ноутбука. Имейте в виду, что такие аккумуляторы могут быть как с очень хорошими параметрами, приближенными к новым, так и полностью «убитые» и непригодные не для чего. Притом и первые и вторые могут находится в одном ноутбуке. Для начала необходимо определится, какую батарею необходимо собрать в итоге: какая ёмкость и сколько напряжение. На примере, мы собираем 36 вольт 23 ампер часа, на такую сборку нужно около 80-100 хороших элементов 18650.

Приобрести подобные батареи по небольшой стоимости можно в мастерской по ремонту ноутбуков, как правило у них их очень много. Второй вариант приобретения аккумуляторов: приобрести на торговых площадках через интернет.

Первым делом замеряем напряжение каждой батареи и записываем его на корпус. Аккумуляторы, на которых меньше 3 вольт, нужно заряжать очень маленьким током до полного заряда. Только так можно восстановить их при этом предотвратив сильного нагрева. Те аккумуляторы, которые больше 3 вольт, можно смело заряжать паспортным током (наилучший вариант — ток 1 ампер).

Следующий шаг: с помощью таблицы Exel, делаем сортировку батареек от минимальной к максимальной ёмкости, после методом подбора добиваемся, что бы на каждой параллели была одинаковая ёмкость. Далее делаем кассету для будущей сборки и приступаем к самой сборке согласно списку, сделанному в Exel. Первая параллель укладывается плюсом вверх, следующая плюсом вниз и так по очереди. После того, как будет сформирована аккумуляторная батарея, ее нужно будет правильно подключить и спаять силовые шины. Следующий этап: подключение платы BMS. Подробнее о каждом этапе сборки смотрите в видео.

Видео о самокате Xiaomi. Самокат находится в рабочем состоянии, но владельца не устраивает, что аккумулятора хватает ненадолго. Необходимо будет разобрать батарейный отсек и визуально оценить батарею, далее необходимо будет разобрать эту батарею и замерить емкость отдельно параллельных секций. Разобрав батарею, можно будет увидеть, из каких ячеек она состоит — это позволит, хоть и косвенно, но понять, оригинальный это самокат Xiaomi или нет.

Откручиваем нижнюю крышку и достаем батарею. Модель батареи — 10S2P. Снимаем изолирующие ленты. БМС стоит маленькая. В данном аккумуляторе стоит 10 параллельных ячеек и еще пять свободных секций. Что бы увеличить пробег самоката Xiaomi, мы поставим более ёмкие ячейки и получим прирост к емкости этой батареи.

Сборка акб для электровелосипеда 48в, 13s 4p | Делаем аккумулятор для электровелосипеда 14 Ач в корпусе батарейный блок Hailong G56

Как собрать li ion аккумулятор 48 вольт для электровелосипеда

Собрать Литий-Ионный аккумулятор самому очень просто и гораздо дешевле. А так же вы будете знать его настоящую ёмкость.

Источник

Самодельный аккумулятор для электровелосипеда

Статья обновлена: 2020-12-13

Для переоснащения велосипеда в электробайк необходимы 3 основные составляющие: мотор-колесо, аккумуляторная батарея в комплекте с зарядным устройством и контроллер. Все компоненты есть в продаже в различных конфигурациях, что позволяет выбрать оптимально подходящие модели под конкретные потребности. Но при желании можно собрать аккумулятор для электровелосипеда своими руками. Чаще всего самостоятельно собираются аккумуляторные батареи из цилиндрических Li-ion ячеек конфигурации 18650.

Виды АКБ для электрификации велосипеда

Аккумуляторные батареи для электровелосипедов могут быть различных типов:

1. Свинцово-кислотные. Их преимуществами являются слабый саморазряд и низкая стоимость. Но они тяжелые и недолговечные – выдерживают порядка 700 циклов заряда-разряда и служат около 2-х лет. Из-за значительного утяжеления велосипеда используются редко.
2. Никель-металл-гидридные. Такие источники тока легче свинцово-кислотных, относятся к невысокой ценовой категории, рассчитаны примерно на 850 циклов и порядка 3-х лет эксплуатации.
3. Литиевые. Наиболее подходящий вариант для желающих собрать самодельный аккумулятор для велосипеда своими руками. Литиевые АКБ считаются наиболее прогрессивными источниками энергии. Они отличаются высокой емкостью, увеличенным сроком эксплуатации (до 1000–2000 циклов заряд-разряд, до 5–10 лет эксплуатации) и легким весом. В зависимости от химического состава различают литий-ионные, литий-железо-фосфатные, литий-полимерные АКБ.

В таблице представлены популярные типы аккумуляторных батарей, используемых при сборке электровелосипедов:

Большие токи отдачи.

Безопасность использования– при соблюдении правил эксплуатации.

Хороший эксплуатационный ресурс – до 1000 циклов.

Большая популярность на рынке, широкий выбор моделей и хорошие отзывы пользователей.

Необходимость использования встроенной защитной платы – для ограничения напряжения, контроля температуры и предельных токов.

Снижение емкости на морозе.

Эксплуатационный ресурс – до 2000 циклов.

Большие токи отдачи.

Вес – немного больше, чем у литий-ионных изделий с аналогичными характеристиками.

Литий-полимерные, Li-Po, Li-Polymer

Сочетание легкого веса и высокой емкости.

Вероятность выхода из строя при чрезмерном заряде и глубоком разряде.

При пробитии корпуса – риск возгорания.

Максимальный эксплуатационный ресурс – до 30000 циклов.

Способность заряжаться и разряжаться на морозе (до -30 °С).

Как и у других аккумуляторов – склонность к саморазряду.

Основные параметры аккумуляторных батарей

Перед созданием самодельной батареи для электровелосипеда нужно определиться с оптимальными характеристиками. Основные из них:

1. напряжение – АКБ может иметь вольтаж 12, 24, 36, 48 В;
2. емкость – характеризует количество запасаемой энергии, напрямую влияет на дальность хода без подзарядки;
3. мощность – зависит от мощности содержащихся в сборке аккумуляторов и платы BMS, которая контролирует безопасность АКБ и по мере надобности ограничивает мощность.

Плата управления и защиты BMS обеспечивает балансировку ячеек, выравнивает уровень заряда, отслеживает протекание заряда и разряда. Она обязательно устанавливается и на фабричные, и на самодельные аккумуляторные батареи в целях безопасности их использования и сохранения эксплуатационного ресурса.

Принцип сборки Li-ion батареи для электровелосипеда

Для сборки Li-ion аккумуляторной батареи для электровелосипеда своими руками понадобятся:

1. рассчитанное количество литиево-ионных ячеек, например, популярной конфигурации 18650;
2. соединительные провода и разъемы;
3. управляющая BMS плата;
4. паяльник, желательно – с термической стабилизацией;
5. легкоплавкий припой;
6. амперметр;
7. термоусадочная трубка большого диаметра;
8. противопожарные пакеты;
9. кейс или другая подходящая емкость для помещения в нее полученной сборки – можно использовать самодельный или приобретенный бокс из пластика или металла;
10. зарядное устройство.

Для создания АКБ литий-ионные «банки» попарно помещаются в пакеты с соблюдением полярности. При помощи параллельного соединения набирается необходимая емкость. К ячейкам присоединяются силовые и балансирные провода. Далее при помощи последовательного соединения пакетов обеспечивается требуемое напряжение. Для наружного вывода разъемов используются удлинителейи. Балансирные провода соединяются последовательно.

Ячейки плотно стягиваются, упаковываются в термоусадочную трубку большого диаметра и помещаются в подготовленный кейс с предварительно просверленными отверстиями для выхода проводки. Посредством пайки к полученной батарее присоединяется BMS плата. После вывода проводов наружу вверху присоединяется штекер для подзарядки АКБ. Отверстия бокса герметизируются. Затем кабель изготовленной АКБ подсоединяется к электрическому контроллеру, и батарея устанавливается в треугольнике рамы, на багажнике велосипеда или в другом выделенном для нее месте.

Техника безопасности

При сборке и тестировании АКБ нужно соблюдать правила безопасности:

1. не допускать падения ячеек и их сборки;
2. избегать нагрева и сдавливания аккумуляторов;
3. не допускать их прокалывания;
4. избегать короткого замыкания, неправильной полярности и чрезмерного заряда аккумуляторов;
5. при значительном повышении температуры – прекратить использование АКБ или зарядника;
6. использовать исправные элементы проверенного качества, без явных повреждений;
7. применять ячейки с клеммами и при пайке воздействовать на них не дольше 2-х секунд;
8. по возможности заменить пайку ячеек использованием специальной «держалки» или контактов из редкоземельных магнитов, припаивая к ним провода с применением легкоплавкого припоя и паяльника с термической стабилизацией.

Плюсы и минусы самодельной батареи

Решение самому собрать АКБ для электровелосипеда вполне оправдано, если у вас есть свободное время, качественные ячейки, требуемые инструменты, достаточные знания и навыки для надежной сборки аккумуляторной батареи. Собственноручная сборка АКБ позволяет сэкономить средства и получить изделие, точно соответствующее заданным характеристикам – произвольной формы, любых габаритов, с оптимальными техническими характеристиками.

Но если знаний и опыта недостаточно, лучше не рисковать и купить готовую Li-ion батарею с требуемыми характеристиками или заказать ее индивидуальную сборку у компетентных мастеров. Такое решение позволит сэкономить время, силы и финансы, поскольку первая самостоятельная сборка аккумуляторной сборки редко бывает удачной.

Аккумуляторную батарею с типовыми характеристиками легко выбрать в нашем каталоге, а на заказ можно собрать АКБ с нестандартными параметрами. Заказывайте литиевые АКБ у нас – мы предлагаем качественно собранные аккумуляторные батареи с гарантией и доставкой по Москве или в регионы России.

Источник