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
Самодельные домашние батареи на 30-100 кВтч делают из аккумуляторов выброшенных ноутбуков
В мае 2015 года Илон Маск представил красивые домашние блоки Powerwall, чтобы хранить энергию от солнечных батарей с крыши — и снабжать бесплатным электричеством весь дом днём и ночью. Даже при отсутствии солнечных батарей такое резервное питание для дома особенно ценно, если в квартале отключили электричество. Компьютер и вся техника продолжат спокойно работать.
Вторая версия Powerwall хранит до 13,5 кВтч, чего должно хватить на несколько часов (стандартная мощность 5 кВт, а в пике 7 кВт). Проблема лишь в том, что оригинальная версия от Tesla стоит аж $5500 (плюс $700 за сопутствующее оборудование, итого $6200, плюс работы по установке стоят от $800 до $2000) — очень дорого. DIY-мейкеры решили эту проблему с помощью бэушных батареек, которые лежат бесплатно в выброшенных ноутбуках.
Своими руками можно собрать блок с лучшими характеристиками, чем у Tesla (например, на 30-100 кВтч) — и намного дешевле.
Энтузиасты DIY-сборки делятся опытом на специализированных форумах DIY Powerwalls, в группе на Facebook и на YouTube. Специальный раздел на форумах посвящён безопасности — это важный аспект, когда собираешь такую мощную штуку, которая может ещё и загореться на улице (их обычно устанавливают за пределами дома, чтобы не нарушать закон и из безопасности).
Для мейкеров сборка и подключение такого блока питания — не только интересное занятие и экономия денег, но ещё и возможность разобраться, как работает электрика в доме.
Практически все энтузиасты в комментарии Motherboard отметили, что их собственные системы получаются гораздо большей ёмкости, чем у Tesla. Вероятно, компания пожертвовала ёмкостью ради красивого тонкого дизайна блока питания и ради большей эффективности охлаждения и безопасности. Один из французских мейкеров с форума под ником Glubux собрал блок на 28 кВтч. Он говорит, что этого хватает для всего дома, и пришлось даже купить электрическую духовку и индукционную плиту, чтобы куда-то расходовать излишки энергии.
Австралийский мейкер Питер Мэтьюс собрал блок на 40 кВтч, который питается от 40 солнечных панелей на крыше, благо в Австралии нет недостатка солнечных дней.
Самый большой самодельный блок, который удалось найти Motherboard, собран из 22 500 ячеек от ноутбуков и имеет ёмкость более 100 кВтч. От такого блока маленький дом может работать несколько месяцев — например, всю зиму — даже если солнечные панели полностью вышли из строя или неактивны.
А калифорнийский блогер Джеху Гарсия намерен собрать из батареек ноутбука систему на 1 мегаватт, крупнейшую подобную систему частного хранения энергии в США.
Большинство энтузиастов использует при сборке литий-ионные аккумуляторы модели 18650. Они обычно упакованы в цветные пластиковые корпуса и устанавливаются в ноутбуки и другую электронику. Новые аккумуляторы 18650 стоят около $5 за штуку, так что система выйдет немногим дешевле модели от Tesla. Поэтому сборщики обычно скупают бэушные аккумуляторы и вынимают аккумуляторы из выкинутых сломанных ноутбуков. К сожалению, многие люди просто выкидывают аккумуляторы вместе со сломанным ноутбуком, хотя они ещё вполне рабочие. По словам директора крупнейшей в США компании по переработке батарей Call2Recycle, около 95% аккумуляторов не используются повторно, а заканчивают свой путь на свалке, хотя почти все типы батарей могут быть использованы повторно в том или ином виде.
Найти достаточное количество выброшенной техники не так просто, а в последнее время стало ещё труднее, потому что многие люди начали собирать из них собственные энергетические системы вроде Powerwall, а производители ноутбуков вообще не поощряют повторное использование их аккумуляторов в самодельной технике не их фирмы.
После находки батарей их тестируют, затем «обновляют» через cycling с полным разрядом. Потом батареи объединяет в «упаковки». Такие коробки для сотни батарей можно купить на рынке или собрать самостоятельно. Наверх прикрепляют электропроводящие медные «шины» (busbars), а к ним припаивают контакты батарей.
Вся структура прикрепляются к инвертору и монтируется в стойке, которая устанавливается обычно на улице. Можно установить там систему мониторинга для контроля температуры с автоматическим отключением банков энергии, которые слишком сильно разогрелись.
Сейчас уже сформировалось целое сообщество мейкеров со всего мира, которые конструируют такие «аккумуляторные домашние фермы» из старых батарей ноутбуков, чтобы хранить электричество от солнечных батарей. Сообщество объединяет энтузиастов со всего мира, они делятся опытом и советами по безопасности, инженерным системам, совместимости разных типов батарей и т. д. Успех и безопасность Powerwall доказала, что это действительно безопасные системы, пригодные для постоянного долговременного использования (у Powerwall гарантия 10 лет).
Источник