Как сделать литий ионный аккумулятор своими руками

Обновлено: 17.07.2024

Сборка Li-Ion батареи своими руками – задача посильная, но для ее успешного решения нужен ответственный подход и опыт в выполнении электромонтажных работ. Конструкторы-любители при создании аккумуляторных батарей нередко допускают ошибки, которые приводят к ухудшению характеристик, уменьшению срока службы АКБ и другим негативным последствиям. Поэтому с технической точки зрения большинство самодельных литиевых батарей уступает заводским аналогам.

При сборке литиевой АКБ из отдельных ячеек в домашних условиях трудности возникают уже на этапе отбора ячеек с одинаковыми характеристиками. При профессиональном производстве аккумуляторных батарей ячейки тщательно тестируются, и для объединения в одном корпусе отбираются элементы с отличиями в параметрах не больше десятых долей процента.

Конструкторы-любители традиционно собирают АКБ из имеющихся ячеек с заметно отличающимися характеристиками. При эксплуатации таких батарей происходит их разбалансировка и преждевременный износ, несмотря на использование BMS платы. Далее рассмотрим популярные ошибки начинающих мастеров и расскажем, как сделать литий-ионный аккумулятор своими руками без ущерба для качества.

ТОП-5 ошибок при домашней сборке литиевых АКБ

Как сделать литиевый аккумулятор своими руками

Перед сборкой Li-Ion батареи нужно выбрать схему соединения ячеек и приготовить все необходимое: элементы питания с одинаковыми параметрами, никелевые полосы для их соединения, аппарат для точечной сварки и т.д. В крайнем случае, можно воспользоваться и пайкой, но обязательно брать низкотемпературный припой и воздействовать на ячейки кратковременно. Паяльник лучше использовать мощный (от 80 Вт), но быстро, чтобы место припоя не успевало нагреться.

Сборка батареи производится по следующему алгоритму:

Устанавливаем ячейки в холдеры – необязательно, но удобно.
Отрезаем никелевые полосы для их соединения.
Соединяем ячейки при помощи точечной сварки в соответствии с выбранной схемой.
Выбираем подходящую по параметрам BMS плату и припаиваем ее к концам батареи согласно схеме.
Устанавливаем индикатор заряда, выключатель индикатора, разъем для подсоединения зарядного устройства или нагрузки.
Помещаем АКБ в корпус.
Тестируем ее работу.

Самостоятельная сборка батареи – увлекательный процесс, но для его успешного выполнения нужны определенные навыки, знания и материалы. При даже частичном их отсутствии лучше не рисковать, а поручить сборку литиевой АКБ с нужными характеристиками профессионалам.

Читайте в нашей предыдущей статье об аккумуляторах для электромобилей – их типах, сроке службы, особенностях подзарядки.

Я решил что свой первый пост посвящу чему-то более интересному, чем то как я докатился до такой жизни ))

Осторожно! Много непонятных буковок и картинок

Литий-железная химия вполне безопасна, элементы емкие и легче свинца. Многие производители также говорят про 3-4 кратное увеличение времени жизни таких батарей при условии правильной эксплуатации. И емкость элементов — честная, хорошие элементы можно разряжать почти полностью без ущерба для них и без падения токоотдачи по мере разряда! К тому же еще и более морозоустойчивые чем свинец. Нашел подходяший по размерам и параметрам вариант — Shorai LFX12A1-BS12

Цена в 5200р на тот момент не показалась завышенной — емкость даже больше заявленной для свинцового аккумулятора, размеры и вес меньше свинцового, проживет дольше. Казалось бы, щастье — вот оно! Ан нет, наметанный глаз заметил одну непонятность в описании — и вся радость куда-то делась. Я даже картинку вставил для наглядности, из официального каталога.

Количество проводов меня тоже пугает, да )
Навыки и информация полученная в процессе очень помогли в сборке новой батареи.

Итак, вводные: Элементы LiFePo4, максимальная емкость в пределах габаритов свинцовой батареи, максимальная токоотдача, система контроля для долгой счастливой жизни, минимальная цена.
Перекопав еще раз дебри сети нашел несколько подходящих вариантов, а финалистами стали два из них:
A123 ANR26650M1A

номинальное напряжение 3,3в
номинальная емкость 2,3 Ач
номинальный разрядный ток 30С (69А с элемента)
максимальный разрядный ток до 60С (до 138А с элемента)
номинальный зарядный ток 10С (до 23А на элемент)
размеры 26мм х 66,5мм
вес 70гр.

и ZIPPY Flightmax 3600mAh 2S2P 30C LiFePo4 Pack

номинальное напряжение 6,6в (3,3в на каждую пару элементов)
номинальная емкость 3,6 Ач (1,8 Ач на каждый элемент)
номинальный разрядный ток 30С (54А с элемента)
максимальный разрядный ток до 40С (до 72А с элемента)
номинальный зарядный ток 2С (до 3,6А на элемент)
размеры 139мм х 21мм х 45мм
вес 262гр.

Затем при помощи Почты России был небольшой перерыв — первая посылка ехала примерно 1,5 месяца, вторая 2,5 месяца.

Собсно всё, дальше батарейка была установлена в надлежащее место, и работает как ей и полагается.
Т.е. ксенон включается быстро и без противного моргания, стартер крутит как заведенный, а фары можно оставить на час-два без того чтобы они разрядили батарею до нуля. Когда поставлю противоугонку — можно также оставлять ее включенной намного дольше по времени. А еще я люблю хороший свет, поэтому в скором времени буду ставить на место 35вт ксенонки что-то получше — 55/75вт или вообще диоды. Батарея позволяет )

В следующей статье я расскажу как сделал из мощных диодов габарит/стопсигнал заменивший галогеновые лампочки.

Сейчас вы увидите как сделать аккумулятор для электромобилей (похожий на этот, но больше по напряжению). Многие опасаются делать сборку из элементов Li-Ion 18650 самостоятельно, но как выяснилось, подобный аккумулятор можно сделать самому, тем самым сэкономив несколько сотен долларов. И прежде чем приступим к сборке, необходимо рассмотреть несколько аспектов:

Какой пакет АКБ нужен. В данном случае речь идет о питании двигателя номинальным напряжением 48 В, это напряжение даст 13 ячеек соединенных последовательно, то есть 13S (13 х 3,7 = 48,1 В). К сожалению, такая сборка прослужит недолго, потому что двигатель имеет мощность 500 Вт, что дает примерно 10,5 А потребляемого тока, а самые большие элементы представленные в настоящее время на рынке имеют емкость 3,6 Ач, то есть для запуска двигателя и движения в течение некоторого времени пришлось бы подключить 3 пакета 13S параллельно (39 ячеек) это дало бы 48V 10.8Ah, чего, вероятно, хватило бы примерно на 30 минут. Но при более высоких нагрузках на двигатель, например при движении в гору, потребление тока увеличивается, в электромобиле оно может увеличиваться даже до трех раз. Следовательно, необходим гораздо больший запас энергии. Выбираем 13S / 10P (130 банок 18650).
Сколько места для батареи и какой формы она должна быть. В каждом электромобиле может быть разное расположение аккумулятора, в одном он будет установлен под рамой, в другом – в багажнике. Вот почему важно проверить сколько места и поместится ли сборка, которую захотим использовать, в запланированном месте установки, прежде чем собирать аккумулятор.

Далее берем необходимые материалы для сборки аккумулятора: изоляционные прокладки, держатели, никелевую ленту для соединения ячеек и BMS (система управления батареями), необходимые для правильной работы. И конечно же, сами элементы 18650.

Перед началом сборки АКБ стоит зарядить каждую банку до 3,7 В. Для зарядки отдельных ячеек достаточно обычного зарядного устройства от телефона и модуля для зарядки литий-ионных элементов – но это займет много времени, поэтому стоит договориться с продавцом о доставке элементов полностью заряженными.

Когда элементы уже заряжены, подготовьте их должным образом. Для защиты ячеек от короткого замыкания на каждую из них следует нанести шайбу из изоляционного материала. Конечно можете сделать такие шайбы своими руками, но лучше купить комплект, тем более его стоимость небольшая.

Когда все ячейки будут готовы, их следует поместить в держатели, специальные пластиковые корзинки для расстановки ячеек. Кто-то подумает: для чего нужны держатели, можно же склеить двусторонним скотчем или термоклеем и тоже будет хорошо. Вот только такой метод не следует использовать для сборки пакетов из-за того, что интенсивно используемые аккумуляторы сильно нагреваются, а использование держателей позволяет им охлаждаться более эффективно.

В данном случае форма аккумулятора имеет кубовидный корпус. Изначально автомобиль питался от четырех гелевых батарей, поэтому пришлось сконструировать новую батарею таким образом, чтобы ее размеры соответствовали этим гелевым батареям вместе взятым. Батарея состоит из 130 ячеек, и разделить ее пополам невозможно, поэтому сделана одна сборка 10 х 7 ячеек.

С другой стороны вторые 10 х 6 ячеек, но для того чтобы сохранить правильную форму, заполнили последний ряд соответствующим образом вырезанными кусками установочной трубки RL-18, создав таким образом место для установки модуля балансира BMS.

Подготовив таким образом пакеты, надо их сварить. Вы можете спросить: почему бы просто не припаять? Такое соединение намного надежнее паяного, и следует помнить, что аккумулятор во время работы будет часто подвергаться сильным ударам.

Конечно, для выполнения сварных швов необходим даже самый простой сварочный аппарат. Можете сделать похожее из старой микроволновки, а точнее ее трансформатора. Описывать конструкцию здесь не будем, так как описание имеется тут.

Использовалась специальная никелевая лента для соединения ячеек между собой, обычно это лента шириной 8 мм. При покупке ленты стоит обратить внимание, действительно ли они никелевые. На рынке появились и стальные ленты с никелевым покрытием, они имеют гораздо худшие токопроводящие свойства и их немного сложнее сваривать.

Чтобы не ошибиться при сварке и не вызвать короткое замыкание, во время работы соединили оба пакета малярным скотчем. Процесс сварки занимает довольно много времени и требует терпения.

Сделав сварные швы и проверив их правильность, сложили обе упаковки, вставив между ними 3-х миллиметровую прокладку из поликарбоната.

К подготовленной таким образом батарее припаяли необходимые кабели для подключения BMS, а также кабели для зарядки и питания электромобиля. Эти кабели должны иметь соответствующее поперечное сечение, потому что они будут пропускать довольно большие токи. Тут использовались провода с сечением 2,5 мм2, а их концы заканчивались разъемом XT60.

После подключения BMS закрыли все это соответствующим образом вырезанными кусками оргстекла и обмотали широкой лентой из ПВХ. В одной из стен вырезано смотровое отверстие, чтобы облегчить доступ к модулю BMS и диагностировать состояние аккумулятора. После отсоединения вилки от модуля можно проводить измерения отдельных ячеек.

И вот готовый автомобильный литиевый АКБ из 13 последовательно соединенных банок, каждая состоит из 10 штук 18650, соединенных параллельно – выходит 13S10P, весь пакет управляется одним BMS.

Многие используют в составе некоторых устройств популярный свинцово-кислотный аккумулятор 12 В 7,2 Ач. Эту батарею можно найти во многих устройствах, от детских электромобилей до ИБП, или системах поддержки напряжения важных устройств, в случае сбоя питания. Почему он так популярен? Цена - это его главное преимущество и, наверное, единственное.

Свинцово-кислотный аккумулятор был изобретен в 1850 году. Все последующие модификации, улучшения, дополнения и изменения, как правило не меняют химический состав вырабатывающий электрическую энергию.

Аккумуляторы этого типа обычно называются кислотными, AGM, гелевыми - это все те же свинцово-кислотные аккумуляторы, которые имеют больше недостатков, чем преимуществ. Такая батарея любит всегда подзаряжаться, не любит разряжаться, имеет очень плохое отношение веса к накопленной энергии, после разряда очень быстро происходит сульфатация или повреждение пластин. Её жизнь довольно коротка, около 4-7 лет, количество рабочих циклов составляет всего 200-400 (есть производители которые дают 1000, но это выдумка).

Технический прогресс делает свое дело и уже выпускаются новые и лучшие АКБ. Имея аккумуляторы LiFePO4, решено было использовать их для создания батареи, которая совместима с типичными размерами 12 В 7,2 Ач (151 х 65 х 92 мм) и должна быть намного лучше по параметрам. Выбраны цилиндрические батареи LiFePO4 с размерами 32 х 70 мм, заявленная производителем емкость 7000 мА/ч и ток разряда 35 А.

Такой размер вмещает 8 штук этих батарей. Одна батарея LiFePO4 генерирует номинальное напряжение 3,2 В, что при подключении в сборке по 4 дает 12,8 В. Это напряжение аналогично напряжению свинцово-кислотного аккумулятора 12,6 В. Для создания батареи было выбрано 8 штук, которые объединены в 2 параллельных элемента по 4. Оригинальные провода были слишком тонкими, поэтому были укорочены настолько, насколько это возможно.

Конечно сборка требует использования электроники для управления зарядкой и разрядкой, обычно называемой BMS. BMS должна быть со схемой балансировки (выравнивание напряжения ячеек). Все что остаётся, это соединить правильно элементы.

Теперь испытания. Нагрузка составляет 4 галогенные лампы мощностью 50 Вт, что дало более 210 Вт. Результаты проверки на графике далее. Min - это минуты. Разрядный ток - 1,5С.

Выше представлен график напряжения и времени разряда

Даже если предположить, что заявленная долговечность составляет 2000 циклов по паспорту, аккумулятор прослужит долгие годы.

Расходы на переделку АКБ

А теперь расходы. Свинцово-кислотная батарея стоит всего 1000 рублей, а хорошая - более 2000. Использованные тут литиевые батареи составили 2000 руб. BMS 300 руб. Все остальные мелочи для сборки ещё 200, всего это 3000 рублей. То есть не особо и дороже - зато выигрыш по характеристикам очевиден.

Зарядка проводится током 1-2 А, что совсем не приводит к нагреву элементов, лишь когда они разряжаются током 15 А, то через 30 минут слегка нагреваются.

Переделанный АКБ можно использовать везде, где стояли изначально свинцово-кислотные, возможно нужно будет только изменить зарядное устройство.

Читайте также: