Литий-ионные аккумуляторы давно стали повседневностью. Поэтому смастерить своими руками такую батарею не составит особого труда и затрат. Её можно применять для разных целей, как для электротранспорта, так и в качестве мощного повербанка (Power Bank) для зарядки разных гаджетов. Также можно использовать такую самоделку для домашней солнечной электростанции небольшого объёма.
Для изготовления аккумуляторной батареи понадобятся новые или бывшие в употреблении литий-ионные аккумуляторы. К сожалению, покупка новых литий-ионных банок не всегда возможно, не только из-за их дороговизны, но из-за проблем с доставкой в некоторых странах. Поэтому для этих целей можно использовать старые банки из разных гаджетов - ноутбуков, старых аккумуляторов от электротранспорта и так далее. По своему опыту могу сказать, что примерно 30% аккумуляторов, вынутых из ноутбуков, ещё вполне работоспособны и показывают неплохие результаты.
Для реализации этого проекта понадобятся следующие материалы и инструменты:
Материалы:
- Li-Ion battery 18650, 3,7V/2000 - 3000 mAh х 40шт;
- плата BMS 10S 4P 36V/10-15A PCB Board Balance;
- зарядное устройство Power Charger 42V/2A;
- никелевая лента - 0,15мм/8мм - 2,5-3м;
- электрические провода и разъёмы;
- заглушка ПВХ d = 50мм (50PVC-U) х 1шт;
- самоклеящееся вспененный уплотнитель;
- термоусадочная трубка;
- скотч бумажный/скотч армированный;
- и другие расходники (термоусадка, каптоновая лента, скотч, стяжки пластиковые и.т.д.).
Инструменты:
- точечная сварка с контроллером;
- бормашина (дремель);
- паяльник и расходники к нему;
- мультиметр;
- зарядное устройство - Liitokala Lii 600/(500) (или другое);
- прибор для проверки внутреннего сопротивления аккумуляторов Li-ion - YR1035 (или другой);
- клеевой пистолет;
- нож монтажный;
- инструмент для снятия изоляции проводов - стриппер;
- кусачки, отвертка, рулетка, маркер и другой инструмент.
Схема подключения устройства
Для изготовления нашей самоделки потребуются 40 банок Li-Ion 18650. Сперва нужно вынуть их из пластмассового корпуса донора. Для этого нужно аккуратно срезать пластик по периметру на линии стыка. Я делаю это с помощью электровыжигателя. С ним гораздо безопаснее и легче работать, чем с лезвием ножа. К тому же это позволяет случайно не проткнуть тонкий корпус аккумулятора.
После этого контакты банки нужно отсоединить с помощью кусачек и почистить от клея. На этом этапе можно по-быстрому проверить наличие напряжения в аккумуляторах с помощью мультиметра. Таким образом отсеиваются те аккумуляторы, которые показывают ниже 3 Вольт. Или вообще ничего не показывают. Желательно перед дальнейшими испытаниями подготовить банки, сняв с них соединительные пластины. Эту операцию можно сделать при помощи кусачек и плоскогубцев. Для окончательной зачистки контактной поверхности можно воспользоваться бормашиной (дремелем), установив на него наконечник из наждака или камня.
Такой способ обработки подготовит контактную поверхность аккумулятора для дальнейшего соединения аккумуляторной батареи. Обработав аккумуляторы, их нужно отсортировать по коробкам. Перед тем как использовать их для нашей самоделки, сперва нужно протестировать аккумуляторы на внутреннее сопротивление и ёмкость. Для этих целей вполне подойдет Liitokala Lii 600 (500). Это универсальная зарядка с возможностью определения ёмкости аккумулятора (в ампер-часах), а также примерного внутреннего сопротивления. На данном этапе нужно выбрать аккумуляторы с наименьшим внутренним сопротивлением. Новый аккумулятор имеет внутреннее сопротивление, примерно 20-30 миллиом (1 Ом = 1000 миллиом). Исходя из этих параметров, можно сориентироваться на дальнейший выбор рабочих аккумуляторов. По моему опыту, могу сказать, что аккумуляторы, показывающее внутреннее сопротивление до 60-80mΩ , ещё могут быть повторно использованы. Банки с сопротивлением больше 80-100mΩ можно сразу отбраковывать.
После очередной сегрегации аккумуляторных банок их нужно протестировать на разряд, определив рабочую ёмкость аккумулятора. Этот показатель записывается на корпус с помощью маркера. Для более точного определения внутреннего сопротивления литиевой аккумуляторной батареи нужно воспользоваться прибором посерьёзнее. Для этих целей я использовал китайский прибор YR1035. Проверив сопротивление всех аккумуляторов, их показатель я записал на корпусе. Определившись с основным "ресурсом", наконец-то можно смело приступать к сборке нашей аккумуляторной батареи.
Для нормальной эксплуатации аккумуляторов потребуется ещё один компонент. Это плата управления ячеек аккумуляторной батареи, сокращённо - BMS.
Он позволяет регулировать уровень заряда и разряда батареи, таким образом, обеспечивая её нормальную работоспособность. Но, перед тем как приступить к сборке аккумуляторов, их нужно предварительно подсоединить к плате BMS и проверить на работоспособность.
В качестве нагрузки я подключил мощное проволочное сопротивление. Проведя все необходимые измерения по току и напряжению, я также проверил работу BMS, подключив к нему зарядное устройство на 42 Вольта. Испытав навесным монтажом все элементы нашей самоделки, можно приступить к следующему этапу изготовления.
Аккумуляторный блок будет состоять из 10, последовательно подключённых секций (ячеек), каждая из них параллельно соединенная с четырьмя банками (10S 4P). Для того чтобы вся батарея имело нормальный заряд/разряд в каждой секции аккумуляторные банки должны иметь сбалансированные номиналы по току и напряжению. Для этого нужно подобрать литий-ионные банки с ячейками, с наименьшим суммарным разбросом. Исходя из этого, я рассчитал по онлайн программе наиболее подходящие сочетание всех банок.
Таким образом, я добился наибольшей выдаваемой батареей мощности (~8A/300W), исходя из наилучшего размещения каждого аккумулятора. Такой отбор очень важен, поэтому нужно стараться исключить сильный разброс показателей ёмкости в аккумуляторной батареи. Пронумеровав литий-ионные банки нужно запастись коробками и распределить аккумуляторы по ячейкам.
Закончив с теоретической частью, можно приступать к практике! Для соединения аккумуляторов нам понадобится никелевая лента толщиной в 0, 15мм и шириной 8-10мм.
Толщина зависит от тока, который будет протекать по цепям соединений аккумуляторных банок. То есть чем больше тока будут отдавать аккумуляторы, тем толще должно быть соединение электрического проводника между ними. Подойдёт для этих целей и медный проводник. Тем более, если вы захотите запаять аккумуляторы между собой. Теперь нужно разрезать никелевую ленту на пластины подходящей величины для соединения банок. Экспериментальным путём я рассчитал и нарезал пластины длиной 50, 40, 27мм. Пластины должны совпадать с дистанцией соединения на аккумуляторах, иначе слишком длинный проводник может создать короткое замыкание между полюсами аккумулятора.
Для удобства соединения 4 литий-ионных банок, я придумал небольшой лайфхак, который позволяет ускорить этот процесс. Для этих целей отлично подходит заглушка от ПВХ трубы на 50 мм. Как видно на фотографиях, её диаметр почти соответствует для размещения 4 банок.
Для того чтобы немного уменьшить размер заглушки, нужно нарезать небольшой кусок скотча и заклеить его по внутреннему краю заглушки. Для этого подойдёт малярный скотч или армированный.
Таким образом, у нас есть посадочное место для дальнейшей работы с аккумуляторами. Разместив параллельно 4 банки литий-ионных аккумуляторов, можно приступить к присоединению никелевых пластин.
Наилучший результат такого соединения получается методом контактной сварки. В то же время при её отсутствии можно соединить аккумуляторы с помощью мощного паяльника для того чтобы их не перегревать. В моём случае я изготовил целенаправленно для таких целей специальную контактную сварку, ссылка.
При работе с ней нужно сперва отрегулировать мощность сварки и время импульса. Нужно немного приноровиться, чтобы не допускать прожогов соединения ленты с аккумулятором. Также иметь в виду, что на плюсовом контакте металл более тонкий, хотя и имеет воздушный промежуток между корпусом! То есть даже если его прожечь, то он не достигнет основной ёмкости банки с электролитом.
Так или иначе, я выставлял разные параметры тока и времени сварки, исходя из толщины металла, корпуса, аккумулятора, а также соединительных пластин. Это я понял не сразу, поэтому в последствии постарался соединить сперва одну часть ячеек, а после - другую (+/-).
Для удобства в работе при создании столь длинной АКБ я сперва сваривал по два сегмента, состоящих из 4 банок. На каждой ячейке из 4 аккумуляторов очень важно вывести контактную пластину (лепесток), которая будет соединяться отдельным проводом с платой BMS!
Для того чтобы закрепить их между собой, можно воспользоваться двухсторонним скотчем, как это видно на фото.
Скотч нужно брать более толстый и липкий для достижения наилучшего результата склеивания.
В процессе соединения аккумуляторов нужно проверять их напряжение для того чтобы убедитесь в правильной сборке.
После соединения всех 10 сегментов аккумуляторной батареи можно приступить к следующему этапу сборки. Для этого нам понадобится штекер от разъёма BMS платы. Нужно убедиться в том, что его провода соответствует размеру собранной батареи.
В случае чего можно добавить дополнительные проводники, припаяв их с помощью паяльника и закрыв соединения термоусадочной трубкой. Перед пайкой провода сперва нужно подготовить, очистив их изоляцию кусачками или с помощью стриппера.
После соединения шлейфа BMS платы можно приступить к пайке остальных проводов. Положительные и отрицательные проводники, идущие от аккумуляторной батареи, должны быть большего сечения, чем проводники шлейфа от отдельных сегментов. Сечение нужно рассчитать таким образом, чтобы оно соответствовало мощности батареи. Запаяв все проводники, включая идущий на зарядное устройство, можно приступить к проверке собранной самоделки.
Для зарядки 36 Вольтового аккумуляторного блока я использовал зарядное устройство, выдающие на выходе 42В общим током 2000мА. Такой "Charger" автоматически выключает зарядку аккумуляторов при достижении заданного напряжения.
Помимо этого, имеется защита и на плате BMS для отключения ячеек аккумуляторов при понижении напряжения ниже 3,3 Вольта или больше 4,2В. Как видно на фото, измерения напряжения выхода зарядного устройства не превышает 42В и, соответственно, не приведёт к выходу из строя аккумуляторов.
Ещё я замерял разряженную аккумуляторную батарею на потребляемую мощность при подключении к зарядному устройству. В начале заряда оно составляет примерно 60Вт и понижается в течение времени.
Для полного заряда 8-10 Амперной аккумуляторной батареи необходимо примерно 4 часа. Такой мощный самодельный аккумулятор можно собрать на разные напряжения и токи в зависимости от плат BMS.
Эту самодельную аккумуляторную батарею я изготовил для дальнейшего применения в качестве аккумуляторного блока для электровелосипеда. Из-за того, что данный аккумулятор вставляется непосредственно в трубчатую раму, какой-нибудь дополнительный корпус для этого не потребовался. Такую аккумуляторную батарею можно применить в качестве повербанка с меньшим или большим напряжением, а также мощности. Для этого нужно будет подобрать необходимые по выходным параметрам соответствующие компоненты. Использовав вместо 4 литий-ионных банок большее их количество, можно увеличить общую мощность батареи!
Много всего интересного найдёте, если подпишитесь на: мой телеграм-канал
Желаю вам креативности и полезных самоделок. С уважением, FLOMASTER.
Ссылка на сайт для расчёта аккумуляторов: repackr.com
Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.
