Всем привет!
Как я провел этим летом.. А этим летом я освоил новую специальность - сборщик аккумуляторов для электротранспорта (ну и для электроинструмента). О как. Сам придумал, сам освоил :) Статья будет длинная, с рассуждениями, расчетами, экспериментами и небольшими обзорами нового оборудования, которое я приобрел для этого дела. Тема сборки Li-ion аккумуляторов довольно актуальна в настоящее время, в интернете много материала по этой теме, но я нигде не смог найти чтоб в одном месте прямо всё было. Пришлось по кусочкам собирать информацию и захотелось оформить это всё в виде единого материала. Возможно кого-то эта статья сподвигнет на самостоятельную сборку аккумулятора, а кого-то оттолкнет. Для начала, что сподвигло меня.
Мой электроконь
Приобрел я себе на лето в деревню вот такого.. конь, это конечно громко сказано, пусть будет электро-ослик.
Естественно не новый, а такой чтоб было куда приложить свои руки и получить новые знания и опыт. Руки к нему и до меня прикладывали не мало. Электрический отсек выглядит вот так.
Не смотря на неприглядный вид, электроскутер вполне бодро бегает и даже аккумулятор, который почему то весь перемотан черной изолентой, довольно бодр. Отъездил я на нем целый день, пока не решил испытать его в зыбучих песках, где он успешно отключился и больше без зарядки даже дисплей включатся не хотел.
Пришлось вскрывать аккумулятор, а там оказалось что одна из 13 последовательных ячеек сдохла совсем (в обрыве)
На фото ближняя сюда ячейка из четырех параллельных элементов 18650. Видно что к ней приложили руки с паяльником. Скорее всего перегрели один (два-три) из четырех и при большой нагрузке, которую я дал, остальные не выдержали. Хорошо что элементы оригинальные (LG) и штатно сработала защита, а то мой электроскутер мог бы поджариться.
ВЫВОД. НЕ ПРИМЕНЯЙТЕ ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ LI-ION АККУМУЛЯТОРОВ ПАЯЛЬНИК, ОСОБЕННО ЕСЛИ ВЫ НЕ УМЕЕТЕ ПАЯТЬ БЫСТРО И КАЧЕСТВЕННО!
Выяснив причину, я ничуть не расстроился - вот же оно, место куда приложить руки и не только. Изначально думал заменить четыре дохлые банки и точка. Но глянув, на общий внешний вида аккума со следами коррозии решил махнуть не глядя на новый. Самому собирать изначально даже в мыслях не было, но помониторил цены на маркетплейсах и зачесал репу. Подобные аккумуляторы стоят от 2 тыс. до 20 тыс руб. За две понятно что фуфло, а вот где гарантия что за двадцать не оно же? Заморачиваться с разборками и возвратами не хотелось, да и руки чешутся - самому (это была основная мотивация). Решение принято, начинаю.
Техническое задание на сборку li-ion аккумулятора.
Первый и самый важный пункт моего ТЗ себе же, это ПОЖАРОБЕЗОПАСНОСТЬ! Так как электроскутер будет эксплуатироваться и хранится в деревне, где все постройки деревянные и при возгорании аккумулятора может сгореть не только сам электроскутер, но и строение (тфу-тфу-тфу), поэтому безопасность важнее всех других параметров.
Ну а теперь другие параметры. Требуемое напряжение аккумулятора, номинальное 48 Вольт. Данное напряжение можно получить из 13 последовательно соединенных LI-ION элементов напряжением 3.7 Вольта каждый.
Емкость аккумулятора. Тут, по моему мнению, главное что бы она была честной, чтоб точно знать, сколько км на ней можно проехать без "дозаправки". У моего транспорта емкость 10 Ач, чего вполне хватает на 20-30 км по трудным дорогам. Мне этого вполне достаточно, поэтому оставляю так как есть. Емкость, соответственно равна сумме параллельно соединенных элементов. Наиболее распространенная емкость высокотоковых Li-ion 18650 2500 мАч. То есть нужно 4 элемента в параллель чтобы получить емкость 10 Ач.
Итого нужно 13 элементов умножить на 4 = 52 элемента с заданными параметрами чтоб получить заданные параметры.
Токоотдача. Ещё один важный параметр для электротранспортных и инструментальных аккумуляторов. Тут всё просто - они должны быть высокотоковыми, то есть способными отдавать большой ток без повреждений внутренней структуры иначе прослужат они совсем не долго. Что значит "большой ток". Это ток 4С-10С, где С это емкость аккумулятора. Ну например, в моем случае один элемент емкостью 2500 мАч должен давать ток 10-25 Ампер, а так как их будет 4 в параллель, то 40-100 Ампер, что вполне соответствует токопотреблению подобных электротранспортных средств. Обозначаются такие высокотоковые аккумуляторы аббревиатурой IMR. Вот их и будем применять.
Итого, для сборки аккумулятора мне понадобиться 52 штуки Li-ion IMR элементов ёмкостью 2500 мАч типоразмером 18650. Но это ещё не всё. Один из самых важных компонентов современного аккумулятора, это BMS (Battery Management System) контроллер. Его основные функции, это защита от перезаряда-переразряда батареи, балансировка ячеек батареи и защита от коротких замыканий и повышенного тока потребления. То есть для безопасной и длительной эксплуатации Li-ion аккумуляторов без "бэмээски" просто не обойтись.
Ну и для полного понимания процесса электрическая схема будущей аккумуляторной сборки 13S4P - 13Serial (последовательных) по 4Parallel (параллельно). Именно так принято обозначать сборки.
Зарядный ток ограничивается в самом зарядном устройстве, а BMS, подключенный к каждой последовательной ячейке (на схеме отображены не все) следит за тем, чтоб все ячейки полностью зарядились и ни одна не перезарядилась. Так же BMS следит за током потребления от аккумулятора и током зарядки и отключает батарею от потребителя или зарядного в случае перегрузки по току, пониженного или повышенного напряжения, не допуская тем самым выхода из строя аккумулятора и возникновения аварийной ситуации. Поэтому к BMS особые требования с точки зрения БЕЗОПАСНОСТИ!
Подбор комплектующих для сборки аккумулятора.
Основной компонент нашей аккумуляторной батареи, это конечно же li-ion элемент и именно на поиски качественного 18650 у меня ушло много времени. Выбор их огромен, как и количество подделок, поэтому важно не ошибиться. В итоге, проштудировав кучу информации и послушав советы опытных товарищей, приобрел коробочку вот таких элементов Bысoкoтокoвыe аккумуляторы 18650 DМЕGC 25Р 2500 мAч Класс: А(зaвoдcкoй opигинaл)
По цене на лето 2025 элементы мне обошлись в 120 руб за штуку.
Далее я покажу параметры приобретенных 18650, а пока перейдем к следующему важному компоненту - BMS
По началу, я планировал поставить примерно такую же бэмэску как и была. Даже приобрел новую LP-6333, так как стоит она совсем не дорого, хотя можно было бы взять со старого аккума.
Ну а чё, свои функции по балансировке она выполняет, зачем пыжИть то. Так то оно так, но копнув эту тему глубже нарыл я, так называемые SMART BMS, которые не только выполняют вышеуказанные функции, но и позволяют мониторить параметры аккумулятора через приложение на смартфоне. Ну и через приложение можно настроить параметры системы "под себя". Очень меня заинтересовали такие возможности, тем более что аппарат у меня с неизвестными параметрами (мощность, ток и пр.), а тут есть возможность всё это узнать прямо на ходу, в динамике. Короче, не удержался я и приобрел такой девайс SMART BMS DALY 13S 40A
По току взял с запасом 40 Ампер и как потом оказалось не зря. 20 Ампер, как на родной, точно бы не хватило. Видимо по этому предыдущий владелец закоротил в бмске токоизмерительный резистор. К бмске подключается модуль Bluetooth для связи с приложением смартфона (есть версии с Wi-Fi) и два датчика температуры, которые можно приладить к аккумулятору в нужных местах. Вообще, в интернете встречал много нелестных отзывов о данных BMS, но у меня всё работает без проблем. Возможно, недовольные просто не разобрались как их правильно настроить. Я записал на видео обзор основных настроек и выложил на своем Рутуб канале.
С двумя основными комплектующими определился. Осталась ещё мелочевка, но ей тоже уделю немного времени.
Холдеры (держатели) для 18650
Позволяют удерживать элементы в батарее на некотором расстоянии друг от друга. Можно обойтись без них, но глядя на состояние изоляции старой батареи я всё же решил, что с холдерами будет безопаснее. Да и охлаждение получше, ведь между элементами появится свободное пространство для циркуляции воздуха.
Никелевая лента для сварки LI-ION аккумуляторов
Рекомендую использовать именно никелевую так как у неё сопротивление ниже чем у стальной, хоть и не на много, но в высокотоковых сборках каждый милиОм на счету. Я приобрел ленту толщиной 0.2 мм конфигурацией под мою сборку. Перед покупкой учитывайте параметр "под холдеры" или без них, так как расстояние между элементами будет немного разным.
Ну и изолирующие колечки для плюсовых контактов элементов. Можно собрать без них, но опять же БЕЗОПАСНОСТЬ! прежде всего.
Ну и ещё разные картонные прокладки, скотчи, провода, разъемы, термоусадки и т.п. Про это расписывать не буду, по ходу дела увидим. Ну что, собираем? А вот и нет.
Подготовка LI-ION элементов к сборке в аккумуляторную батарею.
Прежде чем собирать такое количество элементов в батарею их нужно подготовить. Так как какие-то элементы будут соединятся в параллель с другими, то напряжение на них должно быть уравнено иначе при соединении потекут токи от более заряженного к менее заряженному, а так как элементы высокотоковые, то и токи могут очень высокими, что может привести к выходу элементов из строя. Уравнять заряд можно либо полностью разрядив элементы (не советую так делать), либо полностью зарядив. Я буду применять заряд. Но не просто заряд, а тестирование на ёмкость. То есть заряд до полного, затем разряд до нижнего предела и опять заряд до полного. Подобный тест нужно делать обязательно иначе если в сборку попадет неисправный элемент, то потом заменить его будет проблематично. Делать тестирование буду обычным бытовым зарядным LiitoKala на четыре элементо-места. В нем есть функция автоматического тестирования.
На каждом элементе подписываю маркером полученную ёмкость. При заявленной 2500 мАч средняя получилась 2600-2700 мАч. Данное зарядное не профессиональный инструмент и разрядный ток тут не более 1 Ампера, но всё таки можно считать показания около дела.
Как оказалось, процесс тестирования такой зарядкой занимает довольно длительное время. У меня почти неделю ушло. В сутки можно протестировать 8 элементов, это если их вовремя заменять в зарядном.
Тестирование закончено. Далее нужно все элементы правильно распределить по ячейкам. Тут есть два критерия. Если главное в собираемом аккумуляторе ёмкость, то надо отсортировать элементы по емкости так, чтоб емкость всех последовательных ячеек была как можно более одинаковой, так как емкость всего аккумулятора будет равна емкости самой худшей из ячеек.
Но для нашего варианта, главным критерием является токоотдача поэтому отсортировывать элементы будем по внутреннему сопротивлению. Минимальное сопротивление всего аккумулятора получится тогда, когда внутреннее сопротивление будет максимально одинаково распределено по последовательным ячейкам.
Расскажу о своем методе. Но для начала нужно измерить внутреннее сопротивление. Для этого я приобрел вот такой приборчик Тестер внутреннего сопротивления аккумуляторов RC3563
Прибор прост в обращении. При зажиме аккумулятора между щупами в верхней строке показывает сопротивление (13.138 мОм) в нижней напряжение аккумулятора. Можно проверять почти любые аккумуляторы. Вещь полезная в мастерской, да и просто в хозяйстве.
Измерив сопротивление всех элементов, подписываю их другим маркером и раскладываю от меньшего к большему, чтоб компактнее в две линии.
Это не обязательно, но я для интереса вычислил среднее арифметическое всех элементов. В идеале, каждая последовательная ячейка должна стремится к этому значению.
В принципе, разброс значений от мин до макс очень небольшой и в данном случае можно было бы собирать аккумулятор без всякой сортировки, что наверное и делают на мелких производствах, но я же для себя стараюсь, так что всё по науке.
Дальше компоную элементы следующим образом. В ячейке четыре элемента. Чтоб их общее сопротивление было максимально близко к среднему беру два самых "худших" и два самых "лучших" элемента, то есть два сначала линейки и два с конца. Следующую ячейку формирую так же и все остальные. Отобразить это не смог, но думаю понятно как.
Ну вот теперь всё готово для сборки!
Сборка аккумулятора.
Расставляем элементы по холдерам в соответствии с заранее продуманным планом. У меня в этом плане всё просто - копирую как было.
Не забываем колечки на плюсовые контакты. Я в попыхах забыл, пришлось снимать обратно холдеры, а они сидят крепко. Дальше приступаю к точечной сварке никелевых пластин и элементов. Несколько слов об аппарате для точечной сварки. Конечно, неплохо бы иметь профессиональный, но у меня несколько лет назад был приобретен вот такой широкоизвестный низкобюджетный аппарат на аккумуляторах. Расскажу как я его допилил до уровня.
Что-то я им притяпал, не сильно важное и забросил, а через полгода понадобился, а у него один аккумулятор сдох. Отключил неисправный аккумулятор и на одном, на пониженном напряжении всё равно удалось приварить. И тут решил я его восстановить. Нашел на алике подходящий высокотоковый аккумулятор (один, так как цена кусается) Литиевая батарея 5300mAh 35C
Аккумулятор пришел, по размерам вроде то же, но по толщине в два раза толще. Решил уж тогда и второй такой же заказать, чтоб по феншую было. Вот так это выглядит. Новые в корпусе еле помещаются, рядом те что были. Китайцы как обычно поставили гэ.
Зато после доработки сварочник прямо "залетал". Моща так и прет, хоть жесть вари. Но это ещё не вся доработка. После нескольких точек ручки электродов сильно нагреваются, аж рука не терпит, приходится отдыхать. А дело оказалось в креплении цанговых зажимов в медные трубки ручек. Точнее в плохом контакте в этом месте. Попробовал обжать, но стало ещё хуже.
И тогда сделал так. Облудил то место зажима, которое входит в трубку, а в саму трубку напихал припоя, всё это дело расплавил и посадил в этот расплав зажим.
Ну и тестером сопротивлений замерил сопротивление между силовым проводом и непосредственно электродом.
Было на недоработанном 0.361 мОм, что согласитесь немало для тех токов, что протекают в импульсе.
Стало 0! Почти сверхпроводник.
Ну вот таким аппаратом одно удовольствие варить.
Получилась у меня следующая конструкция.
Ну и далее "ломаю" пополам, по торцам элементов ставлю изолирующие прокладки из картона и припаиваю балансировочный шлейф для BMS
Контрольный замер внутреннего сопротивления всей АКБ показал очень неплохие результаты 60 мОм.
То есть при токе 10 Ампер на батарее будет падать 10А*0.06Ом = 0.6 Вольт всего. При этом будет рассеиваться в тепло 10А*0.6В = 6 Ватт. Ещё чуточку потерь будет в BMS, но главное чтоб аккумулятор сильно не грелся, так как он находится в герметичном отсеке и теплу там отводится не куда. Представьте что там может быть, особенно в жаркую погоду.
Присобачиваю на скотч (именно так, потому что крепить особо не на что) BMS. И пока не упаковал всё это дело, провожу проверку работы BMS и самое интересное - испытания аккумулятора под нагрузкой.
Для этого я приобрел ооочень полезный прибор - электронная нагрузка DL24MP . Давненько мечтал о чем то подобном, но ценники на такие устройства кусаются и если не пользоваться ими постоянно то жаба душит. А тут попался вполне бюджетный прибор модульной конструкции "сделай сам" с очень неплохим функционалом для проверки различных источников питания и особенно аккумуляторов. Вот так он выглядит, когда я его только получил. Четыре силовых модуля по 150 Ватт каждый. Один из них "мастер", к нему подключается блок управления и блок питания.
Модули соединяются между собой болтами в любой удобной конфигурации - хоть в линию, хоть квадратом. Я сразу приобрел на авито корпус напечатанный на 3D принтере (видимо пользуется спросом, раз печатают) и установил всё в него.
Кроме того в комплекте идет специальная платка с популярными разъемами для разных зарядок, для испытания этих самых зарядок под нагрузкой. На корпусе виден вырез под эту платку, но я пока не установил. Короче, кто этим занимается категорически рекомендую. Я купил версию на 600 Ватт, но оказывается они есть уже на 1200 Ватт. В будущем докуплю модулей, хотя корпус уже не поменять.
Перейдем к тестам АКБ. Тестировал я его в режиме стабилизации тока 10 Ампер.
BMS у меня настроена на нижний предел напряжения аккумулятора 39 Вольт при котором отключает нагрузку. Можно было бы сделать поменьше, но сильный разряд сокращает срок службы Li-ion аккумуляторов, а я же делаю для себя. При этом емкость составила 9941 мАч, то есть почти как и рассчитывал 10 Ач.
На самом деле в реальности емкость будет немного больше, так как аккумулятор при эксплуатации будет разряжаться не стабильным довольно большим током, а изменчивым. А какой же ток в реальности потребляет мой электроскутер мне помогла узнать та самая "умная" SMART BMS DALY которую я категорически рекомендую тем, кто делает АКБ для себя.
Итак, вводные.
Мой вес под 100 кг, скутер кг 20-30.
Заявленная мощность мотор-колеса 250 Ватт. На нем написано, но это явный маркетинговый обман в сторону занижения, чтоб можно было ездить без прав.
Мощность контроллера 1000 Ватт
По ровному асфальту с постоянной скоростью около 30 км/ч ток 3-4 Ампера.
В разгон по асфальту 10 Ампер.
И самый тяжелый режим - затяжной подъем по грунтовой дороге на пределе тяги - 30 Ампер. То есть на максимуме заряженного аккумулятора мощность привода составляет 54.6 Вольт*30 Ампер = 1638 Ватт. Больше видимо сопротивление проводов и обмоток мотор-колеса не позволяет. При этом провода на мотор-колесо плавятся, дымят, контроллер кипит, а с аккумулятором всё ок. Получается это самое лучшее, что у меня в электроскутере есть сейчас. Ай да я молодец!
Последний этап сборки - упаковка. Обычно пакуют в специальную термоусадку больших диаметров.
С эти этапом я малость оплошал, но не беда, на скорость не влияет, как говорится. Цели достичь какой-то герметичности не было, просто зафиксировать комплектующие в единое целое и это получилось. Снял этот этап на видео.
Моя эпопея подошла к концу. Записал на аккумуляторе его параметры, чтоб в следующем сезоне сравнить. Кстати, думал что блютуз от BMS не пробьет через металлический кожух отсека, но вполне надежно работает на расстояние нескольких метров. Так что блютуз не обязательно выводить наружу.
Выводы
Если вы хотите собрать самостоятельно аккумулятор чтоб сэкономить, лучше не начинайте. Получится или гэ, или не сэкономите. Это в лучшем случае. Про худший не будем.
Если вас терзают муки творчества, ищите куда приложить свои руки из нужного места, в голове есть понимание закона Ома, а не просто вызубренная в школе формулировка, есть свободная сумма денег, есть свободное время и желание освоить что-то новое - Смело беритесь за дело.
На этом заканчиваю. Всем пока и до новых встреч!
Понравилась эта статья?, автору будет приятно получить в знак благодарности небольшой донатик на чай (или пивко :) ----> Отблагодарить
