Приветствую вас, дорогие друзья и единомышленники. В этой статье я расскажу, как я делал этот аккумулятор поэтапно. Фотографий сохранилось огромное множество, так что будет чем поделиться. Начнём
Этап 1, определение химического источника тока
На старте своего проекта я долго думал над самим источником тока. Изначально я хотел взять банки 18650 26e, но позже глаз пал на аккумуляторы 21700. Так как этот проект мой первый из моих масштабных, я решил сделать всё качественно. Закупил холдеры, никелированную ленту и изоляторы. Также взял BMS-плату на 100 ампер 5s.
Как ранее выяснилось, у этой BMS два режима работы, при котором разрядка и разряка могут производиться через единый порт или разные порты. От этого зависит макс ток, в моём случае не повезло, он до 60А. За 300 рублей ждать что-то лучше не приходится, поэтому ключи явно не оригинальные.
Также я настроил ток защиты в районе 50 ампер путём пересчёта сопротивления шунтов на плате (обратите внимание на минусовую клемму платы напротив транзисторов (черных квадратиков стоящих в ряд)), а ещё дополнительно заизолировал элементы изолентой. Был страх проплавить штатную изоляцию большой капелькой припоя
Этап 2, сборка и объяснение функций платы бмс
Думаю, большинство читателей сейчас задаются вопросом: что это за плата такая и что за транзисторы (ключи) на ней? Сейчас объясню. Те, кто в курсе, могут пропустить этот раздел.
BMS расшифровывается как Battery Management System. Так уж получилось, что литий-ионный аккумулятор взрывоопаснее свинцового. Если обычную кислотную батарею высадить в ноль, особо ничего не произойдёт, а вот литий-ионные (и тем более литий-полимерные) аккумуляторы могут запросто вздуться и загореться. Литий — активный щелочной металл, при контакте с кислородом и водяными парами начинается бурная реакция. Освобождается водород и энергия, по этой причине литий нельзя тушить водой! На открытом воздухе он горит отлично, так как легко вступает в реакции, особенно при высоких температурах.
По этой причине люди придумали плату защиты — BMS. Она защищает от перезаряда, переразряда, короткого замыкания и головных болей по ночам. Также при последовательном соединении ячеек со временем может появиться разброс по напряжению. Если одна ячейка «убежит» вперед, она просто перезарядится и выйдет из строя. BMS от этого защищает, а некоторые платы еще и пытаются выравнивать заряд с помощью балансировки.
Балансировка бывает активной и пассивной:
Пассивная — «сжигает» лишнюю энергию на резисторах в конце зарядки, когда ток мал, давая фору более "тяжёлым" ячейкам "добежать"
Активная — переливает энергию из более заряженной ячейки в менее заряженную.
Есть заблуждение, что BMS сама умеет правильно заряжать аккумуляторы по протоколу CC/CV (сначала стабилизация тока, потом напряжения). Это не так! BMS может только пропускать ток или полностью его отсекать.
И тут мы плавно подходим к ключам. Транзисторы — это величайшее изобретение, которое позволило шагнуть вперед и оставить радиолампы в прошлом. Суть проста: есть два контакта, через которые течет основной ток (у полевых транзисторов, которые стоят в BMS, это сток и исток), а на третий контакт (затвор) подается управляющий сигнал. Это, по сути, электронная кнопка, которую можно сделать микроскопической.
Когда микросхема в BMS видит, что аккумулятор в критическом состоянии (шаг до трагедии: перезаряд, глубокий разряд или КЗ), она дает сигнал, транзисторы «запираются», и цепь разрывается. Всё, мы в безопасности.
Плату обсудили, поехали дальше!
3 Этап сборки, начнём же
Значит, изолируем аккумуляторы накладками и изолентой. После вставляем в холдер, соблюдая полярность и варим. То, что я на минус наклеил, не обращайте внимание, это только ради красоты. Тут я отмечу, все действия выполняете на свой страх и риск при повторении проекта!
Соединил всё следующим образом: с одной стороны сделал так, а с другой — чуть по-другому. Если считать сверху, то соединил ряды 1–2 и 3, а затем — 2, 3 и 4, 5. Варил никелевой лентой в два слоя.
4 Установка бмс
По бокам контакты заклеил пластиком толщиной 1 мм — такой стоит около 500 рублей на маркетплейсах, и за эту сумму можно купить целый рулон. Далее подключаем балансировочные провода. Общий минус есть, а далее на плате видна распиновка.
Провод использовал 22 AWG от компьютерного шлейфа. Это исключительно балансировочные линии, там токи не более 100 мА (для сравнения: телефоны спокойно могут брать более 1500 мА). Здесь нет права на ошибку при подключении! Иначе всё просто сгорит.
Силовые провода у меня — 14 AWG в термостойкой силиконовой изоляции, гибкие и лужённые. Они могут пропускать через себя ток около 22 ампер в номинале и до 50 ампер в пике (пишу по памяти). Также установлен силовой разъем T-Plug. Удачное совпадение: максимальный ток у этого разъема тоже в районе 50 ампер.
5. Испытания
На этой фотографии я его заряжаю. Провожу тест: плата отрабатывает штатно и вовремя отключает аккумулятор. На КЗ (короткое замыкание) не проверял — честно скажу, страшно. Батарея может выдать до 1 киловатта мощности, а транзисторы на плате неоригинальные. Ячейки свежие, внутреннее сопротивление низкое — около 13 мОм.
Также провёл балансировочный шлейф к будущей плате повербанка. Это было ошибкой: он нигде сейчас не пригодился. На первое время аккумулятор решил заряжать нн-зарядкой (noname). Зарядка некачественная, не берите такие на всяких маркетплейсах за 300 рублей «для Макиты».
Мне стало очень смешно, когда я её открыл: там 80% места — просто пустота.
А сама схема способна выдать максимум 0.6 А при напряжении 25 В. И это реальная проблема, ведь она запросто может перезарядить сборку. Давайте посчитаем: максимальное напряжение одной литиевой ячейки — 4.2 В. Умножаем на 5 (моя конфигурация 5S) и получаем 21 В.
А зарядка лупит 25 вольт! Так что покупать такие поделки крайне не советую, иначе придётся целиком полагаться на честность и грамотную работу вашей платы BMS. А если она даст осечку? Сработает защитный клапан (в лучшем случае), дом уцелеет, но ячейки отправятся прямиком на переработку.
Что забавно: в даташите на ту микросхему (МК) всё было прописано честно. Как и положено, этикетка красиво врёт, а производитель ей подыгрывает
6. Неудачные попытки установки платы павербанка в аккумулятор
Я пытался дважды установить один и тот же вид платы повербанка в данный аккумулятор. Но, как оказалось, грабли были одни и те же...
В итоге всё кончилось тем, что они обе сгорели. Если первая сгорела по моей ошибке (проехался жалом паяльника по плате и снял защитную маску), то во втором случае — она на фото — плата немного поработала, а потом во время зарядки начала потреблять огромные токи.
В итоге я подключил аккумулятор 18650 через автомобильную лампочку в Type-C порт и получил ток зарядки 4 ампера при 3 вольтах. Сама же плата теперь «жалуется» и ничего не выдаёт на выход. Пытался подать жалобу на возврат, но её отклонили.
Я не обвиняю продавца в плохом качестве. Продукт, может, и хороший, но он, видимо, не терпит, когда разряд идет с отдельных контактов, а не через саму плату (я тогда подключил инвертор для Макиты и запитал лампочку).
7. "Попытка доделать начатое"
Эту статью я не просто так назвал трагично. После случая с платами я оставил этот аккумулятор в покое и пользовался им «как есть» — разве что питал от него свой паяльник напрямую.
Но недавно я решил довести дело до конца. Купил уже другой модуль повербанка и решил улучшить его внешний вид (об этом — в третьей части). Модуль сделал выносным: пока он не нужен, он отключается и убирается в подсумок, где хранится аккумулятор. Когда нужно — подключается обратно, и можно пользоваться.
Единственный нюанс: модуль нужно каждый раз калибровать, то есть полностью разряжать и заряжать, что при такой большой емкости сделать непросто. В перспективе планирую поставить отдельный индикатор заряда. А пока, если не считать индикацию, всё работает отлично. По PD-протоколам модуль выдает до 90–100 Вт (20 В, 5 А).
После его установки можно считать, что аккумулятор закончен. В следующей статье я расскажу о том, как от него можно запитать телевизор. И да, через тот самый инвертор для «Макиты».
Спасибо за чтение! По возможности, поддержите лайком — в этот проект было вложено много сил, здоровья и денег. Если есть ещё какие-то вопросы — задавайте, обязательно отвечу!
Всем хорошего вечера, 73!