Пошаговое руководство по сборке аккумуляторного блока на основе ячеек 18650

Люди постепенно движутся к полностью электрической эре. Одним из самых популярных видов аккумуляторов для этой цели являются литий-ионные батареи.

Сегодня ячейки форм-фактора 18650 являются самыми распространёнными в различных устройствах, таких как радиоуправляемые игрушки, электромобили или электроинструменты. Этот формат батарей уже хорошо зарекомендовал себя, выпускается в значительных объёмах и отличается доступной ценой.

Батареи формата 18650 принадлежат к категории литий-ионных аккумуляторов. Их размеры составляют 18 мм в диаметре и 65 мм в длину, что делает их чуть больше батареек типа AA. Батарейки AA иногда обозначаются как 14500, так как их диаметр составляет 14 мм, а высота — 50 мм.

Сегодня мы расскажем, как собрать аккумуляторный блок из ячеек формата 18650. Основной принцип заключается в последовательном и параллельном соединении нескольких элементов, чтобы сформировать более крупный блок. Для обеспечения безопасности необходимо установить систему управления батареей (BMS).

Это руководство предназначено для людей, которые уже имели опыт работы с литий-ионными аккумуляторами. Если вы не имеете такого опыта, не пытайтесь повторить описанные здесь действия самостоятельно. Соблюдайте осторожность.

Существует большое разнообразие батареек 18650 по различным ценам. Но какие из них лучше выбрать? Мы советуем покупать аккумуляторы 18650 от проверенных производителей, таких как Panasonic, Samsung, Sanyo, и LiitoKala.

Эти батареи отличаются подробно описанными характеристиками и строгим контролем качества. Хотя их стоимость может быть выше, чем у других вариантов, если вы собираетесь использовать их на протяжении длительного времени, то они точно оправдают свою цену.

Не советуем брать аккумуляторы с наименованиями, включающими слово «FIRE» (например, Ultrafire, Surefire, Trustfire). Эти изделия могут быть фабричным браком, которые были переупакованы и проданы под другими брендами. Некоторые перепакованные батареи получают новую этикетку, на которой указывается завышенная емкость до 5000 мАч, в то время как реальная емкость может быть всего от 1000 до 2000 мАч.

Дополнительным серьезным недостатком этих недорогих аккумуляторов является высокий риск повреждения и возгорания в случае перегрева во время зарядки или разрядки.

В нашем интернет-магазине представлен широкий выбор аккумуляторов производителя LiitoKala.

Для сборки аккумуляторного блока требуется соединить ячейки 18650 при помощи никелевых полосок или толстого провода. Наиболее распространенным выбором являются никелевые полоски.

Существуют два вида никелевых полосок: из никелированной стали и из чистого никеля. Рекомендуем отдавать предпочтение полоскам из чистого никеля, несмотря на их немного более высокую цену по сравнению с полосками из никелированной стали. Это связано с тем, что чистый никель имеет значительно меньшее электрическое сопротивление.

Меньшее электрическое сопротивление означает, что в процессе зарядки и разрядки аккумулятора будет выделяться меньше тепла. Это в свою очередь способствует увеличению срока службы аккумулятора.

Важно! Никелевые полоски различаются по размеру и длине. При выборе полосок следует ориентироваться на номинал тока.

Для соединения ячеек 18650 доступны два метода:

• Соединение при помощи пайки
• Соединение при помощи точечной сварки

Наиболее предпочтительным вариантом является точечная сварка, однако стоимость соответствующего оборудования значительно превышает цену качественного паяльника.

Если вы выбираете пайку, важно осознать преимущества точечной сварки. Одной из проблем пайки является использование большого количества тепла, которое медленно рассеивается. Это может спровоцировать химические реакции внутри аккумулятора, что отрицательно влияет на его производительность. В результате часть емкости может быть утрачена, а срок службы аккумуляторов сокращается.

Тем не менее, если вы не планируете приобретать дорогостоящее оборудование для точечной сварки, можно применять метод пайки никелевых полосок к батарейкам, соблюдая определенные меры предосторожности:

• Для уменьшения времени воздействия паяльника на ячейку необходимо убедиться, что поверхность чистая, и применить достаточное количество флюса для улучшения потока припоя.
• Рекомендуется использовать качественный паяльник с высокой мощностью (не менее 80 Вт) и хорошей тепловой ёмкостью для быстрой передачи тепла к месту соединения. Это позволит сократить время контакта паяльника с батарейкой.

Точечная сварка обеспечивает надежное соединение аккумуляторов без значительного выделения тепла. Существуют два типа аппаратов для точечной сварки: для домашнего использования и профессиональные. Цена хорошего аппарата для домашнего использования составляет около 10 тысяч рублей, в то время как профессиональный может стоить в десять раз больше.

Перед тем как провести параллельное соединение ячеек, обязательно проверьте напряжение каждой из них. В параллельном соединении напряжение ячеек должно быть примерно одинаковым. Если разница в напряжении значительна, возможно образование тока от ячейки с более высоким напряжением к ячейке с более низким напряжением. Это может привести к повреждению или даже возгоранию ячеек.

При использовании новых ячеек их напряжение обычно колеблется в диапазоне 3,5–3,7 В, что позволяет соединять их без особых опасений. Однако, при использовании старых аккумуляторов из ноутбуков, следует предварительно проверить, чтобы напряжение каждой ячейки было примерно одинаковым. Если оно отличается, то перед соединением рекомендуется зарядить ячейки до одинакового уровня напряжения с помощью надежного зарядного устройства для литий-ионных батарей.

Для создания аккумуляторного блока необходимо определить его номинальное напряжение и емкость. Для достижения желаемой емкости ячейки соединяются параллельно, а затем эти параллельные группы соединяются последовательно для достижения требуемого напряжения.

Предположим, вам нужен аккумуляторный блок с параметрами 11,1 В и 15 Ач. Ячейки, которые мы используем, имеют характеристики 18650: напряжение 3,7 В и ёмкость 3000 мАч.

Расчёт ёмкости

• Для достижения требуемой емкости аккумуляторного блока, которая составляет 15 Ач или 15000 мАч, исходя из емкости отдельной ячейки в 3000 мАч, необходимо 5 ячеек для параллельного соединения (15000 мАч / 3000 мАч = 5 шт.). Обозначение для параллельного соединения ячеек обычно представляется буквой “P”, поэтому этот блок будет обозначаться как “5P”. Параллельное соединение 5 ячеек позволит создать одну ячейку с большей емкостью (3,7 В, 15000 мАч).

Расчёт напряжения

• Для достижения требуемого номинального напряжения аккумуляторного блока, которое составляет 11,1 В, исходя из номинального напряжения отдельной ячейки в 3,7 В, необходимо 3 ячейки для последовательного соединения (11,1 В / 3,7 В = 3 шт.). Обозначение для последовательного соединения ячеек обычно представляется буквой “S”, поэтому этот блок будет обозначаться как “3S”.

В итоге, для формирования аккумуляторного блока с характеристиками 11,1 В и 15 Ач требуется последовательное соединение трех параллельных групп, каждая из которых содержит 5 ячеек.

На предыдущем этапе мы определили, что наш аккумуляторный блок формируется из трех параллельных групп, последовательно соединенных, что дает общее напряжение 11,1 В (3 x 3,7 В). Каждая из этих параллельных групп включает в себя пять ячеек, что в сумме составляет 15000 мАч (3000 мАч x 5).

Далее следует правильно расположить 15 ячеек для их соединения с платой BMS.

Сначала разместим первую параллельную группу ячеек с положительной стороной вверх. Затем вторую параллельную группу уложим с отрицательной стороной вверх. Затем третью параллельную группу разместим с положительной стороной вверх.

Для сборки ячеек в блок рекомендуется использовать пластиковые держатели для аккумуляторов формата 18650. Они предпочтительны по нескольким причинам:

• Позволяют создавать блоки различных размеров, собирая ячейки подобно пазлу.
• Обеспечивают промежутки между ячейками, что способствует циркуляции воздуха для охлаждения аккумуляторов.
• Придают аккумуляторному блоку прочность и надежность.
• Защищают сборку от воздействия вибрации.

Приступим к использованию аппарата для точечной сварки. Для начала подготовьте никелевые полоски и сварочный аппарат.

Резка никелевых полосок

• Разместите никелевую полоску на 5 ячеек параллельно так, чтобы она полностью покрывала все контакты ячеек, оставив лишние 10 мм полосок для последующего соединения с платой BMS. Затем отрежьте полоску.
• Для последовательного соединения отрежьте несколько небольших никелевых полосок. Вам понадобятся 4 длинные полоски для параллельного соединения и 10 небольших полосок для последующих соединений.
• Соедините отрицательный вывод первой параллельной группы с положительным выводом второй группы, затем отрицательный вывод второй группы с положительным выводом третьей группы.

Сварка батарейных полосок

• Аппарат может использоваться как для сварки чистого никеля, так и никелированной стали. Настройте регуляторы импульсов и тока в зависимости от толщины никелевых полосок.
• Для никелевых полосок толщиной 0,15 мм установите регулятор импульсов на 4P и регулятор тока на 4-5. Для никелевых полосок толщиной 2 мм установите регулятор импульсов на 4P, 6P и регулятор тока на 7-8.
• Убедитесь, что сварочная ручка плотно прижата к никелевой полоске и клемме батареи, затем нажмите ножной переключатель. Вы увидите небольшую искру и два точечных следа на полоске.

Вы можете оценить качество сварки, потянув за никелевую полоску. Если она не отходит при нажатии или требует значительного усилия для отделения, то сварка выполнена успешно. Однако, если никелевая полоска легко отрывается, это может свидетельствовать о необходимости увеличить ток.

Важно! Перед началом точечной сварки всегда надевайте защитные очки.

Система управления батареей (BMS) является электронной системой, контролирующей работу литиевых аккумуляторов, выполняя ряд важных функций:

• Отключение аккумулятора от источника питания при достижении полной зарядки (примерно 4,2 В).
• Балансировка напряжения всех ячеек аккумулятора.
• Предотвращение переразряда аккумулятора.

При выборе BMS следует обратить внимание на два ключевых параметра:

• Количество ячеек в последовательном соединении (например, 2S, 3S или 4S).
• Максимальный ток разряда (например, 10A, 20A, 25A или 30A).

Для данного примера мы выберем плату BMS на 3S и 25A.

Присоедините систему управления батареей (BMS) в соответствии со схемой подключения. На плате BMS присутствуют четыре паяльные площадки: B-, B1, B2 и B+. Подсоедините отрицательную шину первой параллельной группы к B-, а положительную шину – к B1. Аналогично, отрицательную шину третьей параллельной группы подсоедините к B2, а положительную – к B+.

Для надежного соединения можно выполнить точечную сварку никелевых полосок к плате BMS или припаять их к специальным площадкам на плате. Сначала нанесите паяльный флюс на площадки печатной платы и концы никелевых полосок. Затем добавьте небольшое количество припоя на все соединяемые площадки и спаяйте их вместе.

Аккумуляторный блок обладает открытыми никелевыми полосками, которые окружают его со всех сторон. Для обеспечения безопасности при использовании аккумулятора необходимо его поместить в корпус.

Вы можете разработать корпус самостоятельно и напечатать его на 3D-принтере, или приобрести готовый корпус подходящего размера.

Стандартный аккумулятор обычно имеет два контакта: один для подключения нагрузки и второй для зарядки аккумулятора.

Для мониторинга уровня заряда батареи можно добавить индикатор заряда. Подключение зарядки и нагрузки можно осуществить через разъем 5.5/2.5. Модуль индикатора уровня заряда батареи на 3S будет отображать текущий статус заряда. Также можно включить или выключить индикатор с помощью переключателя.

Важно! Не припаивайте провода к BMS до того, как все компоненты будут установлены в корпус.

Последний этап — это сборка батарейного блока и размещение в корпусе. Для этого поместите аккумуляторный блок внутрь корпуса и надёжно закрепите его. Вы можете использовать термоклей для надёжной фиксации или, если конструкция корпуса предусматривает это, закрепить блок с помощью винтов.

Убедитесь, что все компоненты плотно установлены на своих местах, а проводка и соединения находятся в безопасности. Этот шаг завершает процесс сборки и гарантирует, что ваш аккумуляторный блок будет защищён и работать надёжно.

Создание аккумуляторного блока на основе ячеек 18650 — это увлекательный и полезный проект. В ходе работы мы изучили множество аспектов, связанных с сборкой, безопасностью и управлением батареями. В результате мы создали компактный и надёжный аккумуляторный блок, который можно использовать в различных целях: для питания солнечных генераторов, электровелосипедов и других устройств.

Если вы хотите создать свой собственный аккумуляторный блок, мы рекомендуем вам начать этот проект. Это отличный способ получить практические навыки и лучше понять принципы работы литий-ионных батарей. Мы надеемся, что эта инструкция вам поможет. Если у вас есть предложения по улучшению или вопросы, пожалуйста, оставляйте комментарии — мы будем рады обратной связи!