12 Вольтовый аккумулятор своими руками

Литиевый АКБ своими руками 12 Вольт

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).

Хуже всего в такой батарее непредсказуемость, то есть вы никогда не уверены, когда она откажется держать ток. При работе с такими устройствами как ИБП, (а иногда от надежности устройства могут зависеть жизни людей — медицинское оборудование) производители требуют замены, например, каждые 4 года, на всякий случай, независимо от состояния батареи.

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.

Как сделать аккумулятор из готовых элементов (5 фото)

Столкнулся я тут с проблемой, что нужно было подобрать аккумуляторную батарею для мощного светодиодного фонарика. Предыдущая аккумуляторная батарея с оранжево-желтого ресурса приказала долго жить, причем проработала она совсем немного. Покупать новую батарею у наших продавцов было бы просто разорением и глупостью. Сколько я не искал готовую собранную батарею –то нужных характеристик нет, то используют самые дешевые и поганые элементы, которые дохнут за пару месяцев (а берут, надо отметить, за них наши умельцы как за оригинальные элементы от Samsung).

Само собой, все мысли пришли к тому, что нужно сделать батарею самому. Благо навыки для этого есть.

Хочу поделиться с вами технологией сборки аккумуляторной батареи и методикой её расчёта. Если вы уже собирали батарею самостоятельно, то смело закрывайте эту статью :)…Ничего нового вы тут уже не найдете. Но если делаете аккумулятор первый раз в жизни, то читайте дальше, информация пригодится.

Речь пойдет про Li-ion аккумуляторы. Правда используемая логика подойдет и при сборке батарей любой химии.

Как устроено большинство аккумуляторных батарей

Все батареи состоят из элементов, которые объединены в ячейки, а ячейки собраны в готовую аккумуляторную систему.

Ячейка – это несколько параллельно соединенных элементов.

Для того, чтобы получить требуемые характеристики, нужно поиграть со смешанным соединением проводников (использовать параллельные и последовательные соединения) с целью получить нужные значения.

Элементы в данном случае (li-ion аккумулятора) – это банки 18650. Каждая банка обладает характеристиками. Она имеет ёмкость, допустимый ток разряда и вольтаж. Ёмкость и вольтаж элемента всегда указаны на самой банке (элементе). Но вот допустимые разрядные токи обычно не указаны и зависят от типа элемента. Обычно если изделие не совсем «паленое», эта информация есть в подробных характеристиках.

Если вы работает с Li-ion аккумулятором, то допустимый разрядный ток – это два значения ёмкости элемента. Лучше выдерживать примерно 1,7 от значения емкости. Например, если емкость одной банки составляет 1700 мАч, то разряжать её можно примерно на 2,9А. Важно, чтобы именно такие разрядные токи приходились на один элемент.

Параметр этот зависит от химии аккумулятора и если бы вы использовали кислотно-свинцовый аккумулятор, то там эти цифры значительно выше. У литий-железофосфатных тоже другое значение. Но вернемся к нашим баранам.

Вы уже узнали, что одна банка вашего аккумулятора имеет емкость пусть 1700 мАч и способна выдавать 3,7 В. Нужно понять, как объединить эти элементы в систему и сколько нужно элементов.
Количество элементов определяется исходя из необходимой мощности батареи и допустимых разрядных токов на один элемент. Давайте разберем всё это на простом примере.

Предположим, что есть у нас некоторый мнимый потребитель, мощность которого составляет 100 Вт, а для работы ему нужно 24 Вольта. Эти характеристики обычно указаны на корпусе самого объекта, который нужно запитать.

Рассчитываем батарею

Вспомним, что такое параллельное и последовательное соединения проводников. При параллельном соединении U = U1 = U2 и I = I1 + I2, а при последовательном всё наоборот. Ещё нужно помнить формулу электрической мощности P = U*I.

Известно, что наш потребитель кушает 100 Вт и работает при 24 В.

1. Значит, сила тока, которую нам нужно обеспечить в цепи составляет 100 Вт / 24 В = 4,2 Ампера (I = P/U). Дальше нам известно, что каждый элемент даёт нам по 3,7В.
Чтобы выйти на нужные значения по напряжению, мы сначала должны «раскидать» 24 Вольта по элементам.

2. Очевидно, что элементы по 3,7 Вольта нужно соединять последовательно, чтобы выйти на суммарный показатель. Ведь при последовательном соединении напряжения складываются. Соедини мы их параллельно, общее напряжение батареи составило бы 3,7 Вольта.
Сколько нужно раз взять по 3,7 Вольта, чтобы получить 24 Вольта? Разделим 24 В (рабочее напряжение нашего потребителя из примера, смотрим его на корпусе)/ 3,7 В (напряжение нашего элемента). Получили 6,5. Округлим до 7.

Итак, нам нужно соединить 7 элементов последовательно, чтобы обеспечить вольтаж.

3. Теперь нам нужно проверить емкость. Нам известно, что каждый элемент может отдавать 1,7 А в течение одного часа. Значит, в батарее с 7 последовательно соединенными элементами мы имеем силу тока 1,7 Ампера. Ведь элементы соединены последовательно, а значит I=I1=I2. А нужно нам получить 4,2 ампера (нашли значение в пункте 1). Время работы имеющейся аккумуляторной системы сейчас составит 1,7 ампера/ 4,2 ампера = 0,4 часа. Маловато. Да и разрядный то на один элемент сейчас составляет 2,47, что на 0,47 больше, чем две емкости одного элемента. Значит банки будут сами себя губить.

4. Добавим в нашу сборку дополнительно к каждому последовательно соединенному элементу по одному параллельному элементу. Образуем бОльшую ячейку. Что получаем? Напряжение на выходе ячейки постоянное, а вот емкость подрастает. Теперь каждая ячейка отдает вместо 1,7А*ч по 1,7 * 2 = 3,4 А*ч. Проверим время работы такого аккумулятора с нашим стоваттным потребителем. 3,4 А / 4,2 А = 0,8 часа. Уже интереснее. Проверим, не убьются ли элементы. 4,2 А разделим на 3,4 А = 1,23 А. Сравниваем с емкостью одного элемента – у нас 1,7 А*ч, а получили 1,23 А. Замечательно. Элементы проживут долго, так как мы не вышли за границу 2С.

5. Остается подогнать значение под нужное время работы. Делается это также. Добавляем в каждую ячейку параллельную банку. Можно заложить в расчёт хоть 500 часов автономной работы 🙂 Только аккумулятор будет заряжаться 300 лет и весить 500 кг.

Соединение элементов

После расчёта батареи и приобретения всех нужных элементов, нужно собрать аккумулятор. На производстве элементы Li-ion аккумулятора соединяются с помощью специальной никелевой ленты. Мы же обойдемся обычным паяльником :)…Банки аккумулятора можно смело спаивать друг с другом, используя обычные соединительные провода. Очень важно не перегревать элементы при пайке. Для быстрого и качественного их соединения уместно использовать паяльный флюс для алюминия. Бытует мнение, что паяные аккумуляторы долго не служат. Но на своем опыте могу подтвердить обратное. Главное следить за температурой при пайке и прикасаться к торцам аккумулятора на самое минимальное время.

Сами элементы можно соединить хоть скотчем. Китайцы любят упаковывать батареи в термоусадку.

Плата BMS

Теперь ещё один важный момент. Все аккумуляторные батареи из Li-ion элементов имеют контроллер заряда-разряда. Он называется плата BMS. Его нужно купить отдельно, ориентируясь на характеристики нашего потребителя и химию аккумуляторов. Эта плата позволит управлять зарядом вашей аккумуляторной системы и контролировать её разряд. Сажаем её на вход аккумулятора и на каждую ячейку вешаем балансиры (это устройство для равномерного заряда всех ячеек. Выходы на них отмечены на плате. Нужно просто соединить каждую ячейку проводом с платой BMS) . Ещё бывают платы BMS, интегрированные прямо в элементы аккумулятора. Если в элементе уже есть плата BMS, то общая плата не нужна. Важно, чтобы BMS была в каждом элементе.

Заряжать полученную систему мы будем тем зарядником, который остался у нас от старого аккумулятора.
Таким образом, мы собрали аккумулятор из отличных элементов и сэкономили деньги. Помимо этого, наш аккумулятор гораздо лучше подходит под конкретные задачи.

Самая дешевая Li-ion батарея для электровелосипеда своими руками

Если вы уже практически переоборудовали свой байк в электровелосипед и дело осталось только за аккумулятором, то вариантов в принципе немного — купить готовый или сделать аккумулятор для велосипеда своими руками, собрав его из ячеек. Батарея является самым дорогим элементом при сборке электровелосипеда. Цены на качественные Li-ion батареи начинается от 15 тысяч рублей, и уходят в небеса. Если вы хотите порядочно сэкономить на стоимости батареи, получить новые навыки и знания — эта статья для Вас. Стоимость моей самодельной батареи на 36V 13Ач — около 6 тысяч рублей. Но она могла стоить почти вдвое меньше, так как я заказывал заводской корпус.

Статья не является прямым техническим руководством, показываю как сделал я, Li-ion батареи являются элементом повышенных требований безопасности, и Вы делаете все на свой страх и риск!

Этот способ подходит для тех, кто не торопится — например, сделать зимой батарею для летних покатушек.

Для начала нам нужно найти где продают старые аккумуляторы от ноутбуков. Я нашел компьютерный сервис, где их продавали 100 руб. за штуку. Многие сервисы их не собирают и просто выкидывают. Взял 20 штук батарей не глядя, можно не проверять. Фишка здесь в том, что обычно в батарее отказывает один, максимум два элемента 18650 из шести, остальные же находятся в рабочем состоянии.

Нещадно, но аккуратно разбираем корпуса, вытаскиваем элементы, разрезаем кусачками никелевую проволоку так, чтобы у каждого элемента оставался хвостик

1см с каждой стороны. Это поможет нам спаять батарею обычным паяльником.

Из 20 батарей от ноутбуков у меня получилось добыть 112 элементов 18650 — в одной батарее было только четыре элемента, а одна подошла к моему ноутбуку и была в хорошем состоянии, решил ее оставить 🙂

После разборки проверяем каждый элемент сначала вольтметром — в одну сторону откладываем условно рабочие годные элементы — те, где напряжение больше 3,5 вольт.

В другую кучку откладываем элементы напряжением от 3,4 до 2 вольт — они тоже возможно будут работать, но отложим их на вторую очередь проверки.

И откладываем в третью кучу элементы напряжением менее 2 вольт — скорее всего они уже не годны.

В первой кучке у меня получилось 64 элемента, во второй 32, в третьей 16 элементов. Неплохо.

Теперь наступает самый длительный процесс тестирования элементов по емкости. Для этого нужно будет приобрести зарядное устройство для Li-ion батарей с функцией проверки емкости. Это, конечно прибавит к общей стоимости батареи, но вещь безусловно удобная и нужная в хозяйстве. Я заказал liitokala engineer lii-500 на али, стоимость около 1 тысячи руб.

Сначала ставим условно рабочие элементы из первой группы, проверяем их в режиме NOR TEST, ток заряда лучше выставлять 500мА, так как на 1А зарядник сильно греется. Время теста четырех батарей около 6-8 часов, я ставил на ночь. Чтобы проверить все элементы нужно пару месяцев, но по другому никак=)

По результатам проверки так же разделяем несколько групп, но уже по емкости — в первой группе у меня были элементы с самой высокой емкостью, которые без проблем зарядились до 4,2 вольта и прошли тест заряд-разряд. Их мы и будем использовать в нашей батарее для электровелосипеда. Я отбрал элементы от 2500 до 2000мАч. Их у меня получилось 65 штук.

Во вторую группу перемещаем так же хорошие элементы, но с емкостью менее 2000мАч, их мы будем использовать для бытовых целей, фонариков и других самоделок. Это приятный бонус.

И в третью группу, на утилизацию, откладываем батареи которые не прошли цикл заряд-разряда.

Теперь остается выбрать тип батареи и распределить элементы по группам. Я решил делать батарею на 36 вольт, так батарея получиться более большая по емкости, чем если бы я делал ее на 48 вольт.

Для этого нужно последовательно соединить 10 групп по 6 соединенных параллельно элементов. Нужно так распределить элементы, чтобы емкость каждой из 10 групп примерно была одинаковой. Проще всего забить данные в таблицу в екселе и менять элементы местами.

Разбег по группам у меня составил около 30мАч, общая емкость батареи — чуть более 13Ач.

Теперь остается дело за малым, правильно, аккуратно и качественно спаять батареи. Если хочется максимально сэкономить, то можно склеить элементы друг к другу термоклеевым пистолетом. Но способ так себе, в идеале элементы не должны соприкасаться. Я заказывал себе на али бокс для батарей, в него входит две сетки с отсеками, собирать и паять очень удобно.

Закладываем в нижнюю яйчейку все элементы согласно таблице. Чтоб не запутаться, можно дополнительно подписать группы 1-10.

За имеющиеся хвостики никелевой ленты спаиваем группы элементов. Я паял медной проволокой из провода сечением 0,75мм. Для равномерного заряда и разряда всех элементов группе надо чтобы перемычек между батареями было как можно больше.

Не забываем про плату балансировки. Это обязательный элемент в аккумуляторной сборке. Она должна точно подходить под тип собранной батареи. Так как я собираюсь использовать ее с мотор — колесом на 350Ватт, взял недорогое BMS на 15 ампер разряда, около 900 рублей. Подключаем согласно схеме производителя.

После сборки еще раз все проверяем, на выходе батареи должно быть 42 вольта.

Готовую батарею плотно оборачиваем мягкой упаковочной пленкой заматываем скотчем, и засовываем в корпус. Нужно чтобы она заходила в корпус с некоторым натягом.

Готовая батарея получиться ничем не хуже заводской, в случае выхода из строя какого -то элемента его всегда можно будет заменить своими руками. К тому же собранное своими руками изделие всегда приятней эксплуатировать)

По этой же схеме можно спаять аккумуляторную сборку из новых элементов, на али сейчас 40шт 18650 с емкостью 2600 мАч можно купить за 4 с небольшим тысячи рублей. Это тоже будет намного дешевле, чем покупать готовую батарею в магазине.

Как собрать аккумуляторную батарею своими руками (тонкости и советы)

В этой статье мастер-самодельщик проведет нас по всем этапам сборки батареи, от выбора материала до окончательной сборки. Радиоуправляемые игрушки, батареи ноутбуков, медицинские приборы, электровелосипеды и даже электромобили используют аккумуляторы в основе которых элемент питания 18650.

Батарея 18650 (18*65 мм) — это размер литий-ионной батареи. Для сравнения обычные батарейки формата АА имею размер 14*50 мм. Конкретно эту сборку автор делал для замены свинцово-кислотного аккумулятора в изготовленной им ранее самоделки.

Инструменты и материалы:
— Аккумуляторы 18650 ;
— BMS (Battery Management System) ;
— Никилиевая полоса ;
— Индикатор уровня заряда батареи ;
-Выключатель;
-Разъем;
— Держатель аккумуляторной батареи 18650 ;
-Винты 3M x 10 мм;
-Аппарат точечной контактной сварки;
-3D-принтер;
-Стриппер (инструмент для снятия изоляции);
-Фен;
-Мультиметр;
-Зарядное устройство для литий-ионных батарей;
-Защитные очки;
-Диэлектрические перчатки;

Некоторые инструменты можно заменить на более доступные.

Шаг первый: выбор аккумуляторов
Первым делом нужно выбрать правильные аккумуляторы. На рынке представлены разные батареи от $ 1 до $ 10. По утверждению автора лучшие аккумуляторы фирм Panasonic , Samsung , Sanyo и LG. По цене они дороже других, но зарекомендовали себя хорошим качеством и характеристиками.
Не советует автор покупать батареи с названиями Ultrafire, Surefire и Trustfire. Это батареи которые не прошли контроль качества на заводе и были куплены по бросовой цене и перепакованы под новым названием. Как правило в таких батареях отсутствует заявленная емкость и есть риск возгорания при заряде-разряде.
Для своей самоделки мастер использовал аккумуляторы фирмы Panasonic емкостью 3400 мАч.

Шаг пятый: расчет батарей
Для проекта мастеру нужна батарея с напряжением 11,1 В и емкостью 17000 мАч.
Емкость батареи 18650 составляет 3400 мАч. При параллельном соединении пяти аккумуляторов получаем емкость равную 17000 мАч. Обозначают такое соединение Р, в данном случае 5Р

Одна батарея имеет напряжения 3,7 В. Что бы получить 11,1 В нужно соединить последовательно три батареи. Обозначение S, в данном случае 3S.

Итак для получения нужных параметров нужно три секции, состоящих каждая из пяти параллельно соединенных аккумуляторов, соединить последовательно. Пакет 3S5P.

Сверху устанавливает вторую ячейку.

Шаг седьмой: сварка
Отрезает четыре никелевые полосы, для параллельного соединение, с запасом в 10 мм. Отрезает десять полосок для последовательного соединения.

Укладывает длинную полоску на + контакты первой (при переворачивании она так и останется первой) параллельной ячейки 5Р. Приваривает полосу. Приваривает полоски одним концом к + третей ячейки другим к — второй. Приваривает длинную полосу к + третей ячейки (поверх пластинок). Переворачивает блок. Приваривает пластинки с обратной стороны учитывая, что теперь параллельно соединяем третью, а параллельно-последовательно первую и вторую секции (учитывая что ее перевернули).

Шаг восьмой: BMS (Battery Management System)
Сначала немного разберемся что такое BMS.
BMS (Battery Management System) – это электронная плата, которая ставится на аккумуляторную батарею с целью контроля процесса её заряда/разряда, мониторинга состояния аккумулятора и его элементов, контроля температуры, количества циклов заряда/разряда, защиты составных аккумуляторной батареи. Система управления и балансировки обеспечивает индивидуальный контроль напряжения и сопротивления каждого элемента аккумулятора, распределяет токи между составными аккумуляторной батареи во время зарядного процесса, контролирует ток разряда, определяет потерю емкости от дисбаланса, гарантирует безопасное подключение/отключение нагрузки.

На основе получаемых данных BMS выполняет балансировку заряда ячеек, защищает аккумулятор от короткого замыкания, перегрузки по току, перезаряда, переразряда (высокого и чрезмерно низкого напряжения каждой ячейки), перегрева и переохлаждения. Функциональность BMS позволяет не только улучшить режим эксплуатации аккумуляторных батарей, но и максимально увеличить срок их службы.

Важными параметрами платы является количество ячеек в ряду, в данном случае 3S, и максимальный разрядный ток, в данном случае 25 А. Для данного проекта мастер использовал плату со следующими параметрами:
Модель: HX-3S-FL25A-A
Диапазон перенапряжения: 4,25

4,35 В ± 0,05 В
Диапазон разрядного напряжения: 2,3

3,0 В ± 0,05 В
Максимальный рабочий ток: 0

25 А
Рабочая температура: -40 ℃

+ 50 ℃
Припаивает плату к концам батареи согласно схеме.