Литиевые сборки: Особенности соединения и зарядки литиевых аккумуляторов

Особенности соединения и зарядки литиевых аккумуляторов

Есть два варианта соединения аккумуляторов, последовательное и параллельное. При последовательном соединении суммируется напряжение на всех аккумуляторах, при подключении нагрузки с каждого аккумулятора идет ток, равный общему току в цепи, в общем сопротивление нагрузки задает ток разряда. Это вы должны помнить со школы. Теперь самое интересное, емкость. Емкость сборки при таком соединении по хорошему равна емкости аккумулятора с самой маленькой емкостью. Представим, что все аккумуляторы заряжены на 100%. Смотрите, ток разряда у нас везде одинаковый, и первым разрядится аккумулятор с самой маленькой емкостью, это как минимум логично. И как только он разрядится, дальше нагружать данную сборку будет уже нельзя. Да, остальные аккумуляторы еще заряжены. Но если мы продолжим снимать ток, то наш слабый аккумулятор начнет переразряжаться, и выйдет из строя. То есть правильно считать, что емкость последовательно соединенной сборки равна емкости самого малоемкого, либо самого разряженного аккумулятора. Отсюда делаем вывод: собирать последовательную батарею нужно во первых из одинаковых по емкости аккумуляторов, и во вторых, перед сборкой они все должны быть заряжены одинаково, проще говоря на 100%. Существует такая штука, называется бмс, бэттери мониторинг систем, она может следить за каждым аккумулятором в батарее, и как только один из них разрядится, она отключает всю батарею от нагрузки. Теперь что касается зарядки такой батареи. Заряжать ее нужно напряжением, равным сумме максимальных напряжений на всех аккумуляторах. Для литиевых это 4.2 вольта. То есть батарею из трех заряжаем напряжением 12.6 в. Смотрите что происходит, если аккумуляторы не одинаковые. Быстрее всех зарядится аккумулятор с самой маленькой емкостью. Но остальные то еще не зарядились. И наш бедный аккумулятор будет жариться и перезаряжаться, пока не зарядятся остальные. Переразряда я напомню литий тоже очень сильно не любит и портится. Чтобы этого избежать, вспоминаем предыдущий вывод. Но ещё существует такая штука, как балансировка ячеек. Специальный зарядный контроллер грубо говоря имеет доступ к каждой ячейке и персонально заряжает ее на 100% независимо от остальных. В интернете есть куча схем на стабилитронах и прочей рассыпухе, но мы здесь с вами не для этого, мы паять не любим. Для двух и трех аккумуляторов есть модуль защиты зарядки и балансировки, но я опять же собрал вас здесь сегодня не для этого.

Перейдем к параллельному соединению. Емкость такой батареи равна сумме емкостей всех аккумуляторов в нее входящих. Разрядный ток для каждой ячейки равен общему току нагрузки, деленному на число ячеек. То есть чем больше акумов в такой сборке, тем больший ток она может отдать. А вот с напряжением происходит интересная вещь. Если мы собираем аккумуляторы, имеющие разное напряжение, то есть грубо говоря заряженные до разного процента, то после соединения они начнут обмениваться энергией до тех пор, пока напряжение на всех ячейках не станет одинаковым. Делаем вывод: перед сборкой акумы опять же должны быть заряжены одинаково. Иначе при соединении пойдут большие токи, и разряженный акум будет испорчен, и скорее всего может даже загореться. В процессе разряда аккумуляторы тоже обмениваются энергией, то есть если одна из банок имеет меньшую емкость, остальные не дадут ей разрядиться быстрее их самих, то есть в параллельной сборке можно, но не очень желательно использовать аккумуляторы с разной емкостью. И то же самое касается зарядки. Можно абсолютно спокойно заряжать разные по емкости аккумуляторы в параллели. То есть балансировка не нужна, сборка будет сама себя балансировать. Делать так опять же не очень желательно, но можно.

Перейдем к делу. Допустим мы хотим использовать аккумуляторы последовательно, для увеличения напряжения. По хорошему, чтобы правильно использовать такую сборку, аккумуляторы должны быть одной емкости, желательно из одной партии на производстве, а также перед соединением они должны быть заряжены до одного напряжения. Такую идеальную сборку можно заряжать напряжением, равным сумме максимальных напряжений для лития, то бишь 4. 2В. для этого подойдут готовые блоки питания, вставил в розетку и заряжаешь. Либо понижающий модуль, настроенный на нужное напряжение? Или например лабораторный блок пиатния. Но в мире нет ничего идеального, поэтому более правильно будет заряжать через бмс, которая отключит батарею если один из аккумуляторов зарядится на 100%. А еще более правильно будет использовать зарядник с балансировкой ячеек, который тоже стоит денег.

ПОХОЖИЕ ЗАПИСИ

Сборка аккумуляторов

Собрать аккумуляторную батарею Li-ion типа можно из компонентов любого типоразмера и формы: цилиндрических ячеек, «пакетов», призматиков. Для сборки АКБ можно использовать любые компоненты: Li-ion ячейки с напряжением 3,6 или 3,7 В, аккумуляторы LiFePO4 с вольтажом 3,2 В, элементы Li-Po (3,7 В) или LTO (2,3–2,4 В).

Выбор типа химии зависит от параметров, которые должна иметь АКБ, и наиболее важных свойств. Например, аккумуляторы на основе литий-железо-фосфата более приспособлены для использования на морозе и имеют увеличенный циклический ресурс. Но по удельной емкости они уступают «банкам» Li-ion и Li-Po.

Главное правило: в составе каждой аккумуляторной батареи должны быть ячейки одного типа с абсолютно одинаковыми параметрами.

Схема сборки АКБ

Аккумуляторные батареи собирают по заранее выбранным схемам (12S14P, 10S1P и т.д.). В их обозначении число перед буквой S указывает на количество последовательных соединений, а число перед буквой Р – на количество параллельных соединений в каждой серии. На выбор схемы сборки влияет 2 фактора:

1. Емкость и напряжение аккумуляторов, которые будут соединяться в единую батарею.
2. Необходимые характеристики создаваемой батареи: ее емкость, напряжение, оптимальные размеры и форма.

При параллельном соединении «банок» суммируется их емкость. Когда полученные серии соединяют последовательно, суммируется их напряжение. В результате можно получить АКБ практически с любыми характеристиками. Например, если соединить по схеме 10S3P литий-ионные аккумуляторы с емкостью 2,5 Ач и вольтажом 3,6 В, получим АКБ с напряжением 36 В и запасом емкости 7,5 Ач.

Принцип сборки

Литиевая батарея собирается из одинаковых ячеек: с равными величинами емкости, вольтажа и внутреннего сопротивления. Сборка выполняется по предварительно выбранной схеме, по методу последовательно-параллельного соединения. Для большинства Li-ion ячеек соединение осуществляется с применением контактной точечной сварки и отрезов никелевой ленты. Некоторые аккумуляторы LFP типа соединяются с помощью монтажных пластин и болтов.

Для зарядки и питания батарея оснащается силиконовыми AWG проводами с разъемами ХТ60-мама. Для поддержания оптимальных рабочих характеристик АКБ снабжается BMS платой. Она оберегает аккумуляторы от перезаряда, КЗ, критического разряда и других опасных состояний. Благодаря этому батарея работает в благоприятных условиях, и продлевается срок ее службы.

Необходимые комплектующие, материалы и инструменты

Чтобы сделать Li-ion АКБ своими руками, понадобятся:

• аккумуляторы, отобранные по внутреннему сопротивлению и емкости;
• никелевая лента;
• аппарат точечной сварки – при использовании такого оборудования элементы питания не перегреваются;
• БМС плата;
• принадлежности для пайки;
• разъем для подключения ЗУ или нагрузки;
• выключатель;
• индикатор уровня заряда АКБ;
• стеклотекстолит толщиной 1,5–2 мм;
• термоусадочная трубка большого диаметра;
• промышленный фен;
• корпус – его можно купить или сделать самостоятельно, например, на 3D принтере;
• мультиметр, тестер;
• зарядное устройство – предназначенное для Li-ion батарей или универсальное;
• средства защиты – диэлектрические перчатки, очки.

Пошаговый алгоритм сборки

После расчета подходящей схемы сборки аккумуляторы проверяются на идентичность внутреннего сопротивления и емкости. На производствах для этих целей используются сортировочные машины. Напряжение на всех ячейках тоже должно быть одинаковым. Но даже у новых элементов питания наблюдается разбег 3,5–3,7 вольт. Нужно выровнять их вольтаж с помощью зарядки.

Чтобы собрать из аккумулятор 18650 нужно:

1. Нарезать никелевые полосы с запасом по длине в 10 мм.
2. Наложить их на контакты ячеек и убедиться в правильности расположения.
3. Приварить полосы, соединяя элементы в соответствии с выбранной схемой.
4. Припаять к концам батареи БМС плату – для защиты батареи от опасных состояний и мониторинга ее рабочих параметров.
5. Установить индикатор заряда, выключатель индикатора, разъем для подсоединения зарядного устройства или нагрузки.
6. Выполнить проверку собранной АКБ – несколько раз разрядить ее под нагрузкой и снова зарядить током 0,5С. Убедиться в отсутствии нагрева и полной работоспособности батареи. На производстве для этих целей используется специальный нагрузочный стенд, и после испытаний по полученным результатам получают график разряда.
7. После успешных проверок – упаковать аккумуляторную батарею с помощью стеклотекстолита и термоусадки большого диаметра. Достаточно нагреть ее феном, и материал усядется, плотно облегая поверхность батареи.
8. Изготовить корпус или взять готовый. Поместить в него полученную батарею.

Этот метод подходит и для сборки аккумуляторной батареи другого типоразмера. 

Выводы

По такому принципу можно изготовить аккумуляторную батарею для шуруповерта, е-байка, аккумуляторной электростанции, беспилотника и любых других устройств. Главное – использовать компоненты хорошего качества, соблюдать правила соединения элементов, быть внимательным и аккуратным.

Для сборки батареи желательно брать новые «банки», в идеале – из одной серии. При переделке старой АКБ от ноутбука или других устройств не стоит рассчитывать на эффективную работу батареи. Аккумуляторы, исчерпавшие свой ресурс, не способны полноценно принимать и отдавать заряд. Но из них можно сделать батарею, если вы хотите попрактиковаться и отточить свои навыки.

Если же вам нужна надежная АКБ с хорошими характеристиками, все ее компоненты и качество сборки должны быть безупречными. Лучше всего поручить сборку Li-ion батареи специалистам. Но если вы уверены в своих знаниях и навыках, имеете необходимое оборудование и все комплектующие, можете выполнить эту работу своими силами.

Ранее в блоге VirtusTec вышла статья об АКБ для автономной декоративной подсветки ландшафта.

 

Глоссарий литий-ионных аккумуляторов

: сборка, исследования и стратегия

org/BreadcrumbList»>

1. АНГЛИЙСКИЙ

2. Новости

3. Истории

4. 2019

5. 09

6. org/ListItem»>

   Глоссарий аккумуляторов: сборка, исследования и стратегия

Ваши настройки относительно файлов cookie для этого веб-сайта

---

Мы используем файлы cookie, чтобы помочь вам получить максимальную отдачу от нашего веб-сайта и улучшить наше общение с вами. Выберите свои личные предпочтения здесь:

Необходимые файлы cookie

Обязательные файлы cookie помогают обеспечить работу веб-сайта, обеспечивая основные функции, такие как навигация по страницам и доступ к защищенным областям веб-сайта. Веб-сайт не может функционировать должным образом без этих файлов cookie.

Аналитика и персонализация

Эти файлы cookie используются для обеспечения функций веб-сайта, которые позволяют вам использовать веб-сайт максимально удобно и с учетом ваших интересов. Кроме того, анализ поведения пользователей также помогает нам постоянно улучшать качество нашего веб-сайта.

Для получения подробной информации об используемых файлах cookie и инструментах отслеживания см. нашу политику конфиденциальности или политику в отношении файлов cookie. Вы можете изменить свои настройки в любое время, открыв этот менеджер файлов cookie по ссылке в политике конфиденциальности.

Отмена
Сохранить

Ваш браузер не поддерживает джаваскрипт!

Мы используем файлы cookie, чтобы вы могли наилучшим образом использовать наш веб-сайт и улучшить наше общение с вами. Мы учитываем ваши предпочтения и обрабатываем данные для аналитики и персонализации только в том случае, если вы дадите нам свое согласие, нажав «Принять и продолжить», или если вы сделаете конкретный выбор, нажав «Установить настройки файлов cookie». Вы можете отозвать свое согласие в любое время с действием на будущее. Информацию об отдельных используемых файлах cookie и возможности отзыва можно найти в нашей политике конфиденциальности и в политике использования файлов cookie.

Принять и продолжитьУстановить настройки файлов cookie

Важное примечание

При переходе по этой ссылке вы покидаете страницы Volkswagen AG. Volkswagen AG не претендует на право собственности на сторонние веб-сайты, доступные по ссылкам, и не несет ответственности за их содержание. Volkswagen не имеет никакого влияния на данные, которые собираются, хранятся или обрабатываются на этом сайте. Вы можете найти более подробную информацию об этом в заявлении о защите данных провайдера внешнего веб-сайта.

Продолжить страницуОтмена

Транспортировка литиевых батарей | PHMSA

Литиевые элементы и батареи питают бесчисленное количество устройств, поддерживающих повседневную жизнь, от портативных компьютеров, беспроводных инструментов, мобильных телефонов, часов до инвалидных колясок и автомобилей. Наше общество стало зависеть от литиевых элементов и батарей для более мобильного образа жизни. Сегодняшние литиевые элементы и батареи обладают большей энергоемкостью, чем когда-либо, что приводит к неуклонному росту количества мощных устройств на рынке. С увеличением плотности энергии возникает больший риск и необходимость управлять им. Грузоотправители играют важную роль в снижении этого риска и предотвращении инцидентов, включая пожары на борту самолетов или других транспортных средств.

Литиевые батареи классифицируются как опасный материал в соответствии с Правилами обращения с опасными материалами Министерства транспорта США (HMR; 49 CFR, части 171–180). HMR применяется к любому материалу, который, по мнению DOT, может представлять необоснованный риск для здоровья, безопасности и имущества при коммерческой транспортировке. Литиевые батареи должны соответствовать всем применимым требованиям HMR, когда они предлагаются для перевозки или транспортируются по воздуху, шоссе, железной дороге или воде.

Почему литиевые батареи регулируются на транспорте?

Риски, связанные с литиевыми элементами и батареями, как правило, зависят от типа, размера и химического состава. Литиевые элементы и батареи могут представлять как химическую опасность (например, коррозионно-активные или легковоспламеняющиеся электролиты), так и опасность поражения электрическим током. В отличие от стандартных щелочных батарей, большинство производимых сегодня литиевых батарей содержат легковоспламеняющийся электролит и обладают невероятно высокой плотностью энергии. Они могут перегреться и воспламениться при определенных условиях, таких как короткое замыкание, физическое повреждение, неправильная конструкция или сборка. После возгорания возгорание литиевых элементов и батарей может быть трудно потушить. Дополнительные, хотя и нечастые, события могут привести к тепловому выходу из строя литиевых элементов и батарей, цепной реакции, ведущей к резкому выбросу накопленной энергии и горючего газа. Этот тепловой выброс может распространяться на другие батареи или горючие материалы поблизости, что может привести к крупномасштабным тепловым событиям с серьезными последствиями.

Литиевые батареи представляют опасность возгорания, даже если они больше не используются в потребительском оборудовании/продуктах. Поврежденные, дефектные или отозванные аккумуляторы имеют большую вероятность короткого замыкания, выделения тепла или даже возгорания, чем неповрежденные литиевые аккумуляторы. Любой, кто предлагает бывшую в употреблении литиевую батарею для утилизации или переработки, должен, в дополнение к обеспечению защиты клемм от короткого замыкания, полностью оценить потенциал пожарной опасности при транспортировке.

В информационном бюллетене по безопасности обсуждаются основные требования к подготовке упаковок использованных батарей для утилизации или переработки, а также выделяются дополнительные ресурсы для получения дополнительной информации.

С рекомендациями по безопасности можно полностью ознакомиться по адресу: https://www.phmsa.dot.gov/training/hazmat/safety-advisory-notice-transportation-lithium-batteries-disposal-or-recycling.

Дополнительные ресурсы DOT для переработчиков/операторов сбора/перевозчиков:

Руководство по литиевым батареям для грузоотправителей

Веб-семинар веб-академии устойчивого управления материалами (SMM) – Безопасная транспортировка литиевых батарей: что нужно знать в 2021 году

Информация OSHA

Управление по охране труда и здоровья (OSHA) поддерживает веб-сайт, посвященный ресурсам по утилизации батарей: https://www. osha.gov/green-jobs/recycling/batteries

Информация EPA

Агентство по охране окружающей среды (EPA) поддерживает веб-сайт, посвященный ресурсам по утилизации аккумуляторов: https://www.epa.gov/recycle/used-lithium-ion-batteries. Кроме того, EPA поддерживает часто задаваемые вопросы: https://www.epa.gov/recycle/used-household-batteries

Частные лица и домашние хозяйства

Частные лица должны утилизировать бытовые литиевые батареи через соответствующие каналы утилизации и никогда не должны выбрасывать литиевые батареи в мусор или в общую переработку из соображений безопасности. Переработчики электроники или центры сбора/сбора металлолома в вашем регионе можно найти в Интернете. Некоторые продуктовые магазины, магазины товаров для дома, крупные магазины и магазины бытовой электроники предлагают услуги по переработке литиевых батарей. Кроме того, ваш местный отдел твердых отходов может предложить программу сбора литиевых батарей или проводить регулярные мероприятия по сбору отходов. Производитель вашего электронного устройства может также предложить программу почтовой рассылки. Если вы используете программу доставки по почте, вы должны соблюдать все требования USPS (для почтовых отправлений USPS) или DOT (для отправлений другими перевозчиками). Организатор вашей почтовой программы должен предоставить вам рекомендации по отправке в соответствии с требованиями USPS и/или DOT.

Вы можете обратиться к веб-странице Агентства по охране окружающей среды, посвященной бытовым батареям, для получения дополнительной информации и советов по поиску подходящих каналов утилизации в вашем регионе: https://www.epa.gov/recycle/used-household-batteries

Независимо от того, перевозите ли вы один аккумулятор, комплект аккумуляторов на поддонах или устройство с батарейным питанием, безопасность посылки и тех, кто работает с ней в пути, зависит от соблюдения HMR. Несоблюдение применимых правил может привести к штрафам или даже уголовному преследованию. См. 49CFR 173. 185 и приведенные ниже ресурсы для получения подробных требований, касающихся поставок литиевых батарей, в том числе содержащихся в электронных устройствах.

Руководство по литиевым батареям для грузоотправителей

Уведомление о безопасности при транспортировке литиевых батарей для утилизации или переработки

Понимание рисков повреждения, дефекта или отзыва (DDR) литиевых батарей

Для отправлений, осуществляемых через Почтовую службу США (USPS), обратитесь к веб-сайту USPS за информацией об ограничениях на доставку почтовыми службами и доступом к Публикации 52 и Руководствам по международной почте (IMM). Публикация 52 описывает типы и количество опасных материалов, которые можно отправить с помощью USPS. Кроме того, вы можете просмотреть ресурс ниже для получения полезной информации.

USPS безопасно доставляет опасные вещества

Литиевые элементы и батареи, предлагаемые для перевозки, должны пройти проектные испытания, указанные в Руководстве по испытаниям и критериям Организации Объединенных Наций (ООН), раздел 38. 3. С 21 января 2022 г. производители литиевых элементов и аккумуляторов должны предоставлять сводные документы по испытаниям по запросу. Краткий отчет об испытаниях включает стандартизированный набор элементов, обеспечивающих прослеживаемость и подотчетность, чтобы гарантировать, что конструкции литиевых элементов и батарей, предлагаемые для перевозки, соответствуют требованиям к испытаниям ООН 38.3.

Обратитесь к производителю аккумуляторов, дистрибьютору или поставщику продукта, чтобы определить, прошла ли конструкция аккумулятора эти тесты, или получите итоговый документ по тестированию.

Для получения дополнительной информации просмотрите ресурс ниже.

Сводки испытаний литиевых батарей (TS)

Федеральное авиационное управление (FAA) поддерживает веб-сайт, посвященный безопасности литиевых батарей с акцентом на транспортировку по воздуху: https://www.faa.gov/hazmat/resources/lithium_batteries

В рамках своей инициативы SafeCargo FAA предоставляет серию руководств по надлежащей перевозке опасных материалов по воздуху, включая схему перевозки ионно-литиевых и литий-металлических аккумуляторов.

Таблица FAA с литиевыми батареями

Для получения дополнительной информации об инцидентах с литиевыми батареями в воздухе см. интерактивную таблицу FAA.

Воздушные происшествия с литиевыми батареями

Если вы летите, вы можете взять с собой ноутбук, мобильный телефон, фотоаппарат, планшет или другие устройства с литиевыми батареями! Эти персональные электронные устройства представляют меньший риск, если соблюдаются определенные условия и ограничения, такие как предотвращение непреднамеренной активации. Запасные батареи, в том числе багаж, оснащенный литиевыми батареями, можно упаковать в ручную кладь, если приняты меры по защите от короткого замыкания.

Информацию об условиях и ограничениях на провоз литиевых батарей или любых других опасных материалов во время вашего следующего рейса см. перед полетом на веб-сайте FAA PackSafe for Passengers.

FAA PackSafe for Passengers

Кроме того, Управление транспортной безопасности (TSA) публикует информацию о дополнительных предметах, которые они ограничивают на рейсах.