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.
Сборка АКБ своими руками
Аккумулятор своими руками
На сегодня в продаже представлен богатый ассортимент литиевых аккумуляторных элементов. Для каждой конкретной задачи можно выбрать подходящий под условия эксплуатации тип химии. Выбрать аккумуляторы с необходимой ёмкостью, ресурсом, разрядными токами, рабочими температурами и т.д. Если вы задались целью самостоятельно собрать аккумуляторную батарею с нужными характеристиками, вам понадобятся:
- аккумуляторные элементы — ячейки
- BMS плата, которая контролирует процесс заряда и разряда АКБ и продлевает срок ее службы
- плата балансиров, которая отвечает за выравнивание заряда элементов питания
- соединительные провода
- разъемы
- подходящий по размерам бокс или кейс из металла или пластика
Алгоритм сборки батареи
Прежде всего стоит проверить ещё раз каждую ячейку отдельно перед началом сборки. Если у вас есть соответствующий миллиомметр который работает с переменным током высокой частоты — обязательно проверьте внутреннее сопротивление ячеек которые у вас есть. Не пытайтесь использовать для этой цели обычный омметр, вероятнее всего это приведёт к его выходу из строя.
В случае если специального прибора у вас нет — как минимум стоит произвести измерение напряжения каждой ячейки. Убедитесь что все ячейки имеют одинаковое напряжение, и что это напряжение находится в рекомендуемом для ячеек диапазоне. Если какие-то из аккумуляторных элементов имеют отличное напряжение обязательно дозарядите/доразрядите их до необходимого.
Подготовленные ячейки укладываются в пакеты с учетом полярности, обеспечивая параллельное соединение. К ним подсоединяются силовые и балансирные провода. Пакеты последовательно соединяются друг с другом для получения необходимого напряжения. Не считая сварной технологии, для домашней сборки применяют соединение батарей пайкой или же болтами. В случае слаботочных батарей, пайка как правило является наиболее компактным и надёжным решением. Однако в случае если вы не уверены в своих навыках пайки, или же собираете батареи с большими рабочими токами мы рекомендуем выбирать аккумуляторные элементы предназначенные для сборки болтами. В любом из случаев проявите максимальную ответственность при коммутации батарей. Тщательно очистите клеммы ячеек перед сборкой, хорошо залудите контактную площадку, в случае пайки. Надёжно затяните все болты в случае резьбового соединения. Обязательно зафиксируйте контакт механически и заизолируйте его — таким образом вы избежите многих проблем при дальнейшей эксплуатации устройства.
Все элементы тщательно стягиваются и укладываются в подготовленный бокс или кейс, в котором заранее необходимо предусмотреть отверстия для вывода проводов. Тут же монтируется плата BMS и плата балансиров. О том для чего они нужны, как их выбрать и как правильно подключить — в наших отдельных статьях. Силовые провода выводятся наружу, после чего к ним присоединяется штекер для дальнейшего осуществления коммутации батареи. Все отверстия кейса тщательно герметизируются.
Меры безопасности
Собираясь собрать самодельный аккумулятор своими руками, помните, что:
- В процессе работы и при тестировании аккумуляторов важно быть предельно аккуратными и осторожными.
- Нельзя допускать падений элементов питания и собранной батареи, их нагрева, сдавливания, проникновения в них сторонних предметов.
- Важно избегать короткого замыкания, перезарядки аккумуляторов, применения обратной полярности.
- В случае чрезмерного нагрева необходимо прекратить эксплуатацию батареи или зарядного устройства.
- Нельзя использовать ячейки сомнительно качества, с признаками повреждений.
Если вы сомневаетесь в достаточности своих знаний и опыта, лучше сэкономьте время и силы – просто купите готовую аккумуляторную батарею с подходящими параметрами или закажите ее сборку на заказ. Изготовление аккумуляторной батареи на заказ позволяет самостоятельно выбрать ячейки для сборки АКБ и четко соблюсти требуемые характеристики. В частности, вы можете заказать аккумулятор оптимально подходящей вам формы, размеров, емкости.
10.10. Разборка и сборка аккумуляторных батарей
Аккумуляторные батареи или отдельные аккумуляторы батареи в воинских частях разбираются только после отработки батареями гарантийного срока службы. Батареи и аккумуляторы разбираются для выполнения следующих видов ремонта:
- устранения короткого замыкания внутри аккумулятора;
- устранения обрыва цепи внутри аккумулятора;
- замены баков, моноблока и крышек аккумуляторов;
- замены отдельных блоков и полублоков электродов автомобильных батарей.
Перед разборкой аккумуляторную батарею необходимо разрядить током 10-часового режима до напряжения 1,7 В на первом вышедшем аккумуляторе. Разбирать заряженную батарею не следует, так как на воздухе происходит быстрое окисление отрицательных электродов.
Разборку батареи рекомендуется вести в такой последовательности.
Наметить керном центры штырей борнов или полюсных выводов и высверлить отверстия диаметром 3,5 мм и глубиной 4. 5 мм. В полученные отверстия поочередно вставить стержень трубчатого сверла (рис. 75 и 76). и высверлить кольцевое отверстие на всю толщину перемычки или на всю высоту полюсного вывода до полного отделения от свинцовой втулки крышки и борна. Неповрежденные перемычки или выводы «под болт» могут быть использованы вторично.
 75. Коловорот с набором трубчатых сверл для высверливания отверстий в перемычках аккумуляторных батарей |  76. Высверливание отверстий в перемычках коловоротом с трубчатым сверлом |
Затем с помощью разогретого электрического паяльника с насадкой (рис. 68) удалить с поверхности батареи заливочную мастику. В случае ремонта отдельных аккумуляторов батареи заливочная мастика удаляется лишь по периметру Крышек этих аккумуляторов. Снятая мастика может быть повторно использована после нейтрализации в 2. 3%-ном растворе кальцинированной соды.
 77. Съемник для снятия крышек с аккумуляторов (резьба под гнезда пробок в крышках аккумулятора) |  78. Выемка блока электродов с крышкой с помощью съемника |
При необходимости замены аккумуляторные крышки снимаются с помощью съемника (рис. 77 и 78). Для этого в резьбовое отверстие, крышки ввертывается соответствующий конец съемника и снимается крышка. Подготовленная к разборке аккумуляторная батарея с помощью скоб-захватов закрепляется на доске для выемки блоков. Затем на штыри борнов накладывают зажимы съемника (рис. 79) и вынимают поочередно блоки электродов каждого аккумулятора. Когда для вытаскивания требуются значительные усилия, используется приспособление (рис. 80). Блоки электродов ставятся наклонно на ячейки моноблока (рис. 81) на 2. 3 мин для стекания электролита. После этого блоки электродов и внутренняя поверхность моноблока промываются и блоки помещаются в ванну с дистиллированной водой для уменьшения окисления отрицательных электродов.
 79. Съемники для выемки блока электродов из аккумуляторов а — танковых и автомобильных батарей б — мотоциклетных батарей |
 80. Приспособление для выемки блока электродов из танковых батарей |  81. Установка блока электродов для стекания электролита |
После разборки необходимо приступить к устранению неисправности, из-за которой была произведена разборка. Для устранения короткого замыкания или обрыва электрической цепи надо осмотреть блок, найти место замыкания между электродами или обрыва цепи и устранить неисправность. При неисправности моноблока или отдельных баков следует осмотреть их и при обнаружении сколов и трещин заменить. Если есть сомнения, какой из баков или какая ячейка моноблока дает течь, надо налить в баки или ячейки моноблока горячую воду. При этом через трещину будет заметно просачивание воды.
Если разборка батареи или аккумулятора произведена для замены блоков или полублоков электродов, необходимо:
- вынуть из блока с помощью деревянной или эбонитовой пластинки старые сепараторы;
- разделить блоки на полублоки и поместить полублоки отрицательных электродов в ванну с дистиллированной водой;
- осмотреть полублоки, а затем каждый электрод и сепараторы для определения их пригодности к дальнейшему использованию.
Полублоки положительных электродов могут быть признаны пригодными к использованию, если активная масса электродов прочно держится в токоотводах, тверда на ощупь, не имеет вздутостей, а токоотводы не разрушены.
Полублоки отрицательных электродов считаются пригодными к использованию, если активная масса электродов покрыта сульфатом свинца только на поверхности, не имеет усадки, вздутостей и при прочерчивании ножом на электроде остается след с металлическим блеском.
Положительные и отрицательные электроды считаются непригодными, если они покрыты белой коркой сульфата, покороблены, имеют оползание, усадку или вздутие активной массы, трещины кромок и изломы токоотводов.
Мипластовые сепараторы, не имеющие трещин, отверстий и обломов кромок, могут быть использованы повторно после промывки, если на них нет налета сульфата свинца. Сепараторы из мипора рекомендуется заменять новыми.
После осмотра и разбраковки негодные полублоки заменяются годными из батарей, подлежащих списанию, или новыми.
Сборка и спайка новых полублоков отрицательных и положительных электродов производятся с помощью универсального кондуктора (рис. 82). В кондуктор, предварительно оборудованный нижней и верхней гребенками соответствующего типа, вставляется требуемое (указанное в приложении 19) количество электродов так, чтобы нижние кромки электродов входили в пазы нижней гребенки, а ушки — в прорези верхней гребенки. Затем в пазы верхней крышки вставляется соответствующий типу батареи шаблон и закрепляется там. В гнездо шаблона вставляется борн, который предварительно отливается с помощью специальной формы (рис. 83) со сменными в соответствии с типами батарей стаканами.
 82. Универсальный кондуктор для пайки полублоков электродов |
 83. Форма для отливки борнов аккумуляторных батарей различных типов |
 84. Пайка полублока электродов |
Подсоединив к основанию кондуктора зажим держателя угольного электрода, расплавляют с помощью угольного электрода свинцовый пруток и выступающие из верхней гребенки ушки электродов, заполняя расплавленным свинцом до краев гнездо шаблона (рис. 84).
 85. Тиски для опрессовки блока электродов |
Из полублоков составляются блоки, в которых отрицательные электроды должны чередоваться с положительными. Собранные блоки прокладываются сепараторами. Сепараторы устанавливают в блок электродов, начиная с середины, ребристой стороной к положительным электродам. После установки сепараторы выравнивают, с тем чтобы они равномерно выступали по обеим равномерно выступали по обеим сторонам блока. Снизу блока сепараторы должны быть в одной плоскости с ножками электродов. Собранные блоки электродов опрессовывают с помощью тисков (рис. 85) с целью придания им необходимых размеров, после чего вставляют их без резких ударов о призмы в баки или ячейки моноблока, соблюдая при этом правильное чередование полярности аккумуляторов. На каждый блок накладывается перфорированный винипластовый щиток таким образом, чтобы его края находились под «пятками» борнов. После установки блоков необходимо проверить, нет ли короткого замыкания между положительными и отрицательными электродами. Затем устанавливают аккумуляторные крышки, которые должны надеваться на борны свободно, щели между крышками и баками или ячейками моноблока заполняют асбестовым шнуром или резиновыми прокладками (в зависимости от типа батареи), после чего поверхность батареи заливают расплавленной мастикой вручную, с помощью специального ковша с оттянутым сливным носиком.
Для последовательного соединения отдельных аккумуляторов используются или высверленные при разборке батареи перемычки, или перемычки, вновь отлитые в форме (рис 72). Перемычки наваривают угольным электродом (рис. 86).
 86. Сварка перемычек аккумуляторной батареи с помощью угольного электрода |
 87. Наварка полюсного вывода автомобильной аккумуляторной батареи |
В случае необходимости производится наварка полюсных выводов. Выводы «под конус» навариваются с помощью специальных шаблонов (рис. 87). На неостывшие выводы теснителем знаков наносится знаки «+» или «—». Для батарей с выводами «под болт» используются или ранее снятые полюсные выводы, или вновь отлитые с помощью специальной формы (рис. 71).
Собранные аккумуляторные батареи заполняют свежим электролитом плотностью 1,12 г/см 3 и проводят им полный нормальный заряд, как и батареям, находящимся в эксплуатации.
По окончании заряда плотность электролита доводится до нормы, указанной в табл. 3, графа 6.
