Jak si postavit bateriový blok 18650: Podrobný návod – Blog

Lidé postupně přecházejí k plně elektrické éře. Jedním z nejoblíbenějších typů baterií pro tento účel jsou lithium-iontové baterie.

Dnes jsou články s tvarovým faktorem 18650 nejběžnější v různých zařízeních, jako jsou rádiem ovládané hračky, elektromobily nebo elektrické nářadí. Tento formát baterií se již osvědčil, vyrábí se ve značných objemech a vyznačuje se dostupnou cenou.

Baterie 18650 jsou typem lithium-iontové baterie. Měří 18 mm v průměru a 65 mm na délku, takže jsou o něco větší než baterie AA. Baterie AA se někdy označují jako baterie 14500, protože mají průměr 14 mm a výšku 50 mm.

Dnes si ukážeme, jak sestavit bateriový blok z článků 18650. Základním principem je zapojení několika článků sériově a paralelně, čímž se vytvoří větší blok. Pro zajištění bezpečnosti je nutné nainstalovat systém správy baterií (BMS).

Tato příručka je určena pro osoby, které mají zkušenosti s prací s lithium-iontovými bateriemi. Pokud takové zkušenosti nemáte, nepokoušejte se sami opakovat zde popsané kroky. Buďte opatrní.

Výběr baterie

Existuje široká škála baterií 18650 v různých cenách. Ale které z nich je nejlepší vybrat? Doporučujeme kupovat baterie 18650 od důvěryhodných výrobců, jako jsou Panasonic, Samsung, Sanyo a LiitoKala.

Tyto baterie mají podrobné specifikace a přísnou kontrolu kvality. I když mohou být dražší než jiné možnosti, pokud je plánujete používat dlouhodobě, rozhodně se vyplatí.

Nedoporučujeme kupovat baterie s názvy, které obsahují slovo „FIRE“ (například Ultrafire, Surefire, Trustfire). Tyto produkty mohou být výrobními vadami, které byly přebaleny a prodávány pod jinými značkami. Některé přebalené baterie dostávají nový štítek, který uvádí nadsazenou kapacitu až 5000 mAh, zatímco skutečná kapacita může být pouze od 1000 do 2000 mAh.

Další vážnou nevýhodou těchto levných baterií je vysoké riziko poškození a požáru v případě přehřátí během nabíjení nebo vybíjení.

Náš internetový obchod nabízí široký výběr baterií od výrobce LiitoKala.

Výběr správné niklové pásky

Pro sestavení bateriového bloku je třeba propojit články 18650 pomocí niklových pásků nebo silného drátu. Niklové pásky jsou nejběžnější volbou.

Existují dva typy niklových pásků: poniklovaná ocel a čistý nikl. Doporučujeme dát přednost páskům z čistého niklu, a to i přes jejich mírně vyšší cenu ve srovnání s poniklovanými ocelovými pásky. To je dáno tím, že čistý nikl má výrazně nižší elektrický odpor.

Menší elektrický odpor znamená, že během nabíjení a vybíjení se bude vyvíjet méně tepla. To následně pomáhá prodloužit životnost baterie.

Důležité! Niklové pásky se liší velikostí a délkou. Při výběru pásků byste se měli zaměřit na jmenovitý proud.

Pájení nebo bodové svařování?

Existují dva způsoby připojení článků 18650:

• Pájené spojení
• Spojení bodovým svařováním

Nejvýhodnější možností je bodové svařování, ale náklady na odpovídající zařízení výrazně převyšují cenu kvalitní páječky.

Pokud zvolíte pájení, je důležité pochopit výhody bodového svařování. Jedním z problémů pájení je, že spotřebovává velké množství tepla, které se pomalu rozptyluje. To může způsobit chemické reakce uvnitř baterie, což negativně ovlivňuje její výkon. V důsledku toho může dojít ke ztrátě části kapacity a zkrácení životnosti baterií.

Pokud však neplánujete koupit drahé bodové svařovací zařízení, můžete na bateriích použít metodu pájení niklovým páskem, ale s dodržením určitých opatření:

• Chcete-li zkrátit dobu, po kterou je páječka na článku, ujistěte se, že je povrch čistý, a naneste dostatečné množství tavidla pro zlepšení toku pájky.
• Doporučuje se používat kvalitní páječku s vysokým výkonem (alespoň 80 W) a dobrou tepelnou kapacitou pro rychlý přenos tepla do spoje. Tím se zkrátí doba kontaktu páječky s baterií.

Bodové svařování zajišťuje spolehlivé připojení baterií bez významného zahřívání. Existují dva typy bodových svařovacích strojů: pro domácí použití a profesionální. Cena dobrého stroje pro domácí použití je asi 10 tisíc rublů, zatímco profesionální může stát desetkrát více.

Kontrola napětí článku

Před paralelním zapojením článků nezapomeňte zkontrolovat napětí každého článku. Při paralelním zapojení by napětí článků mělo být přibližně stejné. Pokud je rozdíl v napětí významný, může proud protékat z článku s vyšším napětím do článku s nižším napětím. To může články poškodit nebo dokonce zapálit.

Při použití nových článků se jejich napětí obvykle pohybuje mezi 3,5-3,7 V, což umožňuje jejich bezproblémové připojení. Při použití starých baterií do notebooků byste však měli nejprve zkontrolovat, zda je napětí jednotlivých článků přibližně stejné. Pokud se liší, doporučuje se před připojením články nabít na stejnou úroveň napětí pomocí spolehlivé nabíječky lithium-iontových baterií.

Napětí a kapacita

Pro vytvoření bateriového bloku je nutné určit jeho jmenovité napětí a kapacitu. Pro dosažení požadované kapacity se články zapojují paralelně a tyto paralelní skupiny se poté zapojují sériově, aby se dosáhlo požadovaného napětí.

Řekněme, že chcete baterii s napětím 11,1 V a kapacitou 15 Ah. Použijeme články typu 18650 s napětím 3,7 V a kapacitou 3000 mAh.

Výpočet kapacity

• Pro dosažení požadované kapacity bateriového bloku 15 Ah nebo 15000 3000 mAh na základě kapacity jednoho článku 5 15000 mAh je nutné zapojit 3000 článků paralelně (5 5 mAh / 5 3,7 mAh = 15000). Symbol pro paralelní zapojení článků je obvykle znázorněn písmenem „P“, takže tento blok bude označen jako „XNUMXP“. Paralelním zapojením XNUMX článků vznikne jeden článek s vyšší kapacitou (XNUMX V, XNUMX XNUMX mAh).

Výpočet napětí

• Pro dosažení požadovaného jmenovitého napětí bateriového bloku, které je 11,1 V, vycházejícího z jmenovitého napětí jednotlivého článku 3,7 V, je nutné zapojit 3 články do série (11,1 V / 3,7 V = 3 ks). Označení pro sériové zapojení článků se obvykle označuje písmenem „S“, takže tento blok bude označen jako „3S“.

V důsledku toho je pro vytvoření bateriového bloku s charakteristikami 11,1 V a 15 Ah nutné sériové zapojení tří paralelních skupin, z nichž každá obsahuje 5 článků.

Sestavení buňky

V předchozím kroku jsme zjistili, že náš akumulátorový blok je tvořen třemi paralelními skupinami zapojenými do série, které dávají celkové napětí 11,1 V (3 x 3,7 V). Každá z těchto paralelních skupin obsahuje pět článků, celkem tedy 15000 3000 mAh (5 XNUMX mAh x XNUMX).

Dále je třeba správně umístit 15 článků, abyste je připojili k desce BMS.

Nejprve umístíme první paralelní skupinu buněk kladnou stranou nahoru. Poté umístíme druhou paralelní skupinu zápornou stranou nahoru. Poté umístíme třetí paralelní skupinu kladnou stranou nahoru.

Pro sestavení článků do bloku se doporučuje použít plastové držáky pro baterie 18650. Jsou vhodnější z několika důvodů:

• Umožňuje vytvářet bloky různých velikostí sestavováním buněk jako puzzle.
• Zajišťuje mezery mezi články pro podporu cirkulace vzduchu a chlazení baterií.
• Dodávají baterii pevnost a spolehlivost.
• Chraňte sestavu před vibracemi.

Proces bodového svařování

Začněme používat bodové svářecí zařízení. Nejprve si připravte niklové pásky a svářecí stroj.

Řezání niklových pásků

• Umístěte niklový proužek s 5 články paralelně tak, aby zcela zakrýval všechny kontakty článků, a ponechte dalších 10 mm proužku pro pozdější připojení k desce BMS. Poté proužek ustřihněte.
• Pro sériové zapojení nastříhejte několik malých niklových proužků. Pro paralelní zapojení budete potřebovat 4 dlouhé proužky a pro následná zapojení 10 malých proužků.
• Připojte záporný pól první paralelní skupiny ke kladnému pólu druhé skupiny a poté záporný pól druhé skupiny ke kladnému pólu třetí skupiny.

Svařování bateriových pásků

• Zařízení lze použít pro svařování čistého niklu i poniklované oceli. Regulátory pulzů a proudu se nastavují v závislosti na tloušťce niklových pásků.
• Pro niklové pásky o tloušťce 0,15 mm nastavte pulzní regulátor na 4P a regulátor proudu na 4-5. Pro niklové pásky o tloušťce 2 mm nastavte pulzní regulátor na 4P, 6P a regulátor proudu na 7-8.
• Ujistěte se, že je svařovací rukojeť pevně přitlačena k niklovému proužku a pólu baterie, a poté sešlápněte nožní spínač. Na proužku uvidíte malou jiskru a dvě tečky.

Kvalitu svaru můžete posoudit zatažením za niklový proužek. Pokud se po stisknutí neodlepí nebo je k jeho oddělení potřeba značná síla, pak je svar úspěšný. Pokud se však niklový proužek odlepí snadno, může to znamenat, že je třeba zvýšit proud.

Důležité! Před zahájením bodového svařování vždy používejte ochranné brýle.

Instalace desky BMS

Systém správy baterií (BMS) je elektronický systém, který řídí provoz lithiových baterií a plní řadu důležitých funkcí:

• Odpojte baterii od zdroje napájení, jakmile dosáhne plného nabití (přibližně 4,2 V).
• Vyrovnávání napětí všech článků baterie.
• Zabránění nadměrnému vybití baterie.

Při výběru BMS je třeba zvážit dva klíčové parametry:

• Počet článků v sériovém zapojení (např. 2S, 3S nebo 4S).
• Maximální vybíjecí proud (např. 10 A, 20 A, 25 A nebo 30 A).

Pro tento příklad zvolíme desku BMS 3S a 25A.

Připojte systém správy baterií (BMS) podle schématu zapojení. Na desce BMS jsou čtyři pájecí kontakty: B-, B1, B2 a B+. Připojte zápornou sběrnici první paralelní skupiny k B- a kladnou sběrnici k B1. Obdobně připojte zápornou sběrnici třetí paralelní skupiny k B2 a kladnou sběrnici k B+.

Pro bezpečné spojení můžete niklové proužky k desce BMS bodově přivařit nebo je připájet na speciální kontaktní plošky na desce. Nejprve naneste pájecí tavidlo na kontaktní plošky desky plošných spojů a konce niklových proužků. Poté přidejte malé množství pájky na všechny kontaktní plošky, které chcete připojit, a připájejte je k sobě.

Zapouzdření

Akumulátor má ze všech stran odkryté niklové proužky. Pro zajištění bezpečnosti při používání musí být baterie umístěna v pouzdře.

Pouzdro si můžete navrhnout sami a vytisknout na 3D tiskárně, nebo si zakoupit hotové pouzdro vhodné velikosti.

Komponentní připojení

Standardní baterie má obvykle dva kontakty: jeden pro připojení zátěže a druhý pro nabíjení baterie.

Pro sledování stavu baterie lze přidat indikátor nabití. Nabíječku a zátěž lze připojit pomocí konektoru 5.5/2.5. Modul indikátoru stavu baterie 3S zobrazuje aktuální stav nabití. Indikátor můžete také zapnout nebo vypnout pomocí přepínače.

Důležité! Nepájejte vodiče k BMS, dokud nebudou všechny komponenty nainstalovány v pouzdře.

Konečná montáž

Posledním krokem je sestavení bateriového bloku a jeho umístění do pouzdra. Vložte bateriový blok do pouzdra a zajistěte ho na místě. K upevnění můžete použít tavné lepidlo nebo, pokud to konstrukce pouzdra umožňuje, zajistěte jej šrouby.

Ujistěte se, že všechny součásti jsou pevně na svém místě a že jsou kabely a připojení bezpečné. Tímto krokem je dokončen proces montáže a zajištěno, že je vaše baterie chráněna a spolehlivě funguje.

Závěr

Výroba bateriového bloku s použitím článků 18650 je zábavný a obohacující projekt. Naučili jsme se hodně o montáži, bezpečnosti a správě baterií. Výsledkem je kompaktní a spolehlivý bateriový blok, který lze použít k různým účelům, včetně napájení solárních generátorů, elektrokol a dalších zařízení.

Pokud si chcete sestavit vlastní bateriový blok, doporučujeme vám začít s tímto projektem. Je to skvělý způsob, jak získat praktické zkušenosti a lépe porozumět tomu, jak lithium-iontové baterie fungují. Doufáme, že vám tento návod pomůže. Pokud máte nějaké návrhy na vylepšení nebo dotazy, zanechte prosím komentář – rádi si od vás poslechneme!

Kombinovaná skupina baterií se nazývá baterie článků nebo jednoduše galvanická baterie. Existují dva hlavní způsoby propojení článků do baterií: sériové a paralelní zapojení.

V tomto článku se budeme zabývat vlastnostmi sériového a paralelního zapojení baterií. Existují různé situace, kdy může být nutné zvýšit celkovou kapacitu nebo zvýšit napětí paralelním nebo sériovým zapojením několika baterií v jedné baterii, a vždy byste měli pamatovat na nuance.

Paralelní připojení zahrnuje připojení kladných pólů baterií ke společnému kladnému bodu obvodu a všech záporných pólů ke společnému mínusu, tj. všechny kladné póly prvků jsou připojeny k jednomu společnému vodiči a všechny záporné póly k jinému společnému vodiči. Konce společných vodičů takové baterie jsou připojeny k externímu obvodu – k přijímači.

Podstata sériového způsobu připojení baterií, jak vyplývá z jeho názvu, spočívá v tom, že všechny odebrané prvky jsou vzájemně propojeny v jednom sekvenčním řetězci, tj. kladný pól každého prvku je spojen se záporným pólem každého následujícího prvku.

Výsledkem takového připojení je jedna společná baterie, ve které má jeden extrémní prvek volný záporný pól a druhý má volný kladný pól. S jejich pomocí je baterie připojena k externímu obvodu – k přijímači. O tom si povíme podrobněji níže.

Paralelní zapojení baterií vede ke kombinaci kapacit a při stejném počátečním napětí na každé z baterií obsažených v baterii sestavené z nich se kapacita kompozitní baterie ukáže být rovna součtu kapacit těchto baterií. Pokud jsou kapacity kombinovaných baterií stejné, stačí k nalezení kapacity baterie vynásobit počet baterií, které tvoří baterii, kapacitou jedné baterie v sestavě.

Bez ohledu na to, kolik prvků zapojíme paralelně, jejich celkové napětí bude vždy rovno napětí jednoho prvku, ale sílu vybíjecího proudu lze zvýšit tolikrát, kolik je prvků v baterii, pokud jsou všechny prvky v baterii stejného typu.

Sériovým zapojením baterií získáte baterii se stejnou kapacitou, jako je kapacita jedné z baterií obsažených v baterii, za předpokladu, že kapacity jsou stejné. V tomto případě bude napětí baterie rovno součtu napětí každé z baterií, které baterii tvoří.

Pokud jsou baterie se stejnou kapacitou a stejným napětím v okamžiku zapojení zapojeny sériově, pak napětí baterie získané sériovým zapojením bude rovno součinu napětí jedné baterie a počtu baterií, které tvoří sériový obvod.

Při sériovém zapojení prvků se sčítají hodnoty jejich vnitřních odporů. Z baterie je tedy bez ohledu na její napětí možné odebírat pouze stejný proud, pro jaký je jeden prvek v baterii navržen. To je pochopitelné, protože při sériovém zapojení je proud, který prochází každým prvkem, stejný jako proud, který prochází celou baterií.

Sériovým zapojením prvků a zvýšením jejich celkového počtu je tedy možné zvýšit napětí baterie na libovolné meze, ale vybíjecí proud baterie zůstane stejný jako u jednoho jednotlivého prvku, který je součástí jejího složení.

V paralelním i sériovém zapojení se celková energie baterie rovná součtu energií všech baterií, které baterii tvoří.

Proč se tedy baterie kombinují do baterií? Celý bod je v tom, že v jakémkoli obvodu existují ztráty spojené s ohřevem vodičů. A při stejném odporu vodiče, pokud je nutné přenášet určitý výkon, je mnohem výhodnější přenášet výkon při vysokém napětí, pak bude potřebný proud menší a ohmické ztráty budou menší.

Z tohoto důvodu výkonné nepřerušitelné zdroje napájení používají baterie sériově zapojených akumulátorů s celkovým napětím několika desítek voltů, spíše než paralelní obvod 12 voltů. Čím vyšší je napětí zdroje, tím vyšší je účinnost měniče.

Pokud je potřeba značný proud a jedna dostupná baterie nestačí pro zamýšlený účel, kapacita baterie se zvýší paralelním zapojením několika baterií.

Není vždy ekonomicky výhodné vyměnit baterii za novou s vyšší kapacitou a někdy stačí paralelně zapojit další a zvýšit kapacitu zdroje na požadovanou. Některé nepřerušitelné zdroje napájení mají přihrádky pro instalaci dalších baterií paralelně se stávající, aby se zvýšil energetický zdroj měniče.

Na co si dát pozor při sériovém zapojení baterií? Baterie různých kapacit (vyrobené stejnou technologií, například olověné) se liší vnitřním odporem. Čím vyšší kapacita, tím nižší vnitřní odpor, závislost je zde téměř nepřímo úměrná.

Z tohoto důvodu, pokud zapojíte baterie s různou kapacitou do série a uzavřete zátěžový obvod nebo nabíjecí obvod, proud v obvodu bude všude stejný, ale úbytky napětí budou různé. A na jedné z baterií bude napětí během nabíjení mnohem vyšší než jmenovitá hodnota, což je nebezpečné, a během vybíjení mnohem nižší než spodní limit, což je škodlivé. Uvažujme níže uvedený příklad, ukážeme si, co to obnáší.

Řekněme, že máme 10 baterií, každá s jmenovitým napětím 12 voltů, 9 z nich má kapacitu 20 ampérhodin a jedna má kapacitu 10 ampérhodin. Rozhodli jsme se je zapojit do série a nabíjet je z nabíječky s regulací nabíjecího proudu, nastavili jsme proud na 2 ampéry. Nabíječka je nastavena tak, aby se nabíjení zastavilo, když napětí baterie překročí hranici 138 voltů, na základě průměrné hodnoty 13,8 voltů pro každou baterii v sériovém zapojení. Co se stane?

Pro každou baterii výrobce poskytuje nabíjecí charakteristika, kde vidíte, jakým proudem a jak dlouho je třeba baterii nabíjet.

Je zřejmé, že baterie s dvakrát menší kapacitou při proudu 2 ampéry přijme tolik energie jako baterie s vyšší kapacitou, ale růst napětí na ní bude přibližně třikrát rychlejší. Malá baterie si tedy po 2 hodinách vybere svou daň, zatímco velké baterie se budou muset nabíjet dalších 3 hodin.

Ale napětí na malé baterii už překročilo hranici, bylo by potřeba ji přepnout do režimu stabilizace napětí, naše nabíječka to nedělá. Nakonec systém rekombinace plynů v baterii s poloviční kapacitou nevydrží, ventily se utrhnou a baterie začne ztrácet vlhkost, ztrácet kapacitu, zatímco velké baterie budou stále nedobité.

Závěr: Sériově lze nabíjet pouze baterie se stejnou kapacitou, stejnou technologií a stejným stavem vybití.

Nyní předpokládejme, že vybíjíme stejný sériový obvod. Zpočátku má každá baterie 13,8 voltů a vybíjecí proud je 2 ampéry. Ochrana proti hlubokému vybití rozpojí obvod při 72 voltech, což znamená nejméně 7,2 voltů na baterii. Po 4 hodinách bude malá baterie zcela vybitá a velké baterie budou mít stále 12 voltů a ochrana proti hlubokému vybití si triku nevšimne. Malá baterie nenávratně ztratí část své kapacity.

Proto můžete sériově zapojovat pouze baterie se stejnou kapacitou, pokud je nechcete poškodit. Nejlepší je zapojit baterie ze stejné šarže do série a předem zkontrolovat jejich kapacitu testerem baterií, abyste se ujistili, že kapacity baterií, ze kterých budete sestavovat sériovou baterii, jsou téměř stejné.

Je však přípustné paralelně zapojit baterie s různou kapacitou. Samozřejmě za předpokladu, že napětí na jejich svorkách je stejné. Při paralelním zapojení nebudou kapacity baterií hrát roli, protože vnitřní odpory baterií budou zapojeny paralelně a maximální nabíjecí nebo vybíjecí proud bude pro každou baterii jiný, budou pracovat synchronně.

Pro svorky baterie však existují proudová omezení a u každé konkrétní baterie nemusí svorky dlouhodobě odolat proudu, který je baterie schopna poskytnout, je důležité na to nezapomínat. Tyto parametry jsou uvedeny v technické dokumentaci k baterii.

Pokud se v okamžiku připojení dvou baterií s výrazně odlišnou kapacitou výrazně liší jejich napětí, je krátkodobé proudové přetížení v jedné z baterií nevyhnutelné. Pokud je napětí vyšší v baterii s menší kapacitou, pak přerozdělení náboje v okamžiku připojení způsobí v ní krátkodobý zkratový proud, který může rychle vést k jejímu zničení.

Pokud je napětí v baterii s vyšší kapacitou vyšší, je opět ohrožena baterie s nižší kapacitou, protože přijme náboj v režimu přetížení. Proto je nejlepší zapojit baterie paralelně, po předchozím vyrovnání napětí na nich, a poté je jako další krok spojit do baterie.

Porovnávací tabulka schémat zapojení baterií

Charakterizace	Paralelní připojení baterií	Zapojení baterií do série	Smíšené připojení baterie
Stres	Nemění se	Součet napětí každé baterie	Záleží na konkrétním schématu
Kapacita	Součet kapacit každé baterie	Nemění se	Záleží na konkrétním schématu
Nabíjecí/vybíjecí proud	Rozděleno mezi baterie	Stejný proud všemi bateriemi	Záleží na konkrétním schématu
Délka práce	Stoupá	Nemění se	Záleží na konkrétním schématu
Obtížnost instalace	Nízká	Vysoký	Vysoký
Riziko přetížení baterie	nízký	vysoký	Záleží na konkrétním schématu
Spolehlivost	Vysoký	Nízká	Záleží na konkrétním schématu
Řízení nabíjení/vybíjení	Jednoduché	Jednoduché	Náročné
Použití heterogenních baterií	možná	Nemožné	možná

Konkrétní závislost obvodu v tabulce se vztahuje ke smíšenému zapojení, protože může mít různé konfigurace.

Doufáme, že náš článek byl pro vás užitečný a nyní víte, jak můžete a nemůžete připojit baterie a za jakými účely se to obvykle dělá.

• Mechanické a elektrické vlastnosti asynchronních elektromotorů
• Elektrické kabely, dráty a šňůry – jaký je rozdíl?
• Výpočet zkratových proudů pro začínající elektrikáře

Doufám, že vám byl tento článek užitečný. Podívejte se také na další články z kategorie Elektrická energie v každodenním životě i v práci » Pomoci začínajícím elektrikářům

Přihlaste se k odběru našeho kanálu na Telegram: World of Electricity

Zde můžete zanechat komentář, položit otázku a jen chatovat:
Chat na elektrická témata

Sdílejte tento článek se svými přáteli: