Литий-ион своими руками

Dazdranargon › Блог › Перевод шуруповёрта на литиевые аккумуляторы (с Ni-Cd на Li-Ion)

Неизбежное наступило – аккумуляторы в моём стареньком Hitachi DS 12DVF3 окончательно сдохли. Отвратительно держать заряд они стали уже очень давно, но для мелких бытовых нужд имеющейся ёмкости хватало, поэтому я никогда и не думал над решением этой проблемы. До того момента, когда мне понадобилось просверлить отверстие в кухонной мойке из нержавейки, на что у меня ушло минут сорок! На одно отверстие! Один аккумулятор раскачать вообще не удалось, а другой так и работал, двадцать секунд крутит, около десяти минут заряжается. Вот тут то я и понял, что пришло время подарить новую жизнь моему любимому инструменту.
Понятно, что для начала необходимо было немного ознакомиться с теорией, чтобы понять, что вообще мне предстоит сделать. Конечно, тема эта совсем не новая и переводом шуруповёртов на литий занимаются все, кому не лень. Но каждый делает это по своему в зависимости от своей образованности, количества лени и понятия о красоте. Мне же нужно было, чтоб с технической стороны всё было сделано абсолютно правильно, чтоб снаружи выглядело не страшно и чтоб аккумуляторами можно было удобно пользоваться. Перечитав и пересмотрев огромное количество материала, я взял за основу проект от AlexGyver.

Определившись с необходимыми элементами, я полез на Ali тратить деньги. Литиевые аккумуляторы заказал с уже наваренными никелевыми пластинами, чтоб не мучить пайкой ни себя, ни их. Оказалось, что доставляются аккумуляторы действительно долго и, пока я ждал одних из Китая, купил в местном магазине ещё и другие, но уже без пластинок, ведь у меня два корпуса для переделки. Спустя полтора месяца после заказа, я наконец-то свои посылки получил и уже можно было приступать к работе. Для начала разбираю один старый корпус и знакомлюсь с его содержимым.

Тут надо аккуратно отломать верхнюю контактную площадочку, она будет необходима позднее. Ещё понадобятся никелевые перемычки для припаивания к аккумуляторам второго блока, поэтому этот хлам отодвигаю пока в сторону. Далее примеряю новые компоненты, чтоб понять фронт предстоящих работ.

Пока готовился, проверил одну банку фирмы VariCore на соответствие заявленным характеристикам, ведь от китайцев можно всякого ожидать. Каково же было моё удивление, когда прибор выдал окончательное значение ёмкости аккумулятора: 2892 мАч вместо 3000! С учётом всевозможных погрешностей просто отличный результат!

Места под три банки 18650 и плату BMS в штатном корпусе аккумулятора совсем мало, поэтому было принято волевое решение избавляться от защёлки и удалить изнутри все лишние пластиковые элементы.

Как оказалось позднее, решение правильное. Корпус отлично держится и без замка, поскольку внутри самого шуруповёрта стоят очень мощные подпружиненные зажимные пластины, да и сам новый аккумулятор становится несколько легче, чем старый никель-кадмиевый. Я видел в инете вариант размещения литиевых банок и такой же платы BMS без удаления защёлки, но мне не понравилось как всё это выглядело и от такой компоновки я отказался. Но в моём случае просто избавиться от рёбер внутри корпуса было недостаточно, по ширине три банки 18650 всё-равно не влезают, пришлось немного стачивать крепёжные направляющие саморезов.

Без индикатора оставшегося заряда было бы совсем уныло и несовременно, поэтому беру вольтметр и припаиваю к нему тактовую кнопку с удлинённым жалом (13 мм)

Напильником и острым канцелярским ножом делаю в корпусе под него посадочное место и не сильно аккуратно, но зато очень надёжно вклеиваю его на «горячие сопли».

Такая вот симпатичная мордочка вырисовывается

После всего этого баловства начинается самый ответственный этап — сборка энергетического блока 🙂 При наличии на литиевых банках приваренных электродов, это дело не составляет особого труда.

Как всегда на высоте себя показал флюс Amtech NC-559, вернее его отличная китайская копия.

Многие говорят, что аккумуляторы без кислоты не спаять. Паяльная кислота у меня тоже есть, но я решил попробовать свой любимый флюс в новых для него условиях и даже тут получилось отлично. Единственное, пришлось площадку под пайку пошкрябать ножом, иначе припой очень неуверенно ложился, что могло бы привести к катастрофическому перегреву литиевой банки.
Получилась вот такая аккуратная сборка, на которую я наклеил две полоски двухстороннего скотча для крепления платы BMS.

В том же месте, где я брал литиевые аккумуляторы, я купил толстый силовой провод в силиконовом изоляторе. Удовольствие не из дешёвых, но очень хотелось мощи и гибкости, поэтому тут экономить не стал.
С огромным нетерпением припаял донышко с вольтметром и принялся тестировать полуфабрикат 🙂

На удивление точные показания давал вольтметр, я его даже калибровать не стал.
Итак, две части будущего обновлённого аккумулятора соединены, осталось дело за малым — подготовить к монтажу последнюю третью.
Аккуратно отломанные контакты я закрепляю на контактной площадке шикарной пятиминутной «эпоксидкой». Наверное, смысла так делать особого небыло, ведь контакты подожмутся саморезом при окончательной сборке, но мне так будет спокойней.

После высыхания сверлю отверстия. Под мои саморезы получилось сверлом 2мм в контактной площадке и 3мм в крышке с последующем зенкованием 6мм сверлом, чтоб головка самореза была заподлицо с поверхностью.

Последние шаги перед окончательной сборкой очень важны. Нужно всё максимально заизолировать и аккуратно проложить все провода.

Когда всё сто раз перепроверено, можно скручивать.

Попробовал в работе новый аккумулятор. Шикарноооо! Крутит шустро, нагрузку держит, на предпоследнем делении усилий трещотка чётко срабатывает. Чего ещё желать?! Разве что второй такой же! Делал его как говорится «по горячим следам», или «не отходя от кассы», или «куй железо…» и так далее, пока ещё весь инструмент не был убран. Процесс, естественно, абсолютно такой же, кроме соединения банок в сборку. Тут как раз понадобились никелевые пластины со старых аккумуляторов, ведь второй комплект банок у меня без приваренных электродов. Фото не делал, заработался, но процесс простой, только требует повышенной аккуратности и 440°С на паяльной станции.

Тут можно заметить несколько другой дисплей-вольтметр. Он предназначен специально для работы с платой балансировки 3S, то есть максимальный заряд (четыре деления) он покажет при достижении 12.1В, три деления при 11.4В, два при 10.9В, одно при 10.3В. Более разряжать литиевую сборку из трёх 18650 не рекомендуется и он просто погасит все деления и останется светиться только красная рамка. Очень интересный такой дисплейчик.
Старое зарядное устройство для работы с литием не подходит, поэтому я в Китае заказал новое, с подходящими параметрами. На верхней крышке у него светодиод, который горит красным когда идёт заряд, и зелёным, когда батарея заряжена.

У данного зарядного устройства есть очень специфичная особенность. Оно пищит при зарядке! 🙂 В отзывах многие пишут, что это непотребство какое-то, а мне вроде нормально. Ночью во время сна я пользоваться им не планирую, а в других условиях всегда знаешь, если пропал писк, значит аккумулятор зарядился!

Вот и всё. Я снова узнал много нового, обрёл опыт создания литиевых сборок и овладел принципами работы с паяльной станцией на экстремальных температурах.
Многие, посмотрев на бюджет проделанных работ, скажут, что на эти деньги можно было бы купить в Китае новый хороший шуруповёрт с правильным питанием. Абсолютно с ними соглашусь. Однако я получил огромное удовольствие от работы и приобрёл бесценный опыт, а это важнее банальной покупки новой вещи. Тем более, он неимоверно удобно лежит в руке, ну и дорог мне как память!

Бюджет:
Вольтметр 0,28” — 58р. ссылка
Дисплей-вольтметр — 67р. ссылка
Зарядное устройство — 395р. ссылка
Разъём питания ВС099 (5,5*2,1) — 2шт.*40р.=80р. ссылка
Плата BMS 3S — 2шт.*117р.=234р. ссылка
Аккумулятор VariCore 18650 3000мАч 30А — 3шт.*215р.=645р. ссылка
Аккумулятор Lg HE4 18650 2500мАч 25А — 3шт.*280р.=840р. ссылка
Провод 16AWG 1 метр — 2шт.*75р.=150р. ссылка
Тактовая кнопка KFC-A06-13H — 2шт.*3,20р.=6,4р. ссылка
Итого на два аккумулятора: 2475,4р.

Оживляем шуруповерт. Все для переделки шуруповерта на 18650 литий-ионные аккумуляторы

Аккумулятор шуруповерта рано или поздно «устанет» и его необходимо будет менять. Купить новый аккумулятор оправданно в ситуации когда инструмент стоит копейки. Но если у вас что-то более-менее приличное, или аккумулятор старый на Ni-CD, то однозначно имеет смысл поменять севшие 18650 аккумуляторы на новые или полностью перевести шуруповертс никеля на литиевые.

Безусловно, как и в любом деле, тут есть свои нюансы, но если ваши руки хотя бы минимально прямые, то самостоятельно переделать шуруповерт на литий совсем несложно. Нужно лишь знать что купить для переделки и понимать базовые нюансы процесса. А уж купить на алиэкспресс все для перевода шуруповерт на литий — элементарно.

Почему 18650 Li-ion? Преимущества литиевых аккумуляторов очевидны:

  • большая плотность энергии на единицу массы
  • низкий саморазряд
  • фактически отсутствует эффект памяти
  • доступность и цена

Кстати, если вы любите читать, то есть вариант отлично сэкономить! Книжный сервис ЛИТРЕС, крупнейший в России и странах СНГ дает четвертую книгу в подарок при покупке трех. Лично я именно там и покупаю книги уже порядка 5 лет. Ценник и без того доступный, а с таким бонусом выходит совсем небольшим. Есть удобное приложение для чтения и прослушивания книг. По ссылке выше — одна из моих подборок, в которой есть жирный обновляемый промокод.

Переделка аккумулятора шуруповерта. Что нужно знать:

1) Для шуруповерта нужны высокотоковые 18650 аккумуляторы (идеально — Sony/Murata VTC5, VTC5A, VTC6. Допустимо — Samsung 25R), либо менее высокотоковые аккумуляторы, соединенные в параллель (если позволяет место).

Читайте также  Антенна gsm своими руками

2) Категорически нельзя использовать старые ноутбучные аккумуляторы и просто разные аккумуляторы. Все 18650 аккумуляторы в сборке должны иметь минимальный разбег емкости и прочих характеристик. Безусловно, купить высокотоковый 18650 аккумулятор на алиэкспресс — самое простое решение. Только заранее учитывайте что название модели не будет иметь никакого отношения к ячейке внутри. 4 аккумулятора, купленные одним лотом у одного продавца могут существенно отличаться по емкости и внутреннему сопротивлению. Хотя ниже по ссылке будет неплохой вариант для тех, кто не хочет паять.

Идеальный вариант — купить 18650 у проверенного продавца на том же avito, или заказать 18650 на nkon В последнем случае придется заплатить 10 евро за доставку, но аккумуляторы будут 100% оригинальные и намного дешевле покупки на месте (что сведет оплату доставки в ноль). Лично я много лет беру аккумуляторы именно в этом магазине.

Я делал статью о том как выбрать 18650 литий-ионный аккумулятор, если интересно — читаем ее тут

3) Подключение аккумуляторов к BMS плате производится строго последовательно: вначале 0 В затем 4,2 В, 8,4 В, 12,6 В, 16,8 В. При нарушении BMS работать не будет!

4) 18650 аккумуляторы в сборке должны быть заряжены одинаково. Лучше всего зарядить каждый аккумулятор отдельно и затем собрать в сборку.

5) Как посчитать сколько нужно 18650 литиевых аккумуляторов вместо никелевых? В целом, расчет такой:
2-3 NiCd = 1 литиевый, 5-6-7 NiCd = 2 литиевых, 8-9-10 NiCd = 3 литиевых, 11-12-13 NiCd = 4 литиевых

6) Литиевые аккумуляторы очень боятся перегрева. Идеальный вариант — точечная сварка. Пайка тоже вполне работает. Как паять 18650? Самое главное — вам нужно максимально большое жало. Свести время контакта жала и 18650 аккумулятора к минимуму и не перегреть последний. В остальном процесс не отличается от любой другой пайке. Лучше всего набить руку на тех старых аккумуляторах, которые вы будете заменять.

BMS-плата

BMS (Battery Management System) – система управления батареей. BMS-плата исключительно важна при переделке шуруповерта на литий. Зачем она нужна и как она работает? Она контролирует заряд и разряд, предотвращая переразряд и перезаряд аккумулятора шуруповерта, в нее встроен «балансир», который заряжает отдельно каждый Li-Ion аккумулятор в сборке. Последнее крайне важно! Бывают BMS без балансира! 3S — 12v, 4s — 14v, 5s — 18v Чтобы выбрать BMS плату, надо учитывать что минимальный ток должен быть 30А, иначе она будет уходить в защиту.

Вариант BMS-платы по ссылке на 2-3 доллара дороже каких-то базовых версий, но вы получаете 100А вместо 30А или 40А. На мой взгляд, по функционалу это лучшая БМС-плата с алиэкспресс и заслуживает этой символической переплаты.

Аккумуляторы и батареи

Информационный сайт о накопителях энергии

Литиевые аккумуляторы для шуруповертов своими руками

Владельцам качественных ручных инструментов на никель-кадмиевых аккумуляторах после выработки ресурса советуем перевести прибор на литий-ионные элементы. Если есть навыки по чтению схем, пайке тонких проводов, своими руками можно сделать новую литиевую батарею из высокотоковых аккумуляторов, . Необходимо четко следовать пошаговой инструкции, как при монтаже, так и в подборе комплектующих.

Какой Li-ion аккумулятор принять за основу

Большинство из литий-ионных батарей используют аккумуляторы форм-фактор 18650. Это значит, гирлянду никель-кадмиевых элементов заменяют сборкой литий-ионных высокотоковых.

— В количестве используемых банок.

-В емкости АКБ, увеличенной более чем в 2 раза.

— В уменьшенном весе батареи.

Литий-ионные аккумуляторы можно заряжать не полным циклом, при этом емкость не становится меньше.

Сложности : стоимость нового аккумулятора для шуруповерта своими руками может потянуть на 2 тысячи. Система Ли-ион 18650 работает в узком диапазоне, как правило, 4,2 – 3,0 В. Необходимо выбрать элементы, рассчитанные на ток 20-30 ампер. Потребуется ЗУ другого типа или доработанное. Необходимо использовать защитную плату для сборки, балансир, и контроллер в ЗУ. Устройство на литиевых аккумуляторах 18620 может работать до -10 0 С, при этом сильно потеряв емкость.

Есть другие высокотоковые батарейки А123 форм-фактор 26650 серия М, активная часть состоит из литий-железо-фосфатных компонентов. Аккумуляторы выдают напряжение 3,3 В, емкость каждого 2 500 А/ч. Эти высокотоковые устройства способны обеспечить ток до 60С, работают до -30 0 С. Используется ЗУ с другими параметрами. Немаловажно, что заряжаются батареи в течение 15 минут используя ток до 10 А, безопасны, не взрываются. Рабочий диапазон 3,3 – 2,5 В.

Создавая литиевый аккумулятор для инструмента своими руками, рационально использовать элементы 18650 в АКБ шуруповертов мощностью 12 – 14,4 В для работы внутри помещения. Для техники с входным напряжением 18 вольт составить аккумулятор из элементов Nanophosphate А123 Systems, но только тайваньской сборки или от компании PowerLabs. Продаются на AliExpress, доставка бесплатная.

Рассчитать, сколько потребуется аккумуляторов для составления источника энергии нужного параметра несложно. Для этого нужно знать паспортную мощность прибора, напряжение. Чтобы разместить элементы в контейнере, возможно, потребуется убрать некоторые перегородки. Из старой гирлянды нужно аккуратно отсоединить клеммы, внедрить их в новую сборку, чтобы в последующем обеспечить контакт сборки с платформой прибора.

Комплектация Li-ion аккумулятора своими руками

Используя последовательное соединение, мы суммируем напряжения всех батареек, емкость считается по самой слабой. В параллельном соединении суммируются емкости банок, ток, а напряжение остается как на одном элементе. Чтобы удвоить емкость и получить большую разность потенциалов, нужно пары соединить параллельно, и включить их в связках в общую цепь последовательно.

Выполняя своими руками сборку Li-ion аккумуляторов, необходимо учесть, корпус банок нельзя разогревать. Нужно пользоваться точечной сваркой или очень мощным паяльником со специальным флюсом. Перемычки выполняют из толстого изолированного провода, уменьшая сопротивление, исключая нагрев. Можно воспользоваться специальной токопроводящей лентой. Соединять аккумуляторы нужно с помощью термоклея и клейкой термоленты.

Последовательное соединение работает правильно, если банки имеют равные параметры, и каждая поглощает равный заряд. Задачу решают с помощью балансиров, которые являются неотъемлемой частью схемы.

Для того, чтобы каждый элемент не получил излишний заряд и не разрядился ниже нормы, используют защитные платы на каждом элементе или общую защитную плату, рассчитанную на конкретное количество банок – 3S, 4S, 6S. Зачастую в MBS включен балансир.

Уровень заряда аккумулятора необходимо контролировать, для этого используют индикатор. Актуально знать, сколько энергии в батарее, чтобы своевременно подзарядить прибор.

Контроллер заряда Li-ion аккумулятора своими руками

Контроллер — электронная плата которая по характеристикам поддерживает рабочее напряжение и ток разряда. То есть напряжение контроллера должно отвечать характеристике прибора. Токовая нагрузка подбирается в 2 раза ниже предельной. Значит, для 18650 ток должен быть 12-15 А, для 26650 – 30-40 А.

Под контроллером заряда-разряда понимают схему защиты от слишком глубокого разряда, он же препятствует перезаряду банок выше 4,2 В. Но это только защита. Настоящий контроллер установлен в ЗУ, рассчитан на зарядку в 2 этапа с последующим отключением аккумулятора. Зарядное устройство это не блок питания. Назначение этого инструмента стабилизировать ток на первом этапе процесса, при этом выходное напряжение зависит от тока нагрузки.

В конструкции предусмотрены резисторы для регулирования выходного напряжения, индикации окончания заряда, порога ограничения выходного тока. Микросхема LM2596 выступает в виде контроллера ШИМ, компаратор LM358 поддерживает параметры тока, управляет индикацией. Стабилизатор 78L05 питает компаратор и поддерживает напряжение.

Для того, чтобы отключить аккумулятор именно в момент полного набора заряда, необходимо доработать схему. Такая доработка обусловит отключение зарядки при достижении полного заряда.

Защитная плата MBS отключит аккумулятор при достижении полного заряда. Но она срабатывает с некоторым опозданием. Поэтому батарея может получить небольшой перезаряд, сокращающий срок службы дорогого прибора.

Балансир для Li-ion аккумуляторов своими руками

При последовательном включении банок в аккумуляторе, равная энергия поступает в каждый элемент при зарядке. В идеале, напряжение на каждой банке должно быть равным. Но небольшая разница в приеме заряда есть. Самая слабая банка получит свою порцию энергии, и будет перезаряжаться, пока другие питаются. Чтобы такого не случилось, предусмотрен балансир. Чаще он встраивается в MBS, используется в комплекте. Но можно собрать своими руками микросхему балансира для литиевых аккумуляторов отдельно.

Разработаны принципиальные схемы для Li-ion и LiFePO4 аккумуляторов на основе микросхемы TL431. Особенность доработки в том, что TL431 стал выполнять функции триггера Шмитта и получился балансир, без свойственных прежним схемам недостатков.

Балансир подключается к зарядному на время операции, но собран отдельной платой.

Индикатор разряда Li-ion аккумулятора своими руками

Для удобства работы с инструментом, сигнал об уровне заряда на аккумуляторе будет нелишним. Выполнить небольшую схему создать индикатор заряда своими руками для Li-ionаккумулятора несложно. Для начала возьмите простейшую схему.

Здесь применяются: стабилитрон, транзистор и 2 светодиода, зеленый и красный. При использовании двухцветного светодиода, с падением напряжения переход от зеленого к красному будет плавным, и это поможет определить степень заряженности батареи.

Видео

Предлагаем посмотреть на видео, как сделать аккумулятор для шуруповерта своими руками.

Как не надо делать Li-Ion батареи

Статья обновлена: 2020-12-11

Сборка Li-Ion батареи своими руками – задача посильная, но для ее успешного решения нужен ответственный подход и опыт в выполнении электромонтажных работ. Конструкторы-любители при создании аккумуляторных батарей нередко допускают ошибки, которые приводят к ухудшению характеристик, уменьшению срока службы АКБ и другим негативным последствиям. Поэтому с технической точки зрения большинство самодельных литиевых батарей уступает заводским аналогам.

Читайте также  Теория и практика применения таймера 555. часть вторая.

При сборке литиевой АКБ из отдельных ячеек в домашних условиях трудности возникают уже на этапе отбора ячеек с одинаковыми характеристиками. При профессиональном производстве аккумуляторных батарей ячейки тщательно тестируются, и для объединения в одном корпусе отбираются элементы с отличиями в параметрах не больше десятых долей процента.

Конструкторы-любители традиционно собирают АКБ из имеющихся ячеек с заметно отличающимися характеристиками. При эксплуатации таких батарей происходит их разбалансировка и преждевременный износ, несмотря на использование BMS платы. Далее рассмотрим популярные ошибки начинающих мастеров и расскажем, как сделать литий-ионный аккумулятор своими руками без ущерба для качества.

ТОП-5 ошибок при домашней сборке литиевых АКБ

  1. Использование в одной сборке элементов питания с отличающимися параметрами – например, новых и старых, взятых из разобранной батареи ноутбука. Каждую ячейку в дальнейшем нужно балансировать – выравнивать ее рабочие параметры по отношению к другим элементам питания. Чем больше элементов используется в батарее, и чем сильнее отличаются их характеристики, тем выше вероятность выхода части ячеек из строя.
  2. Идея сделать самому литиевую АКБ из аккумуляторов сомнительного качества. Такое решение в лучшем случае приведет к бесполезной трате времени и сил.
  3. Неправильный расчет напряжения и емкости собранной батареи. Напряжение рассчитывается как сумма значений последовательно соединенных ячеек. У Li-Ion аккумуляторов номинальное напряжение составляет 3,7 В, а у ячеек типа LiFePO4 – 3,2 В. Емкость батареи рассчитывается как суммарное значение параллельно соединенных ячеек. В среднем Li-Ion аккумуляторы типоразмера 18650 имеют емкость 2,6–3,5 Ач. Но часто на аккумуляторах указывается ложное значение емкости, поэтому завышенные в несколько раз значения должны вызвать подозрение.
  4. Сборка ячеек по неправильной схеме. Перед тем, как сделать литиевую батарею, нужно продумать оптимальную схему сборки ее элементов. Напряжение батареи обязательно должно соответствовать напряжению электромотора и контроллера. Например, чтобы получить Li-Ion батарею напряжением 24 В, нужно последовательно соединить 6 ячеек типоразмера 18650 (обозначение 6S в схеме). Для получения АКБ на 36 В используется схема 10S, для 48 В – 13S, для 60 В – 16S. Коэффициент возле буквы Р в схеме означает количество параллельно соединенных ячеек и влияет на суммарную емкость батареи. Например, по схеме 10S5P из Li-Ion аккумуляторов формата 18650 можно собрать АКБ напряжением 36 В и емкостью 13–17,5 Ач, в зависимости от емкости используемых элементов.
  5. Пайка Li-Ion аккумуляторов – при нагреве от паяльной станции или паяльника происходит разрушение их структуры и безвозвратная потеря емкости. Кроме ухудшения характеристик ячеек, пайка может навредить защитному клапану – элементу безопасности, находящемуся под «+» контактом. Он выдерживает температуру до 120 °С. Более того – пайка не обеспечивает необходимую надежность соединения при перегреве, а припой уязвим перед воздействиями внешних факторов. Поэтому вместо пайки рекомендуется:
  • контактная (точечная) сварка литий ионных аккумуляторов своими руками;
  • использование специальных держателей – холдеров с пластиковым корпусом и предусмотренными контактами для пайки без опасности перегрева ячеек;
  • применение мощных неодимовых магнитов;
  • склеивание;
  • применение жидкого пластика.

Как сделать литиевый аккумулятор своими руками

Перед сборкой Li-Ion батареи нужно выбрать схему соединения ячеек и приготовить все необходимое: элементы питания с одинаковыми параметрами, никелевые полосы для их соединения, аппарат для точечной сварки и т.д. В крайнем случае, можно воспользоваться и пайкой, но обязательно брать низкотемпературный припой и воздействовать на ячейки кратковременно. Паяльник лучше использовать мощный (от 80 Вт), но быстро, чтобы место припоя не успевало нагреться.

Сборка батареи производится по следующему алгоритму:

  1. Устанавливаем ячейки в холдеры – необязательно, но удобно.
  2. Отрезаем никелевые полосы для их соединения.
  3. Соединяем ячейки при помощи точечной сварки в соответствии с выбранной схемой.
  4. Выбираем подходящую по параметрам BMS плату и припаиваем ее к концам батареи согласно схеме.
  5. Устанавливаем индикатор заряда, выключатель индикатора, разъем для подсоединения зарядного устройства или нагрузки.
  6. Помещаем АКБ в корпус.
  7. Тестируем ее работу.

Самостоятельная сборка батареи – увлекательный процесс, но для его успешного выполнения нужны определенные навыки, знания и материалы. При даже частичном их отсутствии лучше не рисковать, а поручить сборку литиевой АКБ с нужными характеристиками профессионалам.

Читайте в нашей предыдущей статье об аккумуляторах для электромобилей – их типах, сроке службы, особенностях подзарядки.

ЛИТИЕВЫЙ АКБ ВМЕСТО СВИНЦОВОГО 12 В

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.

Испытания нового аккумулятора

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.

График напряжение / время

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.

Форум по обсуждению материала ЛИТИЕВЫЙ АКБ ВМЕСТО СВИНЦОВОГО 12 В

Как работает литий-ионный аккумулятор и чем он отличается по физико-химическим свойствам от других типов. Занимательная теория.

Изучим теорию работы и проведём несколько опытов с 1N4148 — диодом быстрого переключения.

Бесколлекторный двигатель постоянного тока — занимательная теория работы мотор-колеса.

Li-ion и Li-polymer аккумуляторы в наших конструкциях

Прогресс идет вперед, и на смену традиционно используемым NiCd (никель-кадмиевым) и NiMh (никель-металлогидридным) всё чаще приходят литиевые аккумуляторы.
При сравнимом весе одного элемента, литий имеет большую ёмкость, кроме того, напряжение элемента у них в три раза выше — 3,6 V на элемент, вместо 1,2 V.
Стоимость литиевых аккумуляторов стала приближаться к обычным щелочным батареям, вес и размер намного меньше, да к тому же их можно и нужно заряжать. Производитель говорит, 300-600 циклов выдерживают.
Размеры есть разные и подобрать нужный не составляет труда.
Саморазряд настолько низкий, что лежат годами и остаются заряженными, т.е. устройство остается рабочим когда оно нужно.

Рассмотрим далее характеристики, зарядные устройства и схемы защиты для литиевых аккумуляторов.

Содержание / Contents

  • 1 «С» значит Capacity
  • 2 Основные характеристики литиевых аккумуляторов
  • 3 Схема защиты аккумулятора от сверхразряда
  • 4 Особенности процесса зарядки литиевого аккумулятора
  • 5 Зарядные устройства для литиевых аккумуляторов
    • 5.1 Схема простого зарядного устройства на LM317
    • 5.2 Схема простого зарядного устройства на LTC4054
  • 6 Индикатор разрядки литиевого аккумулятора
  • 7 Нюанс долговечности
  • 8 Эксплуатация и меры предосторожности
  • 9 Где я применяю литиевые батареи
  • 10 Где я покупаю литий и полезности по теме
  • 11 Файлы

↑ «С» значит Capacity

Часто встречается обозначение вида «xC». Это просто удобное обозначения тока заряда или разряда аккумулятора с долях его ёмкости. Образовано от английского слова «Capacity» (вместимость, ёмкость).
Когда говорят о зарядке током 2С, или 0.1С, обычно имеют в виду, что ток должен составлять (2 × емкость аккумулятора)/h или (0.1 × емкость аккумулятора)/h соответственно.
Например, аккумулятор емкостью 720 mAh, для которого ток заряда составляет 0.5С, надо заряжать током 0.5 × 720mAh/h = 360 мА, это относится и к разряду.

Читайте также  Технология поддержания температуры теплоносителя

↑ Основные характеристики литиевых аккумуляторов


Рис. 1. При температуре +20°C


Рис. 2. При разных температурах эксплуатации

Из графиков становится понятно, что рабочее напряжение при разряде 0,2С и температуре +20°C составляет 3,7 V … 4,2 V. Безусловно, батареи можно соединить последовательно и получить нужное нам напряжение.
На мой взгляд очень удобный диапазон напряжений, который подходит под многие конструкции, где используется 4,5V — они прекрасно работают. Да и соединив их 2 шт. получим 8,4 V, а это почти 9 V. Я их ставлю во все конструкции, где идёт батарейное питание и уже забыл, когда последний раз покупал батарейки.

Есть у литиевых аккумуляторов нюанс: их нельзя заряжать выше 4,2 V и разряжать ниже 2,5 V. Если разрядить ниже 2,5 V, восстановить не всегда удается, а выкидывать жалко. Значит, нужна защита от сверхразряда. Во многих батареях она уже встроена в виде мелкой платы, и её просто не видно в корпусе.

↑ Схема защиты аккумулятора от сверхразряда

Бывает, попадаются аккумуляторы без защиты, тогда приходится собирать самому. Сложности это не представляет. Во-первых есть ассортимент специализированных микросхем. Во-вторых, кажется есть собранные модули у китайцев.

А в-третьих, мы рассмотрим, что можно собрать по теме из подножных материалов. Ведь не у всех есть в наличии современные чипы или привычка отовариваться на АлиЭкспресс .
Я пользуюсь вот такой суперпростой схемой многие годы и ни разу аккумулятор не вышел из строя!

Конденсатор можно не ставить, если нагрузка не импульсная и стабильно потребляющая. Диоды любые маломощные, их количество надо подобрать по напряжению отключения транзистора.
Транзисторы я применяю разные, в зависимости от наличия и тока потребления устройства, главное чтоб напряжение отсечки было ниже 2,5 V, т.е. чтоб он открылся от напряжения аккумулятора.

Настраивать схему лучше на монтажке. Берём транзистор и подавая на затвор напряжение через резистор сопротивлением 100 Ом … 10 К, проверяем напряжение отсечки. Если оно не более 2,5 V, то экземпляр годен, далее подбираем диоды (количество и иногда тип), чтобы транзистор начинал закрываться при напряжении примерно 3 V.
Теперь подаем напряжение от БП и проверяем чтобы схема срабатывала при напряжении примерно 2,8 — 3 V.
Иными словами, если напряжение на аккумуляторе опустится ниже порогового, которые мы установили, то транзистор закроется и отключит нагрузку от питания, предотвратив тем самым вредный глубокий разряд.

↑ Особенности процесса зарядки литиевого аккумулятора

Заряд аккумуляторов осуществляется по достаточно простому алгоритму: заряд от источника постоянного напряжения 4.20 Вольт на элемент, с ограничением тока в 1С.
Заряд считается завершенным, когда ток упадет до 0.1-0.2С. После перехода в режим стабилизации напряжения при токе в 1С, аккумулятор набирает примерно 70-80% емкости. Для полной зарядки необходимо время около 2-х часов.
К зарядному устройству предъявляются достаточно жесткие требования по точности поддержания напряжения в конце заряда, не хуже ±0.01 Вольт на банку.

Обычно схема ЗУ имеет обратную связь — автоматически подбирается такое напряжение, чтобы ток, проходящий через аккумулятор, был равен необходимому. Как только это напряжение становится равно 4.2 Вольтам (для описываемого аккумулятора), больше поддерживать ток в 1С нельзя — далее напряжение на аккумуляторе возрастёт слишком быстро и сильно.

В этот момент аккумулятор заряжен обычно на 60%-80%, и для зарядки остальных 40%-20% без взрывов ток требуется снизить. Проще всего это сделать, поддерживая постоянное напряжение на аккумуляторе, и он сам возьмет такой ток, который ему необходим.
При снижении этого тока до 30-10 мА аккумулятор считается заряженным.

Для иллюстрации всего вышеописанного привожу график заряда, снятый с подопытного аккумулятора:

В левой части графика, подсвеченной синим, мы видим постоянный ток 0.7 А, в то время как напряжение постепенно поднимается с 3.8 В до 4.2 В.
Также видно, что за первую половину заряда аккумулятор достигает 70% своей емкости, в то время как за оставшееся время — всего 30%.

↑ Зарядные устройства для литиевых аккумуляторов

У китайцев можно заказать по почте с бесплатной доставкой модули зарядных устройств. Модули контроллера зарядки TP4056 с гнездом мини-USB и защитой можно взять очень недорого .

А можно сделать самому простое или не очень простое зарядное устройство, в зависимости от вашего опыта и возможностей.

↑ Схема простого зарядного устройства на LM317

Схема с применением LM317 обеспечивает достаточно точную стабилизацию напряжения, которое устанавливается потенциометром R2.
Стабилизация тока не столь критична, как стабилизация напряжения, поэтому достаточно стабилизировать ток с помощью шунтирующего резистора Rx и NPN-транзистора (VT1).

Необходимый ток зарядки для конкретного литий-ионного (Li-Ion) и литий-полимерного (Li-Pol) аккумулятора выбирается путём изменения сопротивления Rx.
Сопротивление Rx приблизительно соответствует следующему отношению: 0,95/Imax.
Указанное на схеме значение резистора Rx соответствует току в 200 мА, это примерное значение, зависит так же от транзистора.

LM317 надо снабдить радиатором в зависимости от тока заряда и входного напряжения.
Входное напряжение должно быть выше напряжения аккумулятора минимум на 3 Вольта для нормальной работы стабилизатора, что для одной банки составляет?7-9 V.

↑ Схема простого зарядного устройства на LTC4054

Вдаваться в мельчайшие подробности работы с микросхемой я не буду, всё есть в даташите. Опишу только самые необходимые особенности.
Ток заряда до 800 мА.
Оптимальное напряжение питания от 4,3 до 6 Вольт.
Индикация заряда.
Защита от КЗ на выходе.
Защита от перегрева (снижение тока заряда при температуре больше 120°).
Не заряжает аккумулятор при напряжении на нём ниже 2,9 V.

Ток заряда задается резистором между пятым выводом микросхемы и землей по формуле

↑ Индикатор разрядки литиевого аккумулятора

Транзисторы любые маломощные. Напряжение зажигания светодиода подбирается делителем из резисторов R2 и R3. Схему лучше подключать после блока защиты, чтоб светодиод не разрядил аккумулятор совсем.

↑ Нюанс долговечности

Производитель обычно заявляет 300 циклов, но если заряжать литий всего на 0,1 Вольта меньше, до 4.10 В, то количество циклов возрастает до 600 и даже более.

↑ Эксплуатация и меры предосторожности

Можно с уверенностью сказать, что литий-полимерные аккумуляторы самые «нежные» аккумуляторы из существующих, то есть требуют обязательного соблюдения нескольких несложных, но обязательных правил, из-за несоблюдения которых случаются неприятности.
1. Не доспускается заряд до напряжения, превышающего 4.20 Вольт на банку.
2. Не доспускается короткое замыкание аккумулятора.
3. Не доспускается разряд токами, превышающими нагрузочную способность или нагревающими аккумулятор выше 60°С. 4. Вреден разряд ниже напряжения 3.00 Вольта на банку.
5. Вреден нагрев аккумулятора выше 60°С. 6. Вредна разгерметизация аккумулятора.
7. Вредно хранение в разряженном состоянии.

Невыполнение первых трех пунктов приводит к пожару, остальных — к полной или частичной потере ёмкости.

Из практики многолетнего использования могу сказать, что ёмкость аккумуляторов изменяется мало, но увеличивается внутреннее сопротивление и аккумулятор начинает работать меньше по времени при больших токах потребления — создаётся впечатление, что ёмкость упала.
По этому я обычно ставлю ёмкость побольше, какую позволяют габариты устройства, и даже старые банки, которым лет по десять, работают вполне прилично.

Для не очень больших токов подходят старые аккумуляторы от сотовых.

Из старой ноутбучной батареи можно вытащить много вполне рабочих аккумуляторов формата 18650.

↑ Где я применяю литиевые батареи

Давно переделал шуруповерт и электроотвертку на литий. Пользуюсь этими инструментами нерегулярно. Теперь даже через год неиспользования они работают без подзарядки!

Маленькие батареи ставлю в детские игрушки, часы и т.д., где с завода стояли 2-3 «таблеточных» элемента. Там где нужно ровно 3V добавляю один диод последовательно и получается как раз.

Ставлю в светодиодные фонарики.

В тестер вместо дорогой и малоёмкой «Кроны 9V» установил 2 банки и забыл все проблемы и лишние затраты.

Вообще ставлю везде, где получается, вместо батареек.

↑ Где я покупаю литий и полезности по теме

Продаются батареи всех видов, ёмкостей и форм-факторов в Китае . По этой же ссылке найдёте модули зарядок и пр. полезности для самодельщиков.

На счёт ёмкости китайцы обычно врут и она меньше написанной.

А вот аккумуляторы Sanyo 18650 подороже, зато и ёмкость честная и качество на высоте — менял в ноутбуке.

Контроллеры заряда на TP4056 с USB-разъёмом настолько малы, что можно встраивать их непосредственно в устройство и заряжать от USB ПК или от USB-зарядки для телефона.

А есть отдельно чипы-контроллеры TP4056 SO-8 для встраивания на свою плату.

Малогабаритные литий-полимерные аккумуляторы , разной ёмкости и размеров. Выводы сделаны проводами, что для нас очень удобно. Обычно есть защита.

↑ Файлы

В архиве даташиты на некоторые аккумуляторы и чип LTC4054.
▼ li-akkumulyatory.zip 1,25 Mb ⇣ 62

Спасибо за внимание!

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации

🌼 Полезные и проверенные железяки, можно брать

Куплено и опробовано читателями или в лаборатории редакции.