Baterie litiu-ion de făcut singur: cum să încărcați corect. Extragem litiu din baterii Baterie cu ioni de litiu bricolaj

O echipă de cercetători de la Universitatea Stanford consideră că a atins „Sfântul Graal” în dezvoltarea bateriilor cu litiu: un anod cu litiu pur care poate extinde autonomia de rulare a unei mașini electrice până la 480 km cu o singură încărcare.

Bateriile litiu-ion sunt unul dintre cele mai comune tipuri de baterii de pe piață astăzi. Dar majoritatea celor care sunt folosite în principal în smartphone-uri și mașini electrice funcționează pe baza unui anod din grafit și siliciu. Litiul din bateriile litiu-ion este în mod tradițional în electrolit. Electronii din electrolit curg către anod în timpul încărcării, iar dacă anodul ar fi făcut tot din litiu, bateria ar putea crea mult mai multă putere cu o greutate mai mică.

Până acum, însă, anozii de litiu au fost inutilizabili. Acest material se extinde în timpul încărcării, creând goluri în suprafață care eliberează ioni de litiu și formează contaminanți, excrescențe asemănătoare părului numite „dendrite” care provoacă scurtcircuitarea bateriei. Anozii de litiu reacţionează, de asemenea, chimic cu electrolitul de litiu şi se pot supraîncălzi, aprinde sau chiar exploda.

Problema incendiilor provocate de bateriile litiu-ion a căpătat multă atenție după incidentele cu trei concepte Tesla Motors care s-au prăbușit și au luat foc anul trecut după ce au intrat în baterie cu resturi de drum. Cercetătorii cred că utilizarea unui anod de litiu ar putea rezolva aceste probleme, datorită unui strat protector de domuri de carbon minuscule numite nanosfere care formează un scut celular flexibil peste anod.

Oamenii de știință cred că litiul are un viitor strălucit ca anod datorită greutății sale reduse și a densității mari de energie. Suprafața de carbon a nanosferelor crește eficiența prelucrării ulterioare și, de asemenea, reduce reacția chimică. În plus, noua dezvoltare este promițătoare în ceea ce privește latura financiară a problemei. Cercetătorii susțin că noul strat de nanosfere are un efect benefic asupra raportului dintre cantitatea de litiu eliminată din baterie în timpul utilizării și cantitatea returnată în timpul încărcării.

Un cercetător principal din echipa de cercetare spune că în următorii câțiva ani, echipa speră să îmbunătățească designul bateriei, să crească eficiența și să o mențină să funcționeze timp de 500-1.000 de cicluri.

Ce înseamnă asta pentru utilizatorii obișnuiți? Potrivit laureatului Nobel Steven Chu, care face parte din echipa de oameni de știință, datorită dezvoltării în viitorul apropiat, ne putem aștepta la telefoane mobile cu durată dublă sau triplă a bateriei și mașini electrice capabile să parcurgă până la 480 km cu o singură încărcare. , al căror cost va fi comparabil cu prețurile pentru vehiculele cu motoare cu ardere internă.

Este timpul să treceți la un nou tip de baterie centrala mea eoliană solară. Din păcate, bateriile mașinii mele țin doar 1 an și își pierd aproape toată capacitatea la sfârșit. Acest lucru se datorează faptului că iarna, când nu este nici vânt, nici soare timp de o săptămână, bateriile aterizează la zero și trăiesc în această stare câteva zile, după care capacitatea lor este redusă ireversibil. Desigur, nu le puteți planta atât de mult, dar cumva nu funcționează așa, capacitatea este scrisă pe fiecare dintre 60Ah, dar nu o puteți lua, așa că am luat tot ce este.

Ca rezultat, nu ar trebui să continue așa, ce?, cumpărați baterii noi în fiecare an. Bineînțeles, îl puteți lua cu o marjă de cinci ori, pentru a nu le planta complet, dar costul este apoi înmulțit cu cinci și nu vor mai dura mult, producătorul promite timp de 5 ani dacă bateria funcționează. pe o mașină. Adică dacă nu se descarcă niciodată și după ce mașina este pornită, se încarcă imediat de la generator. Aceasta înseamnă că autonomia nu are mai mult de trei ani, deoarece condiția principală nu poate fi îndeplinită - nu descărcați profund și încărcați imediat. În general, pe plumb auto este necesar să punem capăt, altfel, cumpărând lucruri ieftine, ajungi să plătești în exces.

Ca o alternativă este baterii alcaline, dar au propriile lor probleme, cum ar fi încărcarea până la 17,5 volți, o eficiență de 55-60% din tot și așa mai departe, în plus, prețul este pur și simplu cosmic pentru o tehnologie atât de veche și promit o durată de viață de 8-12 ani cu funcționare corespunzătoare.

De asemenea este si baterii cu plumb de tracțiune, totul în ele este bun, pot fi descărcate cu 100%, iar atunci când sunt descărcate nu mai mult de 80% funcționează 800-1500 de cicluri și durează până la 10 ani, iar unele, așa cum promite producătorul, până la 20 de ani. Dar tu însuți înțelegi că prețul corespunde și cea mai ieftină tracțiune este de trei ori mai scumpă decât plumbul auto, iar calitatea înaltă este de 5-7 ori mai scumpă.

Modul în care cred că am găsit este baterii lifepo4 (litiu fier fosfat).. Acesta este în esență același litiu-ion (cum ar fi bateriile dintr-un telefon sau laptop), dar chimia din interior este ușor diferită, ceea ce a permis acestor baterii să reducă semnificativ efectul îmbătrânirii. Ca urmare, bateriile nu se degradează de mulți ani, promit până la 12-20 de ani și își păstrează capacitatea inițială. Ele funcționează pentru 1500-2000 de cicluri la o descărcare de 100% fără o scădere a capacității și continuă să funcționeze în continuare fără o deteriorare semnificativă a parametrilor. Și dacă nu descărcați mai mult de 80%, atunci durata de viață a ciclului este de 5000-7000 de cicluri.

Cu toate acestea, aceste baterii nu necesită întreținere complet, nu au niciun efect de memorie acolo și nu trebuie să fie încărcate la 100% și conduse cu curenți mici înainte de încărcare. Dacă nu încărcați și descărcați complet, atunci aceste baterii sunt doar mai bune. Puteți spune o baterie ideală pentru sisteme autonome, deoarece poate sta complet descărcată săptămâni întregi și nu i se va întâmpla nimic, nu este necesar să antrenați cicluri precum alcaline și așa mai departe.

Minusul lifepo4 este prețul, care este comparabil cu prețul bateriilor alcaline bune cu nichel-cadmiu sau al unei baterii cu plumb de tracțiune de marcă de calitate. Dar asta dacă cumpărați de la revânzătorii noștri din Rusia, dacă comandați din străinătate, se dovedește a fi mult mai ieftin, iar în China este cu un ordin de mărime mai ieftin. Un alt lifepo4 ca li-ion nu tolerați supraîncărcarea și supradescărcarea, nu puteți depăși tensiunea fiecărui pachet peste 3,75 volți la încărcare și nu permiteți descărcarea să fie mai mică de 2,00 volți, altfel bateriile vor muri și nu pot fi restaurate. Pentru a controla aceste baterii, este instalată o placă de protecție (BMS), care monitorizează starea bateriei și, dacă este ceva, o oprește la valori critice de încărcare sau descărcare și, de asemenea, egalizează tensiunea fiecărui element din lanțul bateriei. Aceste plăci de protecție sunt disponibile pentru orice baterie de 12,24,36,48,72 volți etc.

lifepo4 - comandă pentru aliexpress

Aceste baterii au fost cumpărate de pe aliexpress, care încă nu știe că este un site chinezesc care vinde totul și totul la prețuri foarte ieftine și livrare prin poștă. Site-ul este în limba rusă și cum se comandă, cred că toată lumea își va da seama, dintre minusuri, singurul lucru este că coletele durează mult, în medie o lună, sunt pierdute și deteriorate pe drum, dar eu cred că aceasta este vina corespondenței noastre. Mai jos este primul pachet de 3 pachete de 20 de ore. Vânzătorii deseori împart comenzile grele în mai multe pachete pentru a se încadra în greutatea unui pachet de cel mult 2 kg, așa că coletul meu a fost împărțit în două, în primele 3 pachete, în al doilea restul de 2 pachete, în total primul comanda este de 5 pachete pt preț 5400 de ruble.

Pentru preț, dacă luați în loturi mici de 1-10 bucăți, atunci prețul pentru un pachet de 20 de ore este puțin mai mult de 1000 de ruble, dar dacă luați de la 20 și mai sus, atunci prețul este redus semnificativ. Bateria mea va fi 80Ah 12 volți, aceasta este 960 wați * h de electricitate și mă va costa - pachete 20Ah = 16 buc = 17500 ruble + 1600 ruble placa de protecție = 19100 ruble. Dacă luăm, de exemplu, un lot de 36 de pachete deodată, atunci iese la 24.000 de ruble, dar nu pot cumpăra atât de mult deodată. Și astfel, o baterie pentru 1 kW * h se dovedește a fi 19.000 de ruble. Cu acești bani, aș putea cumpăra 9 baterii auto de 60Ah fiecare, adică 540Ah în total 6,4kWh, dar dacă nu iei mai mult de 10% din capacitate pentru ca bateriile să funcționeze mult timp, atunci aceasta este doar 640Wh. Mai jos este o fotografie a coletului în sine.

>

Această fotografie a fost făcută la poștă, din moment ce coletul a sosit prost șifonat, am decis să-l despachetez pe loc, unde s-a dovedit că bateriile erau foarte șifonate din colțuri. Dar ce rost are să prezinți și să pierzi timpul, a îndreptat loviturile cu mâinile și a plecat acasă mulțumit și nu va mai fi nimic pentru bateriile de la astfel de lovituri, le poți rula chiar într-un tub, dar nu pot garanta că totul este bine cu al meu după cum este în fotografia de mai sus. Mai jos este o altă fotografie, în timp ce stă cu mâinile îndreptate aproape toate loviturile.

>

Deja acasă, am făcut o inspecție detaliată a acestor baterii, inscripțiile ușor uzate spun că producătorul este A123, dar anvelopele de contact se vede că sunt sudate separat, iar îmbinările sunt umplute cu etanșant. Chinezii mi-au spus că aceste baterii sunt noi și provin din America fără bare de contact, care sunt deja atașate în China, plus nichelate, și minus cupru. Ei bine, să credem că le-au tăiat de nicăieri prin lipirea unor contacte noi. Cu toate acestea, nu există mai ieftin, iar timpul va spune calitatea și numărul de ani și cicluri lucrate.

>

Pentru a mă asigura că anvelopele sunt atașate, am ales etanșantul, fotografia de mai jos arată că anvelopa este aplicată și sudată, iar joncțiunea este unsă cu etanșant.

>

Acum voi continua ce am inceput si voi mai comanda astfel de pachete, pana acum am nevoie de 16 pachete pentru a asambla o baterie de 12 volti 80Ah. Între timp, a început asamblarea elementelor deja existente. A început cu o cutie pentru aceste pachete. Cutia era din placaj de 2 cm grosime (ce era) si vopsita cu vopsea alba de hrean.

>

În continuare, a fost necesar să atașăm cumva firele de anvelopele de contact. Am parcurs toate magazinele, dar nu am găsit șuruburi foarte mici și, de fapt, niciun magazin de produse electrice nu a găsit blocuri terminale cu un design special în care există deja șuruburi și legături mici. Drept urmare, am cumpărat un fier de lipit puternic de 100 de wați și un fir cu o secțiune transversală de 4 pătrate. Acasă, mi-am dat deja seama că nu ar funcționa să lipim firele, placa de contact a pachetului nu se încălzește. Și îmi doream foarte mult să adun primele patru pachete pentru a obține o baterie de 12 volți. Drept urmare, am dezbrăcat firele și le-am înfășurat ca un tub în plăci de contact, le-am presat cu clești și am pus câte două suporturi de plăci groase. Desigur, acest lucru nu este în întregime corect, dar contactul cred că este bun și întotdeauna, mai ales că nu vor fi curenți mari, maxim 5-10 amperi.

>

>

>

Am făcut cinci găuri pentru șuruburile M6 din capac și am conectat patru pachete la ele într-un lanț pentru a obține o baterie de 12 volți. Aceasta nu este încă o versiune finalizată, încă nu a sosit placa de protecție (BMS) comandată, care va fi montată sub capac.

După cum puteți vedea, am folosit șuruburi metalice obișnuite, nu erau din cupru. Dar nu este nimic de care să vă faceți griji aici, șuruburile servesc doar ca cleme pentru firele de cupru, iar firele sunt trase împreună. Singurul lucru este că șuruburile extreme sunt scoase la iveală ca bornele bateriei. Practic, bateria va funcționa prin placa de protecție, iar aceste șuruburi sunt doar pentru o rară conectare a invertorului etc. Desigur, rezistența metalului este mai mare, dar cred că pierderile de încălzire ale șuruburilor, chiar și la curenți. de 50-70A, vor fi minime și pot fi ignorate deoarece rareori pornesc invertorul pentru scule electrice. Dar dacă o găsesc, le voi înlocui pe cele extreme cu cele de cupru. Mai jos este o fotografie cu interiorul acestei cutii de baterii.

>

În timp ce toate. În plus, plănuiesc să cumpăr mai multe pachete din aceleași și să raportez la acest caz până îl umplem complet, de asemenea, va veni în curând BMS - placa de protecție și va fi instalată. Între timp, voi încerca în continuare să îl pun direct pe controlerul panoului solar fără BMC și să văd cum funcționează, dacă există un dezechilibru în celule și voi verifica și capacitatea reală a bateriilor. Mai multe despre acest lucru în următoarele articole din secțiunea „Mica mea experiență”.

Continuarea, partea 2, pune bateria în loc de plumb și primele cifre și impresia vieții.

Majoritatea bateriilor utilizate în echipamentele medicale, sculele electrice, bicicletele electrice și chiar vehiculele electrice folosesc celule de 18650. S-ar părea că utilizarea acestei celule cilindrice nu este deosebit de practică datorită volumului său mare, ci punctelor sale forte, cum ar fi un avansat și tehnologia de producție în masă, precum și costul scăzut pe watt-oră, argumentează contrariul.

După cum sa menționat mai sus, forma cilindrică a elementului nu este ideală, deoarece duce la formarea de spațiu gol în sistemele cu mai multe elemente. Dar dacă luăm în considerare problema din punctul de vedere al necesității de răcire, atunci acest dezavantaj se transformă într-un avantaj. De exemplu, în mașina electrică Tesla S85 sunt folosite 18650 de celule, unde numărul lor total ajunge la 7.000 de bucăți. Aceste 7.000 de celule formează un sistem complex de baterii care utilizează atât conexiunea în serie pentru a crește tensiunea, cât și conexiunea în paralel pentru a crește curentul. În cazul defectării unui element dintr-o conexiune serială, pierderea de putere va fi minimă, iar în paralel, un astfel de element va fi oprit de sistemul de protecție. În consecință, nu există nicio dependență a întregii baterii de celule unice, ceea ce permite o funcționare mai stabilă.

Nu există un consens în rândul producătorilor de vehicule electrice cu privire la utilizarea dimensiunilor cadrului, dar există o tendință către formate mai mari, deoarece acest lucru reduce numărul total de celule din baterie și, prin urmare, reduce costul sistemului de protecție. Economiile pot ajunge la 20-25 la sută. Dar, pe de altă parte, utilizarea elementelor mari duce la o creștere a costului costului total al kWh. Conform datelor din 2015, Tesla S85 cu 18650 de celule are un cost mai mic pe watt-oră în comparație cu vehiculele electrice care folosesc baterii prismatice mari. Tabelul 1 compară costul kWh al diferitelor vehicule electrice.

Tabelul 1: Comparația costului pe watt-oră al diferitelor modele de vehicule electrice. Producția în masă a 18650 de celule reduce costul bateriilor care le utilizează.

* În 2015-2016, Tesla S85 a crescut puterea bateriei de la 85 kWh la 90 kWh. Nissan Leaf a înregistrat și o creștere de la 25 kWh la 30 kWh.

Bateria dezvoltată trebuie să respecte standardele de siguranță nu numai în timpul funcționării standard, ci și în caz de defecțiune. Toate sursele de energie și bateriile electrice nu fac excepție, în cele din urmă își epuizează resursele și devin inutilizabile. Există și cazuri de eșec prematur, imprevizibil. De exemplu, după unele incidente, bateria litiu-ion de la bord a unui Boeing 787 este plasată într-un container metalic special cu ventilație spre exterior. La vehiculele electrice Tesla, compartimentul bateriei este protejat suplimentar de o placă de oțel pentru a preveni deteriorarea penetrantă.

Sistemele de baterii mari pentru sistemele foarte încărcate sunt răcite forțat. Poate fi implementat sub formă de îndepărtare a căldurii printr-un radiator, sau poate include un ventilator pentru furnizarea de aer rece. Există și sisteme răcite cu lichid, dar sunt destul de scumpe și sunt de obicei folosite în vehiculele electrice.

1. Aspecte de securitate

Producătorii de celule electrice care se respectă nu furnizează celule cu litiu-ion companiilor de baterii necertificate. Această măsură de precauție este pe deplin justificată, deoarece circuitul de protecție din bateria proiectată poate fi configurat incorect pentru a supraestima performanța, iar celulele vor fi încărcate și descărcate în afara intervalului de tensiune sigur.

Costul unui sistem de baterii certificat pentru transportul aerian sau alte utilizări comerciale poate varia de la 10.000 USD la 20.000 USD.Acest preț ridicat este îngrijorător, mai ales în condițiile în care producătorii schimbă periodic componentele electrice folosite în astfel de sisteme. Un sistem de baterii cu aceste celule noi, deși listat ca înlocuitor direct pentru unul mai vechi, va necesita din nou noi certificări.

Se pune adesea întrebarea: „De ce este certificată o baterie dacă elementele care o compun sunt deja omologate?”. Răspunsul este destul de simplu - dispozitivul final, bateria, trebuie și el verificat pentru standardele de siguranță și asamblarea corectă. De exemplu, o defecțiune a aceluiași circuit de protecție poate duce la un incendiu sau chiar o explozie, iar testarea acestuia este posibilă doar într-o baterie finită.

Conform reglementărilor ONU, o baterie trebuie să treacă teste mecanice și electrice pentru a îndeplini cerințele de transport aerian. Aceste reguli (UN/DOT 38.3) funcționează împreună cu recomandările Administrației Federale a Aviației (FAA), Departamentul de Transport al Statelor Unite (US DOT) și Asociația Internațională a Transporturilor Aeriene (IATA)*. Certificarea acoperă bateriile primare și secundare cu litiu.

Regulamentul ONU 38.3 include următoarele teste:

T1 - Simulare de lucru la înălțime (baterii primare și secundare)

T2 - Teste de temperatură (baterii primare și secundare)

T3 - Vibrații (baterii primare și secundare)

T4 - Impact (baterii primare și secundare)

T5 - Scurtcircuit extern (baterii primare și secundare)

T6 - Impact mecanic (baterii primare și secundare)

T7 - Reîncărcare (baterii secundare)

T8 - Descărcare forțată (baterii primare și secundare)

Bateriile electrice supuse testului trebuie să treacă testele fără a provoca daune spațiului înconjurător, performanța lor continuă după teste nu joacă niciun rol. Aceste teste sunt doar pentru teste de siguranță și nu pentru testarea performanței. Laboratorul acreditat care efectuează aceste teste necesită 24 de probe de baterie, 12 noi și 12 după 50 de cicluri de încărcare/descărcare. Prezența acumulatorilor deja utilizați garantează o calitate mai realistă a prelevării.

Costul ridicat al certificării este prohibitiv pentru micii producători de baterii litiu-ion, astfel încât prețul final al modelelor certificate este destul de mare. Dar consumatorii au de ales - în loc de o baterie certificată litiu-ion, este foarte posibil să achiziționați o baterie pe bază de nichel, al cărei transport nu este atât de strict reglementat. (Vezi BU-704: Transport de baterii electrice.)

Aveți grijă când manipulați și testați bateriile.

Nu scurtcircuitați, supraîncărcați, zdrobiți, scăpați, nu pătrundeți obiecte străine, inversați polaritatea și nu expuneți bateria la temperaturi ridicate.

Nu dezasamblați bateria.

Utilizați numai baterii și încărcătoare originale litiu-ion.

Inițial, bateriile litiu-ion erau destinate dispozitivelor mobile, fie că este vorba de telefoane, camere, camere video, laptop-uri, dar în ultimul deceniu, producția de baterii cu litiu a fost stabilită și de majoritatea producătorilor auto.

Atunci de ce să o asamblați singur dacă puteți cumpăra o baterie gata făcută? Sunt suficiente motive:

• bateriile cu litiu asamblate din fabrică sunt prohibitiv de scumpe;
• este foarte dificil să găsești o baterie potrivită pentru o motocicletă, mașină;
• dacă bateria asamblată se potrivește cu o marjă în locul de instalare, atunci va avea o capacitate mai mică.

Cu propriile mâini, puteți asambla o baterie din elemente individuale, care va fi limitată doar de densitatea energiei și prețul pe watt-oră, în funcție de tipul de elemente selectate:

1. NiMH- hidrura metalica de nichel;
2. Li-ion- ion de litiu;
3. Lipol- polimer de litiu;
4. LiFePO4- fosfat de litiu fier;
5. Acid de plumb- plumb acid.

Pericol de supraîncărcare a celulelor cu litiu

Celulele cu litiu trebuie manipulate cu grijă, deoarece împachetează multă energie într-o zonă mică când sunt complet încărcate. Prin urmare, bateriile protejate Li-ion și Li-pol sunt la vânzare de mult timp.

În 1991, Sony a atras atenția asupra explozivității celulelor Li-ion. În prezent, toate bateriile fără excepție sunt înfășurate cu un separator cu două straturi între plăci pentru a elimina riscul scurtcircuitelor interne. Toate bateriile de marcă sunt echipate cu o placă de protecție a tranzistorului cu efect de câmp care le oprește în următoarele cazuri:

1. Bateria este supra-descărcată - sub 2,5 V.
2. Supraîncărcat - peste 4,2 V.
3. Curentul de încărcare este prea mare - mai mult de 1C (C este capacitatea bateriei în Ah).
4. Scurt circuit.
5. Curentul de sarcină este depășit - mai mult de 5C.
6. Polaritate greșită la încărcare.

Pentru securitate suplimentară, există o siguranță termică care deschide circuitul atunci când celula cu litiu se supraîncălzește peste 90 ° C.

Cum să găsesc o baterie cu protecție?

Bateriile cu litiu sunt produse în versiuni casnice și tehnologice. Bateriile de uz casnic au o carcasă durabilă din plastic și protecție electronică încorporată. Elementele tehnologice destinate utilizării industriale sunt produse cel mai adesea în formă neambalată și nu au protecție încorporată.

1. Bateriile protejate au cuvântul „ protejat" în titlu, neprotejat - " neprotejat».
2. Bateriile cu protecție sunt cu 2–3 mm mai lungi decât cele obișnuite datorită plăcii, care este instalată la capătul de lângă polul negativ.
3. Pretul bateriilor cu protectie cu aceeasi capacitate este intotdeauna mai mare, pentru ca si placa cu componente electronice costa bani.

Polul pozitiv al bateriei trebuie conectat la placa de protecție cu o placă subțire, altfel protecția nu va funcționa.

Când elementele individuale sunt conectate în serie, tensiunile lor sunt însumate, iar capacitatea rămâne aceeași. Chiar și din aceeași serie, bateriile au caracteristici diferite, așa că se încarcă la rate diferite. De exemplu, atunci când se încarcă la o tensiune totală de 12,6 V, elementul din mijloc poate fi reîncărcat la 4,4 V, ceea ce este periculos prin supraîncălzire.

Pentru a nu supraîncărca elementele neprotejate, se folosesc cabluri de echilibrare care sunt conectate la încărcătoare speciale, de exemplu: iMAX B6 și Turnigy Accucel-6.

Fiecare baterie Li-ion și Li-pol pentru uz casnic are cea mai avansată protecție la supratensiune, sub forma unui circuit de control al tensiunii, a unui comutator FET și a unei siguranțe termice.

Nu este necesară echilibrarea elementelor protejate, deoarece atunci când tensiunea pe unul dintre ele crește la 4,2 V, încărcarea este garantată întreruperea.

Când asamblați o baterie din elemente fără protecție, există o cale de ieșire - puneți o placă de control a tensiunii pe toate bateriile, de exemplu, conectându-le conform schemei 4S2P - 4 în serie, 2 în paralel.

De asemenea, echilibrarea elementelor conectate în paralel nu este necesară.

Când bateriile sunt conectate în paralel, tensiunea lor rămâne aceeași, iar capacitățile sunt însumate.

Despre capacitatea bateriilor cu litiu

Capacitate - Capacitatea unei baterii de a furniza curent, măsurată în miliamperi oră (mAh) sau amperi oră (Ah). De exemplu, o baterie cu o capacitate de 2 Ah poate furniza un curent de 2 A timp de o oră sau 1 A timp de două ore. Dar această dependență a curentului de timpul de conectare la sarcină nu este liniară - la un anumit punct al graficului, dacă curentul este dublat, durata de viață a bateriei este redusă cu un factor de patru. Prin urmare, producătorii indică întotdeauna capacitatea calculată atunci când bateria este descărcată cu un curent excesiv de scăzut de 100 mA.

Cantitatea de energie depinde de tensiunea bateriei, astfel încât celulele cu hidrură metalică de nichel cu aceeași capacitate au de 3 ori mai puțină energie decât celulele cu ioni de litiu:

• NiMH- 1,2 V * 2,2 Ah = 2,64 wați-oră;
• Li-ion- 3,7 V * 2,2 Ah = 8,14 wați-oră.

Când căutați și cumpărați baterii reîncărcabile, acordați prioritate companiilor cunoscute precum Samsung, Sony, Sanyo, Panasonic. Bateriile de la acești producători au o capacitate care se potrivește cel mai mult cu cea indicată pe carcasa lor. Eticheta de 2600 mA de pe celulele Sanyo nu este mult diferită de capacitatea lor reală de 2500-2550 mA. Falsurile de la producători chinezi cu o capacitate lăudată de 4200 mA nici măcar nu ajung la 1000 mA, dar prețul lor este de două ori mai mic decât originalul japonez.

Pentru a asambla o baterie din baterii cu litiu, puteți utiliza:

1. lipire;
2. cutii de joncțiune;
3. Magneți de neodim;

Lipirea în timpul asamblarii din fabrică este folosită extrem de rar, deoarece elementul de litiu este distrus de căldură, pierzând în același timp o parte din capacitatea sa. Pe de altă parte, acasă, lipirea va fi cea mai bună modalitate de a conecta bateriile, deoarece chiar și o rezistență slabă pe contacte va reduce semnificativ tensiunea totală la bornele comune. Trebuie să utilizați un fier de lipit puternic de 100 W și să îl atingeți de bateriile cu litiu timp de cel mult două secunde.

Magneții puternici de pământuri rare sunt acoperiți cu nichel sau zinc, astfel încât suprafața lor nu se oxidează. Acești magneți asigură un contact excelent între baterii. Dacă doriți să lipiți firele la un magnet, nu uitați de temperatura Curie, peste care orice magnet devine o pietricică. Temperatura admisă aproximativă pentru magneți este de 300°C.

Dacă utilizați o cutie pentru conectarea bateriilor, atunci un mare plus devine evident, deoarece va fi mai ușor să ridicați bateriile prin tensiune sau să schimbați un element deteriorat.

Sudarea prin puncte este cea mai bună modalitate de a conecta celulele cu litiu la asamblarea bateriilor de laptop.

Cumpărarea unei baterii cu litiu gata făcută pentru o mașină sau o motocicletă nu este profitabilă atunci când o poți asambla singur la un preț mai mic. Puteți economisi până la 70 USD dacă nu cumpărați o baterie nouă pentru laptop, ci înlocuiți singur elementele din ea.

Economiile la asamblarea bateriilor cu litiu de mare putere pentru a alimenta mașinile electrice sau sistemele autonome de alimentare cu energie la domiciliu sunt dificil de apreciat, deoarece în aceste cazuri există costuri suplimentare pentru echipamentele de control și monitorizare.

S-ar putea să te intereseze și tu

Primul pas în crearea unei baterii litiu-ion este determinarea cerințelor pentru valoarea tensiunii și timpul de funcționare necesar. Apoi sunt specificate caracteristicile încărcăturii, mediului, dimensiunilor totale și greutății. Dispozitivele portabile moderne vor avea cerințe crescute pentru grosimea bateriei, așa că va fi de preferat să alegeți formate prismatice sau chiar cu cadru deschis. Dacă grosimea nu este un factor, atunci alegerea a 18650 de elemente cilindrice ca piese structurale va oferi costuri mai mici și performanțe mai bune (în termeni de densitate energetică, siguranță și durabilitate). (Vezi și BU-301a: Varietate de forme de baterii electrice).

Majoritatea bateriilor utilizate în echipamentele medicale, sculele electrice, bicicletele electrice și chiar vehiculele electrice folosesc celule de 18650. S-ar părea că utilizarea acestei celule cilindrice nu este deosebit de practică datorită volumului său mare, ci punctelor sale forte, cum ar fi un avansat și tehnologia de producție în masă, precum și costul scăzut pe watt-oră, argumentează contrariul.

După cum sa menționat mai sus, forma cilindrică a elementului nu este ideală, deoarece duce la formarea de spațiu gol în sistemele cu mai multe elemente. Dar dacă luăm în considerare problema din punctul de vedere al necesității de răcire, atunci acest dezavantaj se transformă într-un avantaj. De exemplu, în mașina electrică Tesla S85 sunt folosite 18650 de celule, unde numărul lor total ajunge la 7.000 de bucăți. Aceste 7.000 de celule formează un sistem complex de baterii care utilizează atât conexiunea în serie pentru a crește tensiunea, cât și conexiunea în paralel pentru a crește curentul. În cazul defectării unui element dintr-o conexiune serială, pierderea de putere va fi minimă, iar în paralel, un astfel de element va fi oprit de sistemul de protecție. În consecință, nu există nicio dependență a întregii baterii de celule unice, ceea ce permite o funcționare mai stabilă.

Nu există un consens în rândul producătorilor de vehicule electrice cu privire la utilizarea dimensiunilor cadrului, dar există o tendință către formate mai mari, deoarece acest lucru reduce numărul total de celule din baterie și, prin urmare, reduce costul sistemului de protecție. Economiile pot ajunge la 20-25 la sută. Dar, pe de altă parte, utilizarea elementelor mari duce la o creștere a costului costului total al kWh. Conform datelor din 2015, Tesla S85 cu 18650 de celule are un cost mai mic pe watt-oră în comparație cu vehiculele electrice care folosesc baterii prismatice mari. Tabelul 1 compară costul kWh al diferitelor vehicule electrice.

Tabelul 1: Comparația costului pe watt-oră al diferitelor modele de vehicule electrice. Producția în masă a 18650 de celule reduce costul bateriilor care le utilizează.

* În 2015-2016, Tesla S85 a crescut puterea bateriei de la 85 kWh la 90 kWh. Nissan Leaf a înregistrat și o creștere de la 25 kWh la 30 kWh.

Bateria dezvoltată trebuie să respecte standardele de siguranță nu numai în timpul funcționării standard, ci și în caz de defecțiune. Toate sursele de energie și bateriile electrice nu fac excepție, în cele din urmă își epuizează resursele și devin inutilizabile. Există și cazuri de eșec prematur, imprevizibil. De exemplu, după unele incidente, bateria litiu-ion de la bord a unui Boeing 787 este plasată într-un container metalic special cu ventilație spre exterior. La vehiculele electrice Tesla, compartimentul bateriei este protejat suplimentar de o placă de oțel pentru a preveni deteriorarea penetrantă.

Sistemele de baterii mari pentru sistemele foarte încărcate sunt răcite forțat. Poate fi implementat sub formă de îndepărtare a căldurii printr-un radiator, sau poate include un ventilator pentru furnizarea de aer rece. Există și sisteme răcite cu lichid, dar sunt destul de scumpe și sunt de obicei folosite în vehiculele electrice.

1. Aspecte de securitate

Producătorii de celule electrice care se respectă nu furnizează celule cu litiu-ion companiilor de baterii necertificate. Această măsură de precauție este pe deplin justificată, deoarece circuitul de protecție din bateria proiectată poate fi configurat incorect pentru a supraestima performanța, iar celulele vor fi încărcate și descărcate în afara intervalului de tensiune sigur.

Costul unui sistem de baterii certificat pentru transportul aerian sau alte utilizări comerciale poate varia de la 10.000 USD la 20.000 USD.Acest preț ridicat este îngrijorător, mai ales în condițiile în care producătorii schimbă periodic componentele electrice folosite în astfel de sisteme. Un sistem de baterii cu aceste celule noi, deși listat ca înlocuitor direct pentru unul mai vechi, va necesita din nou noi certificări.

Se pune adesea întrebarea: „De ce este certificată o baterie dacă elementele care o compun sunt deja omologate?”. Răspunsul este destul de simplu - dispozitivul final, bateria, trebuie și el verificat pentru standardele de siguranță și asamblarea corectă. De exemplu, o defecțiune a aceluiași circuit de protecție poate duce la un incendiu sau chiar o explozie, iar testarea acestuia este posibilă doar într-o baterie finită.

Crearea unei baterii litiu-ion
Aflați despre cerințele de proiectare pentru o sursă de alimentare a sistemului electrochimic cu litiu-ion.

De ce să te colectezi? Da, pentru că bateriile sunt zona în care produsul finit este întotdeauna prost. Sunt întotdeauna prea scumpe. Nu puteți obține întotdeauna dimensiunea potrivită, care este, desigur, unică pentru fiecare dispozitiv. Nu există întotdeauna capacitatea necesară, dar există doar acelea care sunt concepute pentru a rula de la priză la priză în interiorul orașului.

Începi să certați producătorii mai ales tare când vă aflați într-o situație de forță majoră. Rămâi fără comunicare, pentru că comunicatorul a murit în frig. Nu poți surprinde un moment bun, deoarece bateria nativă a camerei s-a epuizat, iar una de rezervă de la companie costă 50 USD. Sau stai și te plictisești pentru că laptopul a durat o oră.

Dar tu însuți poți asambla o baterie care va fi limitată la doar doi parametri: prețul pe watt-oră și densitatea de energie. Toate celelalte caracteristici le vei alege singur.

Articolul este scris pentru amatori și de la un amator.

Un singur „dar”. Acest articol NU este despre bateriile mai puternice decât câțiva kilowați-oră.

teorie asupra degetelor

Element, celulă, "borcan", "baterie" Ceva care stochează și eliberează energie. Toate caracteristicile bateriei depind de celulele bateriei.

Baterie este deja un set de multe elemente. Mai multe celule sunt conectate la o baterie atunci când caracteristicile unei celule nu sunt suficiente. Când este conectat în serie, tensiunea crește. Dacă este în paralel, capacitatea bateriei crește. Poate include nu numai bănci, ci și orice electronică de control de acolo.

Voltaj- aceasta este forta cu care bateria poate soca consumatorul. Este doar o caracteristică a bateriei, nu depinde de consumator. 7 Măsurat în volți (V).

Puterea curentă- cu cât este mai mare, cu atât consumatorul de energie electrică mănâncă mai mult. Măsurată în amperi (A).

Capacitate- caracteristica bateriei, măsurată în amperi-oră (Ah). De exemplu, o capacitate de 2Ah înseamnă că bateria poate furniza curent la 1A timp de două ore și la 2A timp de o oră.

Capacitatea bateriei depinde și de curentul de descărcare. De obicei, cu cât este mai mare, cu atât capacitatea este mai mică. Producătorii de baterii indică de obicei capacitatea obținută prin descărcarea cu un curent slab de 100mA.

În dreapta, sunt prezentate caracteristicile unei baterii Li-ion, care sunt descărcate la diferite intensități de curent. Cu cât curentul este mai mare, cu atât curba de descărcare este mai mică.

C- litera alfabetului latin, care măsoară raportul dintre curent și capacitatea bateriei, adică de câte ori depășește curentul capacitatea. Daca o baterie are o capacitate de 2Ah si se descarca la 4A, atunci putem spune ca se descarca la 2C. Chestia este că, cu cât capacitatea bateriei este mai mare, cu atât este mai ușor să dai curent și, prin urmare, este mai convenabil să folosești această caracteristică decât doar amperi.

Energie- caracteristica care vă permite să comparați bateriile cu tensiuni diferite. Se măsoară în wați-oră și se calculează aproximativ prin înmulțirea tensiunii bateriei cu capacitatea sa. Numeric egal cu aria figurii de sub curba de descărcare.

Capacitatea papagalului și watt-oră de energie

Să presupunem că avem două baterii de aceeași capacitate - 2200mAh. Dar unul dintre ele este litiu-ion, iar celălalt este hidrură de nichel-metal.

Întrebare: Asta înseamnă că ambele baterii au aceeași cantitate de energie? Va funcționa același dispozitiv din ambele cutii pentru același timp?

De fapt, uitându-ne doar la caracteristica capacității, nu se poate compara energie, care se poate acumula și da bateria. Pentru a face acest lucru, trebuie să cunoașteți tensiunea nominală de pe el.

Puteți estima aproximativ cantitatea de energie în wați-oră înmulțind tensiunea nominală a bateriei cu capacitatea acesteia. Și vom obține:

• Pentru NiMH: 1,2 volți * 2,2 amperi-oră = 2,64 wați-oră
• Pentru Li-ion: 3,7 volți * 2,2 amperi-oră = 8,14 wați-oră

Că energia unei baterii Li-ion de aceeași capacitate este de 3 ori mai mare decât NiMH.

Dar aceasta este doar o presupunere grosieră. Astfel, o tensiune de 1,2 volți pe o celulă NiMH este tensiunea maximă corespunzătoare unei baterii complet încărcate. Când este descărcat, va cădea doar, iar energia reală va fi puțin mai mică de 2,64 wați-oră. Cu toate acestea, acest mod de a calcula energia bateriei îl vom folosi pentru a le compara caracteristicile.

Cum se asamblează bateria
Cum să asamblați o baterie De ce să o asamblați singur? Da, pentru că bateriile sunt zona în care produsul finit este întotdeauna prost. Sunt întotdeauna prea scumpe. Întotdeauna nu

Bicicleta Suzuki SV400S ’98 pe care am cumpărat-o în toamna trecută și-a dorit aproape imediat o nouă baterie - cea care s-a descărcat instantaneu nu a pornit întotdeauna xenonul de 35 de wați, iar demarorul a întors cumva încet și fără tragere de inimă. După încă o pornire rușinoasă „de la împingător” am urcat pe site-uri în căutarea unei baterii noi. Și aproape imediat a început să se învârtească - o baterie nouă pentru Susa mea de la orice producător decent a ieșit cel puțin 3 tr. Și asta pentru bateriile preistorice cu plumb, de capacitate mică, grele, cu eficiență de curent scăzută! Mulți oameni știu că majoritatea bateriilor plumb-acid au o „trăsătură” atât de neplăcută - cu o capacitate declarată de 12 Ah, doar jumătate din capacitate poate fi utilizată în siguranță, de exemplu. aproximativ 6 Ah. Descărcarea ulterioară duce la degradarea accelerată a bateriei și la înlocuirea sa rapidă. Excepție fac bateriile din seria „Deep Cycle” - dar cât de des ați văzut o astfel de inscripție?)))
După mai multe săpături pe internet, am găsit o opțiune mai interesantă - bateriile asamblate din elemente LiFePo4.

Cu grija! O mulțime de scrisori și imagini ciudate

Chimia litiu-fier este destul de sigură, elementele sunt încăpătoare și mai ușoare decât plumbul. Mulți producători vorbesc și despre o creștere de 3-4 ori a duratei de viață a unor astfel de baterii, sub rezerva unei funcționări adecvate. Și capacitatea celulelor este sinceră, celulele bune pot fi descărcate aproape complet fără a le deteriora și fără o scădere a curentului de ieșire pe măsură ce sunt descărcate! În plus, este și mai rezistent la îngheț decât plumbul. Am găsit o opțiune potrivită în ceea ce privește dimensiunea și parametrii - Shorai LFX12A1-BS12

Deci ce avem? Capacitatea este indicată în „echivalentul de plumb”, adică citim 12 Ah - avem toți aceiași 6 Ah în stoc! Pentru astfel de bani - nu sunt de acord. Nici o căutare rapidă a informațiilor de la alți producători de baterii similare nu a fost pe plac - peste tot există o capacitate mică, unde este aplicată sincer și unde este din nou jumătate „PB EQ”.

Spune ambuscadă. Nu pentru cei care fac de tine))
În plus, va exista o mulțime de terminologie pe înțelesul modelatorilor, electricienilor și colegilor de casă. Dacă ceva - întreabă-mă în comentarii sau chinuiește Google.
În urmă cu doi ani, am devenit serios interesat de posibilitatea de a asambla o bicicletă electrică de la zero, dar am asamblat-o, iar de un an și jumătate o folosesc în scopul propus. Bateria de tracțiune a fost asamblată dintr-un număr mare de elemente și electronice pentru a-i monitoriza starea. Iată cum arată fără capac:

Numarul de fire ma sperie si pe mine, da)
Abilitățile și informațiile dobândite în acest proces au fost de mare ajutor în asamblarea noii baterii.

Deci, introductiv: elemente LiFePo4, capacitate maximă în dimensiunile unei baterii cu plumb, putere maximă de curent, sistem de control pentru o viață lungă fericită, preț minim.
După ce am săpat din nou prin jungla rețelei, am găsit mai multe opțiuni potrivite, iar două dintre ele au devenit finaliste:
A123ANR26650M1A

tensiune nominala 3,3 V
capacitate nominală 2,3 Ah
curent nominal de descărcare 30C (69A per celulă)
curent de descărcare maxim de până la 60C (până la 138A per celulă)
curent de încărcare nominal 10C (până la 23A per celulă)
dimensiuni 26mm x 66.5mm
greutate 70 gr.

tensiune nominală 6,6 V (3,3 V pentru fiecare pereche de celule)
capacitate nominală 3,6 Ah (1,8 Ah per celulă)
curent nominal de descărcare 30C (54A per celulă)
curent de descărcare maxim de până la 40C (până la 72A per celulă)
curent de încărcare nominal 2C (până la 3,6 A per celulă)
dimensiuni 139mm x 21mm x 45mm
greutate 262 gr.

Volumul disponibil pentru noi se potrivește pentru 24 de elemente A123 (circuit 4S6P, capacitate 13,8 Ah, curent de încărcare până la 138 A, curent de descărcare 414 A / 828 A, greutate 1680 g) sau 8 baterii Zippy (circuit 4S8P, capacitate 14,4 Ah, curent de încărcare până la 28, 8A, curent de descărcare 432A/576A, greutate 2100g).
Totul este grozav și vesel, dar acum un factor atât de important precum costul începe să influențeze. 24 de celule A123 vor costa aproximativ 6000 de ruble, 8 baterii Zippy la 5600 de ruble, toate cu livrare. Wow? Asa ma gandeam si eu.
Prin urmare, mi-am moderat oarecum poftele de mâncare și mi-am comandat 6 baterii Zippy, care m-au costat 4200r. Parametrii, desigur, s-au dovedit a fi mai modesti, dar încă plăcuti ochiului - schema 4S6P, capacitate 10,8 Ah, curent de încărcare până la 21,6 A, curent de descărcare 324A / 432A, greutate 1570g.
Și în anexă, deoarece totul este într-un singur magazin, am luat și un astfel de mic shnyaga, care se numește în lume Battery Checker & Balancer

Acest mic rătăcit se va ocupa de sănătatea bateriei, cu alte cuvinte, va egaliza tensiunea celulelor bateriei unele față de altele. Singurul „dar” este că testerul este proiectat în principal pentru baterii LiPo, nu LiFePo4, astfel încât încărcarea bateriei în % va fi afișată incorect. Acest lucru nu interferează cu echilibrarea elementelor. Prin urmare, tocmai am lipit colțul din stânga al ecranului cu indicatorul de încărcare a bateriei - nefik pentru a încurca)
Ei bine, lucruri mici - cabluri de echilibrare pentru tester și capace de protecție. Util! ©

Apoi, cu ajutorul Poștei Ruse, a avut loc o scurtă pauză - primul colet a călătorit aproximativ 1,5 luni, al doilea 2,5 luni.

În sfârșit, totul a sosit și am echilibrat toate bateriile individual pe un încărcător de model. Acest lucru este pentru a nu obține un mic "badabum" atunci când conectați bateriile împreună. În același timp, am verificat capacitatea, stabilitatea tensiunii pe elemente în timpul descărcării și, în general, ...

Următorul pas este lipirea și asamblarea:
1) Lipite în paralel 2 grupuri a câte 3 baterii fiecare (2S6P + 2S6P)

dintr-un unghi diferit

Pe parcurs, am reparat totul cu bandă întărită - este mai fiabil și mai puțin probabil să deterioreze carcasele subțiri de polietilenă ale elementelor.
2) Așa arată umplutura bateriei asamblată împreună

Sunt necesare două fire groase cu conectori pentru a conecta părțile bateriei în serie între ele. De asemenea, sunt vizibile știfturile de echilibrare 2S din fiecare parte.
3) Conducta de aer din plastic tăiată în bucăți va servi ca o carcasă rigidă a bateriei

5) Am strâns totul împreună cu bandă întărită până când am fost complet mulțumit și am făcut contactele „inele” din concluziile în sine (nu erau inele de contact potrivite la îndemână)

6) Setat la echilibru, alergarea dintre elemente este minimă

După câteva minute, totul se reduce la un numitor comun

Și adoarme ca să nu-mi irosesc noua baterie

Sobsno totul, apoi bateria a fost instalată la locul potrivit și funcționează așa cum ar trebui.
Acestea. xenonul se aprinde rapid și fără clipi urâți, demarorul se întoarce ca înfășurat, iar farurile pot fi lăsate o oră sau două fără ca acestea să descarce bateria la zero. Când pun antifurtul - îl poți lăsa și mult mai mult timp aprins. Și ador și lumina bună, așa că în curând voi pune ceva mai bun în locul xenoanelor de 35w - 55 / 75w sau diodelor în general. bateria permite)

În articolul următor, vă voi spune cum am făcut o lumină de dimensiune/frână din diode puternice care au înlocuit becurile cu halogen.

Baterie DIY litiu-ion
Am decis că voi dedica prima mea postare ceva mai interesant decât cum am ajuns la o astfel de viață)) Motik. Cum și de ce am făcut o baterie cu litiu