Сборка аккумуляторов

Как посчитать схему: S и P

Ячейки соединяют последовательно, чтобы набрать напряжение, и параллельно, чтобы набрать ёмкость и ток. Запись 13S4P значит: 13 последовательных групп, в каждой по 4 ячейки параллельно.

Напряжение. Число групп S — это напряжение системы, делённое на напряжение ячейки. LiFePO4 на 12 В — 4S: 12,8 В номинал, 14,6 В в конце заряда. Li-ion на 48 В — 13S: 46,8 В номинал, 54,6 В при полном заряде.

Ёмкость. Ёмкость группы равна ёмкости ячейки, умноженной на P. Батарея 48 В 20 А·ч на ячейках 21700 по 5 А·ч — это 13S4P, 52 ячейки. На 18650 по 3,5 А·ч та же батарея — 13S6P: 78 ячеек и 21 А·ч.

Ток. Допустимый ток батареи — паспортный ток одной ячейки, умноженный на P. Если контроллер берёт 30 А, а ячейка держит 10 А, в группе нужно не меньше трёх ячеек, лучше четыре — с запасом на нагрев и старение.

Готовые расчёты под лодку, эхолот, велосипед и дом — на странице расчёта аккумулятора.

Если собираете сами: что важно

• Ячейки одной модели и одной партии. Разные ячейки стареют с разной скоростью, а батарея работает по самой слабой группе. Старые ячейки с новыми не смешивают.
• Одинаковое напряжение перед соединением. Ячейки, которые пойдут в параллель, заранее выравнивают по напряжению. Иначе в момент соединения между ними побежит большой ток.
• Точечная сварка, а не паяльник. Цилиндрические ячейки соединяют никелевой лентой на точечной сварке: импульс короткий и не прогревает ячейку. Паяльник греет корпус долго и может повредить её изнутри. Подробно — на странице сборки из 18650.
• Плата BMS под химию, число S и ток. Пороги у Li-ion и LiFePO4 разные, а ток платы берут с запасом не меньше 30 % к максимуму нагрузки. Как выбрать — в разделе плат BMS.
• Балансировка. Группы после сборки должны быть заряжены одинаково, иначе плата будет прекращать заряд раньше времени и часть ёмкости пропадёт. Как это проверить — на странице балансировки.
• Изоляция и крепление. Между рядами ячеек — изоляционный картон, провода — по току и закреплены от вибрации. Короткое замыкание в литиевой батарее — это сильный нагрев за секунды, поэтому изоляции много не бывает.
• Зарядное под сборку. Для LiFePO4 12 В нужно 14,6 В, для Li-ion 48 В — 54,6 В. Подробнее — зарядные для LiFePO4.

В конце — полный заряд, замер каждой группы и контрольный разряд током, близким к рабочему. Если ёмкость заметно ниже расчётной, в сборке есть слабая группа: она первой упирается в нижний порог.

Сборка аккумулятора LiFePO4

Батареи LiFePO4 на 12–48 В чаще всего собирают из призматических ячеек: 4 штуки на 12 В, 8 на 24 В, 16 на 48 В. Порядок такой:

• Ячейки одной модели и партии, с одинаковой ёмкостью по замеру.
• Выравнивание перед сборкой. Все ячейки соединяют параллельно и заряжают до 3,65 В — тогда собранная батарея стартует с одинаковым зарядом во всех группах.
• Стяжка. Ячейки стягивают в пакет торцевыми пластинами — так рекомендуют производители: при работе корпус призматической ячейки немного раздувается.
• Шины и клеммы на болтах, затянутые с моментом из паспорта ячейки. Плохо затянутая клемма под током греется сильнее всего остального.
• Плата BMS на 4S, 8S или 16S — с балансировкой и датчиком температуры, ток с запасом не меньше 30 % к нагрузке.
• Корпус по размеру пакета, с местом под плату и провода; для улицы — с защитой от влаги.

Готовую батарею заряжаем до 14,6 В на 12 В, 29,2 В на 24 В или 58,4 В на 48 В, проверяем каждую ячейку и разряжаем на нагрузке, чтобы увидеть реальную ёмкость. Готовые батареи — на странице аккумуляторы LiFePO4.

Сами или в мастерской

Собрать батарею самому реально, если есть аппарат точечной сварки, мультиметр, зарядное с нужным напряжением и понимание, что делать с разбалансом. Если батарея нужна одна, посчитайте заранее: сварка, никелевая лента, изоляция, плата и зарядное — отдельные покупки, а работа по сборке у нас стоит от 1 000 ₽.

Отдельная история — LiFePO4 на 48 В и больше и батареи на токи в сотни ампер. Там слабо затянутая клемма или тонкая шина превращаются в нагреватель, и без опыта такие сборки лучше не начинать.

Если батарея уже собрана, но не заряжается до конца, быстро садится или отключается под нагрузкой — это разбирается на ремонте литиевых аккумуляторов.