Заміна свинцевого акб на літієві елементи

19

Вітаю, радіоаматори-самоделкіни!

Якщо придивитися до електроніки навколо, то можна помітити, що нас всюди оточують автономні джерела живлення: акумулятори або батарейці. Будильник на полиці, брелок від автосигналізації, пульт телевізора, мультиметр, стільниковий телефон — всі ці речі працюють в звичному нам вигляді тільки завдяки наявності власного харчування, тому переоцінити важливість акумуляторів в сучасному світі важко. Вони можуть мати різні потужності, ємності і відповідно розміри, в залежності від мети застосування — якщо в перерахованій вище техніці елементи живлення займають зовсім небагато місця, то ось акумулятор, наприклад, від безперебійного джерела живлення буде навпаки досить великим і важким. Такі акумулятори називають свинцево-кислотними, так само їх ще іноді називають гелієвими або agm — все це про одне і те ж. Вони винайдені ще в середині 19-го століття і закладений тоді принцип залишився незмінний досі, помінялися лише способи виробництва і внутрішній устрій. Такі акумулятори зараз знаходять велике застосування, наприклад, в тих же дбж, або дитячих електромобілях — в загальному там, де важлива велика ємність, але не так критичний вага. Тим часом, свинцево-кислотні акумулятори вже можна назвати застарілими: вони мають масу недоліків, а саме — короткий термін служби, який зазвичай становить 4-7 років, причому після закінчення терміну акумулятор не просто втрачає частину ємності а саме «вмирає» і не може більше ні брати, ні віддавати енергію. Відповідно і низьке число циклів заряд-розряд, що становить всього 200-400. Та й саме по собі співвідношення ємності і габаритів таких акумуляторів, за сьогоднішніми мірками, є вкрай низьким.

Завдяки появі на ринку доступних літієвих акумуляторів, зокрема типу lifepo4 з’явилася можливість своїми руками замінити застарілий свинцево-кислотний акб на літієвий, зі збереженням того ж вихідної напруги і габаритів. Таким чином, новий зроблений своїми руками акумулятор на lifepo4 елементах зможе встати на місце свого попередника в той же дбж або електромобіль. Найбільшого поширення набули свинцево-кислотні акумулятори формату 12 в, 7,2 ач — саме під такий формат і буде розрахований новий літієвий акб.

Для цього знадобиться 8 «банок» lifepo4 акумуляторів типорозміру 32700 (32 мм діаметр, 70 мм довжина). Акумулятори різних виробників можуть мати різну ємність — не варто економити і купувати найдешевші, найкращим чином підійдуть екземпляри з ємністю 7000 ма/год і струмом розряду 35 а, таким чином, готовий акумулятор буде високотоковим. 4 елементи lifepo4 дадуть сумарне номінальну напругу при послідовному з’єднанні 12,8 в (3,2 в кожен), що якраз відповідає напрузі свинцево-кислотного акб. Для збільшення ємності в два рази два ланцюжки по 4 послідовно з’єднаних акумулятора з’єднуються паралельно, виявляються задіяні всі 8 «банок», які якраз вмістяться в корпусі колишнього свинцево-кислотного акб. При складанні важливо врахувати, що всі використовувані lifepo4 елементи, в ідеальному випадку, повинні бути одного виробника і однієї партії, або хоча б просто не мали великого розкиду по ємності, інакше батарея не буде віддавати всієї своєї ємності.

З’єднання між акумуляторами повинні бути надійними і здатними пропускати великий струм, тонкі з’єднання можуть нагріватися при роботі з великим струмом. Для з’єднання акумуляторів рекомендується використовувати нікелеву стрічку, приварену до торців елементів контактним зварюванням.

При установці 8-ми елементів в корпус потрібно залишити місце під плату bms — пристрій, який буде забезпечувати рівномірний заряд всіх «банок», а також захищати готовий акумулятор від короткого замикання. Плати bms можуть бути розраховані на різний вихідний струм, вибрати варто, виходячи з можливого застосування акумулятора. Всі з’єднання між акумуляторами, платою, і вихідними клемами також повинні бути виконані досить товстим проводом, якщо передбачається робота з великими струмами. Важливо проводити весь монтаж якісно і акуратно, не даючи жодного шансу можливості короткого замикання самих «банок» всередині корпусу. Так як кожен з елементів lifepo4 запасає в собі велику кількість енергії, коротке замикання може привести до того, що ця енергія «виплеснеться» практично миттєво, розжарюючи акумулятор і приводячи до загоряння. Але надійна збірка і наявність плати bms оберігають від таких ситуацій.

Назовні з корпусу виводяться дві клеми, точно такі ж, як на вихідному свинцево-кислотному акумуляторі, через них буде здійснюватися зарядка і знімання енергії. Таким чином, вийшов акумулятор мало не за всіма параметрами перевершує свинцево-кислотний: у нього більше ємність (10-14 ач), більше розрядний струм (до 35 а, в залежності від використовуваних елементів), більший термін служби, і все це при приблизно такий же, або трохи більшої вартості.

Нижче представлений графік напруги і віддається новим акумулятором струму при розряді. За нижньою шкалою відкладено час у хвилинах, по вертикальній струм (червона лінія) і напруга (синя лінія). Струм становить 1,5 с — тобто в півтора рази перевищує «ємність» акумулятора. Навантаженням служать 4 галогенні лампи по 50 вт, що дає сумарну потужність близько 200 вт. Як можна побачити з графіка, акумулятор прекрасно справляється з навантаженням — напруга на клемах залишається незмінним практично до кінця циклу розряду, приблизно до 35 хвилини. Вдалої збірки!

Джерело (source)