BATERIA DO ELEKTRYKA

Witam

Mój dzisiejszy projekt jest powiązany z poprzednim, a mianowicie chciałbym pokazać w jaki sposób wykonać baterię do pojazdów elektrycznych. Wiele osób obawia się samodzielnego wykonania pakietu z ogniw Li Ion18650, szczerze powiedziawszy sam miałem pewne obawy czy podołam takiemu wyzwaniu. Ale jak się okazało , można baterię wykonać samodzielnie, a przy okazji zaoszczędzić parę stówek…

Zanim przystąpiłem do budowy baterii przez jakiś czas przeglądałem fora poświęcone e-bike oraz obejrzałem na you tube niezliczoną ilość filmów poświęconych tejże właśnie tematyce. Dzięki temu pozyskałem wiele informacji na temacie  ogniw litowo –jonowych, które  w przeciwieństwie do innych akumulatorów,  wymagają odpowiedniego obchodzenia się z nimi.

Zanim jednak przystąpimy do jakiejkolwiek budowy, musimy rozważyć kilka aspektów;

1/  jaki pakiet jest nam potrzebny,

w moim przypadku chodzi o zasilenie silnika o napięciu nominalnym 48V , takie napięcie da nam 13 ogniw połączonych szeregowo czyli 13S (13×3,7=48,1). Niestety taki pakiet nie wystarczy na długo, bo silnik ma moc 500W co daje w przybliżeniu pobór prądu 10,5A a największe obecnie na rynku ogniwa mają pojemność 3,6Ah, czyli aby uruchomić silnik i trochę pojeździć, musiałbym połączyć ze sobą równolegle 3 pakiety 13S (39 ogniw) dało by to 48V 10,8Ah i wystarczyło by zapewne na jakieś 40 min. Spokojnej jazdy. Wiadomo że przy większych obciążeniach silnika , np. jazda pod górę pobór prądu rośnie , w pojeździe elektrycznym chwilowo może wzrosnąć nawet trzykrotnie. Dlatego potrzebny jest dużo większy zapas energii. Mój pakiet to 13S/10P (130 ogniw), przy użyciu ogniw 18650 Sanyo NCR o pojemności 3400mAh dało 48V 34Ah co dla silnika 500W jest w zupełności wystarczające.

2/ ile mamy miejsca na pakiet i jaki ma mieć kształt,

Każdy pojazd może mieć inne umiejscowienie baterii,  w jednym będzie  zamocowana pod ramą w innym na bagażniku, lub tak jak w moim przypadku w specjalnie przygotowanym do tego celu miejscu. Dlatego ważne jest aby przed budową baterii sprawdzić ile mamy miejsca i czy pakiet jaki chcemy zastosować zmieści się w zaplanowanym miejscu montażu.

tyle teorii…

Na samym początku zaopatrzyłem się na chińskim portalu aukcyjnym w niezbędne materiały do budowy baterii, przekładki izolujące, holdery , taśmę niklową do łączenia ogniw a także BMS (battery managment system) niezbędny do prawidłowej pracy pakietu. No i oczywiście ogniwa 18650, które pochodzą ze źle zgrzanych pakietów, jednym słowem są nowe i sprawne ale z odzysku.

Przed przystąpieniem do składania baterii warto każde z ogniw naładować do ich nominalnej wartości 3,7V. do ładowania pojedynczych ogniw wystarczy zwykła ładowarka od telefonu oraz moduł do ładowania ogniw Li Ion – niestety będzie to trwało dużo czasu, dlatego warto dogadać się ze sprzedającym aby dostarczył ogniwa w pełni naładowane.

Mając już naładowane ogniwa należy je odpowiednie przygotować, są to ogniwa pochodzące z odzysku, więc normalną rzeczą jest że niektóre będą miały uszkodzone koszulki przy dodatnim biegunie.

Aby zabezpieczyć ogniwa przed zwarciem, na każde należy nakleić podkładkę wykonaną z materiału izolacyjnego. Można oczywiście takie podkładki wykonać samodzielnie , ale myślę że się nie opłaca, koszt zakupu jest niewielki.

Gdy wszystkie ogniwa są już przygotowane, należy je umieścić w holderach, specjalnych koszykach do układania ogniw. Co bardziej przedsiębiorcze osoby pomyślą sobie po co holdery, można skleić taśmą dwustronną albo klejem na gorąco i też będzie dobrze. Też tak pomyślałem, ale dowiedziałem się że takim sposobem nie powinno się składać pakietów ze względu na fakt że ogniwa intensywnie użytkowane  mocno się grzeją, a zastosowanie holderów  zapobiega stykaniu się ogniw co umożliwia ich efektywniejsze chłodzenie.

W moim przypadku kształt baterii ma zwartą obudowę zbliżoną do sześcianu. Fabrycznie pojazd był zasilany czterema akumulatorami żelowymi, dlatego moją nową baterię musiałem zaprojektować w taki sposób aby swoimi gabarytami odpowiadała złożonym razem czterem akumulatorom żelowym. Przyszedł mi do głowy pomysł aby akumulatorki ułożyć piętrowo. W tym celu wykonałem dwa niemal identyczne pakiety. Napisałem identyczne, ale nie do końca. Bateria składa się ze 130 ogniw, a tego ni jak nie da się podzielić na połowę, dlatego wykonałem jeden pakiet 10×7 ogniw.

Natomiast drugi 10×6 ogniw, lecz aby zachować foremną bryłę pakietu, ostatni rząd wypełniłem odpowiednio przyciętymi kawałkami rurki instalacyjnej RL 18, tworząc w ten sposób miejsce na zamontowanie modułu BMS.

Mając w ten sposób przygotowane pakiety przystąpiłem do ich zgrzania. Można sobie zadać pytanie czemu by ich nie zlutować, myślę że jest to wykonalne choć znawcy tematu zalecają jednak kilku punktowy zgrzew. Takie połączenie jest znacznie pewniejsze od lutowanego, a należy pamiętać że bateria podczas eksploatacji często będzie poddana dużym wstrząsom.

  Oczywiście do wykonania zgrzewów jest niezbędna chociażby najprostsza zgrzewarka. Ja swoją wykonałem ze starej mikrofalówki, a konkretnie jej trafa. Nie będę tu opisywał konstrukcji ponieważ w internecie jest cała masa opisów takiego urządzenia, osoby zainteresowane na pewno znajdą coś dla siebie. 

Do  łączenia ze sobą ogniw użyłem  specjalnej taśmy niklowej, normalnie jest to taśma o szer 8mm, ja aby ułatwić sobie pracę zaopatrzyłem się w specjalne drabinki, które znacznie skracają czas poświęcony na zgrzewanie. Podczas zakupu taśmy warto zwrócić uwagę czy rzeczywiście są one wykonane z niklu. Na rynku pojawiły się taśmy stalowe tylko pokryte niklem, mają one znacznie gorsze właściwości przewodzące i trochę trudniej się zgrzewają.

Aby nie popełnić błędu podczas zgrzewana, czy spowodowania zwarcia, na czas pracy oba pakiety połączyłem ze sobą za pomocą taśmy malarskiej. Proces zgrzewania trwa dość długo i wymaga cierpliwości.

Po wykonaniu zgrzewów i sprawdzeniu ich poprawności, oba pakiety złożyłem ze sobą w „kanapkę” wkładając pomiędzy nie przekładkę z 3mm poliwęglanu. Całość unieruchomiłem oklejając wokół taśmą pcv.

Do tak przygotowanego pakietu przylutowałem niezbędne przewody do podłączenia BMS a także przewody służące do ładowania i zasilania pojazdu.  Zwłaszcza te  przewody muszą mieć odpowiedni przekrój ponieważ będą one przenosić dość duże prądy, ja zastosowałem przewody o przekroju 2,5mm² i zakończyłem ich końce złączem XT60.

Po podłączeniu BMS całość obłożyłem odpowiednio dociętymi kawałkami plexi i okleiłem całość szeroką taśmą PCV. W jednej ze ścianek wyciąłem otwór rewizyjny ułatwiający dostęp do modułu BMS oraz do diagnozowania kondycji baterii. Po odłączeniu wtyczki od modułu można dokonywać pomiarów poszczególnych cel.

Mam nadzieję że w miarę jasno opisałem temat, i te moje wypociny na coś się komuś przydadzą… pozdrawiam i zapraszam do komentowania.