Можно ли паять аккумуляторы 18650? Как их лучше соединить?

Когда дело доходит до переделки аккумулятора на 18650 (у шуруповёрта с Ni-Cd/Ni-MH или бытового накопителя по типу Tesla Powerwall), то многие руководства и инструкции умалчивают о способах соединения элементов питания: пайка, сварка или что-то ещё?

Для долговечности и даже безопасности годятся далеко не все варианты соединений 18650.

Обновлено 04.02.2021. Предлагаем рассмотреть правильные варианты соединения 18650 и допустимые с упором на реальные последствия и инженерное понимание процессов. Благодарим вас за отклик в комментариях здесь и в «Я.Дзен» — мы обновили статью с учётом вашего опыта.

Можно ли паять аккумуляторы 18650?

Нельзя! Это неправильный подход. «Но если очень осторожно, то можно», — таков подход в DIY-сообществах. В чём же загвоздка, чего следует опасаться?

При соединении аккумуляторов 18650 в состав большой батареи (от ноутбуков до транспортных средств) ставится задача обеспечить надёжный контакт без потерь, устойчивый к внешним воздействиям (ударным, температурным и так далее — в зависимости от целей применения). Одним из вариантов многие любители DIY-поделок рассматривают пайку.

Литий-ионные аккумуляторы (18650 и любые другие Li-Ion) при нагреве от паяльной станции (и даже маломощного паяльника) разрушаются в своей структуре и безвозвратно теряют ёмкость!

То есть паять аккумуляторы 18650 не следует без крайней необходимости. Либо вам придётся мириться с изменением химического состава и ухудшением характеристик.

Кроме того, место соединения с помощью пайки ненадёжно в случае перегрева элемента питания. Метод непрактичен и для компактной сборки из-за случайных форм припоя и уязвимости перед внешним воздействием.

Особенности соединения и зарядки литиевых аккумуляторов

Есть два варианта соединения аккумуляторов, последовательное и параллельное. При последовательном соединении суммируется напряжение на всех аккумуляторах, при подключении нагрузки с каждого аккумулятора идет ток, равный общему току в цепи, в общем сопротивление нагрузки задает ток разряда. Это вы должны помнить со школы. Теперь самое интересное, емкость. Емкость сборки при таком соединении по хорошему равна емкости аккумулятора с самой маленькой емкостью. Представим, что все аккумуляторы заряжены на 100%. Смотрите, ток разряда у нас везде одинаковый, и первым разрядится аккумулятор с самой маленькой емкостью, это как минимум логично. И как только он разрядится, дальше нагружать данную сборку будет уже нельзя. Да, остальные аккумуляторы еще заряжены. Но если мы продолжим снимать ток, то наш слабый аккумулятор начнет переразряжаться, и выйдет из строя. То есть правильно считать, что емкость последовательно соединенной сборки равна емкости самого малоемкого, либо самого разряженного аккумулятора. Отсюда делаем вывод: собирать последовательную батарею нужно во первых из одинаковых по емкости аккумуляторов, и во вторых, перед сборкой они все должны быть заряжены одинаково, проще говоря на 100%. Существует такая штука, называется бмс, бэттери мониторинг систем, она может следить за каждым аккумулятором в батарее, и как только один из них разрядится, она отключает всю батарею от нагрузки. Теперь что касается зарядки такой батареи. Заряжать ее нужно напряжением, равным сумме максимальных напряжений на всех аккумуляторах. Для литиевых это 4.2 вольта. То есть батарею из трех заряжаем напряжением 12.6 в. Смотрите что происходит, если аккумуляторы не одинаковые. Быстрее всех зарядится аккумулятор с самой маленькой емкостью. Но остальные то еще не зарядились. И наш бедный аккумулятор будет жариться и перезаряжаться, пока не зарядятся остальные. Переразряда я напомню литий тоже очень сильно не любит и портится. Чтобы этого избежать, вспоминаем предыдущий вывод. Но ещё существует такая штука, как балансировка ячеек. Специальный зарядный контроллер грубо говоря имеет доступ к каждой ячейке и персонально заряжает ее на 100% независимо от остальных. В интернете есть куча схем на стабилитронах и прочей рассыпухе, но мы здесь с вами не для этого, мы паять не любим. Для двух и трех аккумуляторов есть модуль защиты зарядки и балансировки, но я опять же собрал вас здесь сегодня не для этого.

Перейдем к параллельному соединению. Емкость такой батареи равна сумме емкостей всех аккумуляторов в нее входящих. Разрядный ток для каждой ячейки равен общему току нагрузки, деленному на число ячеек. То есть чем больше акумов в такой сборке, тем больший ток она может отдать. А вот с напряжением происходит интересная вещь. Если мы собираем аккумуляторы, имеющие разное напряжение, то есть грубо говоря заряженные до разного процента, то после соединения они начнут обмениваться энергией до тех пор, пока напряжение на всех ячейках не станет одинаковым. Делаем вывод: перед сборкой акумы опять же должны быть заряжены одинаково. Иначе при соединении пойдут большие токи, и разряженный акум будет испорчен, и скорее всего может даже загореться. В процессе разряда аккумуляторы тоже обмениваются энергией, то есть если одна из банок имеет меньшую емкость, остальные не дадут ей разрядиться быстрее их самих, то есть в параллельной сборке можно, но не очень желательно использовать аккумуляторы с разной емкостью. И то же самое касается зарядки. Можно абсолютно спокойно заряжать разные по емкости аккумуляторы в параллели. То есть балансировка не нужна, сборка будет сама себя балансировать. Делать так опять же не очень желательно, но можно.

Перейдем к делу. Допустим мы хотим использовать аккумуляторы последовательно, для увеличения напряжения. По хорошему, чтобы правильно использовать такую сборку, аккумуляторы должны быть одной емкости, желательно из одной партии на производстве, а также перед соединением они должны быть заряжены до одного напряжения. Такую идеальную сборку можно заряжать напряжением, равным сумме максимальных напряжений для лития, то бишь 4.2В. для этого подойдут готовые блоки питания, вставил в розетку и заряжаешь. Либо понижающий модуль, настроенный на нужное напряжение? Или например лабораторный блок пиатния. Но в мире нет ничего идеального, поэтому более правильно будет заряжать через бмс, которая отключит батарею если один из аккумуляторов зарядится на 100%. А еще более правильно будет использовать зарядник с балансировкой ячеек, который тоже стоит денег.

4.8 / 5 ( 25 голосов )

Чем пользуются профессионалы, чтобы правильно соединить 18650?

Добиться надёжности и безопасности в сборке батареи из нескольких элементов питания можно профессиональными методами. Есть также непопулярные подходы, которые также доказали свою практичность и безопасность. Приведём полный список.

Как правильно соединить аккумуляторы 18650:

• контактной сваркой (точечной);
• с помощью фабричных держателей (холдеров — см.ниже);
• магнитами из неодима (мощные вечные магниты);
• склейкой;
• жидким пластиком.

Профессионалы используют единственный самый безотказный метод точечной сварки 18650 — этот способ рекомендуется и для промышленной сборки изделий, и для любительской DIY, и для сервисного ремонта потребительских изделий. Пример бюджетной точечной сварки для домашних условий в деталях разбирался на Geektimes.

В DIY-сообществах популярны магниты из редкоземельного неодимового сплава, которые крепко прижимают контакты и позволяют быстро конструировать временные или небольшие бытовые изделия. Для долгосрочных и компактных проектов лучше всего подходит жидкий пластик или даже клей.

Чтобы быстро собрать батарейный блок из нескольких аккумуляторов 18650 можно купить холдеры с пластмассовым корпусом на Aliexpress. Стоят всего 60 рублей на соединение пары 18650, в них уже заготовлены прижимные заводские контакты, которые в соединениях не греются. Для ручной пайки без боязни перегрева литий-ионных элементов питания очень удобны и компактны в поделках.

Как заряжать последовательно соединенные Li-ion аккумуляторы 18650?

Аккумуляторную батарею из литиевых элементов 18650 нельзя попросту подсоединить к блоку питания. Необходимо выровнять ток заряда на каждой ячейке. Балансировка осуществляется при подзарядке, когда есть возможность без значительных потерь энергии использовать пассивное рассеивание «избыточной» электроэнергии.

Если последовательно соединенные банки запитать через зажимы на концах блока, отслеживать заряд отдельных аккумуляторов не удастся. Звено с чуть большим сопротивлением или более низкой емкостью быстрее наберет максимальное напряжение 4,2 В и, пока напряжение всей батареи достигнет этого значения, успеет достичь превышенного значения 4,3 В или еще более высоких параметров. С каждым последующим циклом заряда емкостные характеристики таких звеньев будут снижаться, а в худшем случае литий-ионный аккумулятор может взорваться из-за перегрева.

Чтобы избежать таких проблем, нужно использовать балансир – ограничитель напряжения в виде компаратора, который сравнивает напряжение на литий-ионном элементе с граничной величиной 4,2 В. Когда напряжение достигает предельной величины, приоткрывается ключ-транзистор, внедренный параллельно элементу.

Он пропускает львиную долю зарядного тока и преобразует энергию в тепло. Заряд самой банки практически приостанавливается, в то время как соседние элементы имеют возможность окончательно зарядиться. Выравнивание напряжений осуществляется в завершение процесса заряда, когда элементы достигают граничного значения 4,2 В.

Теперь коснемся вопроса, как заряжать параллельно соединенные аккумуляторы 18650. При параллельном соединении одноименные полюсы соединяются между собой: «+» с «+», «-» с «-». Напряжение остается неизменным, а емкости суммируются. Балансировка при чисто параллельном соединении (без последовательно соединенных частей) не требуется.

“>

Вычисляем какие элементы должны задействоваться в секциях:

Заходим на сайт (repackr.com) в левом столбце выбираем Packer – далее копируем все значения ёмкости аккумуляторов и вставляем в окошко + кликаем Add cells — Number of cells in series = указываем число секций у меня запланировано 14s – Capacity = указываем сколько последовательно будет размещено элементов у меня их будет 5 — Nominal Cell Voltage = указываем номинальный вольтаж аккумулятора, у меня 3,7 вольт — Choose between a fixed number or variable number of cells to achieve a target capacity = указываем фиксированное число элементов, кликаем generate packs.

После этих действий вы получаете таблицу в которых указано с каким показателем миллиампер элементы должны быть задействованы в той или иной секции что бы показатели в ячейках были максимально схожи, это позволит аккумулятору прослужить дольше и работать на всю свою мощь. Процедура желательна, но не обязательна.

вот такую таблицу я получил аккумуляторы распределены так что бы в каждой секции получились похожие значения

После внесения своих данных я получил распределение элементов по ячейкам согласно mah каждого элемента, по аккумулятору значение 51,8 вольт номинально в заряженном состоянии 14*4,2=58,8 воль, 13,768 ампер часов составит аккумулятор или 713,1 ватт часов вполне неплохо. Приступим к сборке.

Зачем соединять аккумуляторы в батареи

Для питания некоторых устройств нужны такие значения напряжения и тока, которые нельзя обеспечить имеющимися аккумуляторами. Чтобы обеспечить нужные условия, несколько накопителей объединяют.

При параллельном подключении нескольких АКБ общая емкость увеличивается. И такую конструкцию можно использовать для питания мощных устройств, которым требуются большие значения тока. Это можно использовать, когда есть два накопителя небольшой ёмкости, а нужно запитать мощное устройство или продлить его время работы от аккумуляторов. Тогда, чтобы не покупать накопители большой ёмкости, можно использовать сборку из двух имеющихся накопителей.

Чтобы повысить напряжение, аккумуляторы включают последовательно. Например, два АКБ напряжением 12 В дадут 24 В.

Чтобы одновременно увеличить разность потенциалов и ёмкость, нужно использовать комбинированное подключение.

Обработка флюсом

Для предотвращения последующего окисления контакта очищенную от налёта поверхность батарейки следует сразу же обработать флюсовой смесью, изготовленной на основе обычной канифоли.

Если на контактах аккумулятора телефона, например, отсутствуют жирные пятна от масел – достаточно просто протереть их мягкой фланелью, смоченной в нашатырном спирте.

После этого нужно будет, хорошо прогрев паяльник, несколькими быстрыми касаниями пропаять контактную зону. На этом подготовку к пайке можно считать законченной.

Зачистка клемм и проводов

В подготовке нуждаются как сама щелочная или литиевая батарейка, так и подпаиваемый к ней соединительный проводник.
Указанные процедуры также включают в себя приготовление необходимого расходного материала, включая такие важные компоненты, как припой, канифоль и флюсовая смесь.

Наиболее сложный и ответственный момент предстоящих работ – зачистка клеммы батарейки, к которой предполагается припаять соединительный провод. Указанная процедура может показаться простой только для тех, кто ни разу не пытался этого сделать.

Проблема в данном случае состоит в том, что алюминиевые контакты источников питания (пальчикового или другого типа – неважно) подвержены окислению и постоянно покрыты мешающим пайке налётом.

Для их зачистки и последующей изоляции от воздуха потребуются:

наждачная бумага;
медицинский скальпель или хорошо отточенный нож;
легкоплавкий припой и флюсовая нейтральная добавка;
не очень «мощный» паяльник (не более 25-ти Ватт).

После того, как все указанные компоненты приготовлены – необходимо проделать следующие операции. Во-первых, нужно аккуратно зачистить место предполагаемой пайки, используя сначала скальпель или нож, а затем мелкую наждачную шкурку (она обеспечит более качественное удаление плёнки окислов с контактной зоны).

Параллельно с этим такой же зачистке должна подвергнуться оголённая часть подпаиваемого провода.

Сразу же после подготовки следует перейти к защитной обработке клемм пальчиковой или любой другой батарейки.

Схема устройства для балансировки аккумуляторов

Это аналог мощного стабилитрона, нагруженного на низкоомную нагрузку, роль которой здесь выполняют диоды D2. D5. Микросхема D1 измеряет напряжение на плюсе и минусе аккумулятора и если оно поднимается выше порога, открывает мощный транзистор, пропуская через себя весь ток от ЗУ. Как соединяется всё это вместе и к блоку питания — смотрите далее.

Блоки получаются действительно маленькие, и вы можете смело устанавливать их сразу на элементе. Следует только иметь в виду, что на корпусе транзистора возникает потенциал отрицательного полюса батареи, и вы должны быть осторожны при установке систем общего радиатора — надо использовать изоляцию корпусов транзисторов друг от друга.

Меры предосторожности при подключении

соблюдать правила безопасности при работе с электрическим током, одевать резиновые перчатки;
предупредить создание цепи прохождения электротока через человеческое тело;
избегать коротких замыканий;
не пренебрегать полярностью;
к клеммам АКБ голыми руками не прикасаться;
не собирать аккумуляторы, подключенные к нагрузкам (раздельно перепроверить каждый перед включением в цепь);
зарядное устройство нужно отключить перед тем, как подключать батарею;
применять инструменты с изолированными рукоятками;
не пренебрегать параметрами тока АКБ и нагрузки перед тем, как воспользоваться блоком;
соединительные контакты должны быть надежными и изолированными;
сборку защитить изоляционным корпусом от попадания влаги;
применять одинаковые аккумуляторы по параметрам, степени износа;
перед тем, как воспользоваться сборкой, протестировать ее на предмет некорректного соединения клемм.

При исправлении ошибок первоначально отсоединяют нагрузку (зарядное устройство), затем только проводят переделку блока.