Как устроен литий-ионный аккумулятор электровелосипеда?

Привет друзья!

На сегодняшний день литий-ионный аккумулятор является самым распространённым типом аккумуляторов, используемых на электротранспорте, и в частности, на электровелосипедах.

И поскольку это довольно дорогой компонент, желательно при его покупке понимать, на что следует обращать внимание, чтобы не ошибиться с выбором, а для этого неплохо бы знать в общих чертах его устройство и принцип работы.

Литий-ионный аккумулятор, в том виде, в котором он используется на электровелосипедах, представляет собой набор последовательно соединённых блоков, в каждом из которых одинаковое количество параллельно соединённых элементов, их ещё называют ячейками (например, типоразмера 18650).

С каждого блока идёт отдельный провод на плату управления (BMS, battery management system), но о ней чуть позже.

Количество последовательно соединённых блоков обозначается буквой "S", а количество параллельно соединённых элементов внутри каждого блока - буквой "P". Номинальное напряжение батареи определяется как номинальное напряжение одного литий-ионного элемента (3,7 В), умноженное на число блоков (S).

К примеру, схема сборки аккумулятора 13S4P означает, что номинальное напряжение аккумулятора 48 вольт (13 х 3,7 В), и что если он собран из ячеек ёмкостью 3 Ач каждая, то его ёмкость составляет 12 Ач (3 Ач х 4).

Как правило, ячейки либо склеиваются между собой при помощи суперклея (цианоакрилат) или клеевого пистолета, либо собираются в специальные холдеры, обеспечивающие их фиксацию.

Второй вариант более предпочтителен, так как в этом случае ячейки не соприкасаются между собой, то есть лучше изолированы друг от друга.

Для нормальной работы аккумулятора необходимо, чтобы на всех его элементах быть одинаковое напряжение - в этом случае он будет выдавать полную ёмкость.

За соблюдением этого условия следит плата управления, или BMS, о которой я уже упоминал, - она в конце процесса заряда подключает резисторы к тем ячейкам, которые зарядились раньше остальных, чтобы напряжение на них снижалось, и постепенно напряжения на всех ячейках выравниваются.

Кроме этого, BMS выполняет функцию защиты ячеек от перезаряда (не выше 4,2 В на ячейке), переразряда (не ниже 3 В на ячейке) и защиты от короткого замыкания, то есть замыкания выходных контактов между собой.

В то же время, довольно распространены так называемые симметричные BMS, у которых контакты "P-" и "C-" объединены, в этом случае зарядный и разрядный разъёмы соединяются параллельно, или разъём всего один, а к нему по очереди подключаются либо зарядное устройство, либо нагрузка.

Некоторые BMS имеют функцию включения (два провода к замку или кнопке включения), позволяющую избежать искрения контактов при подключении батареи к нагрузке.

Также платы BMS оснащаются терморезисторами или термоконтактами. Первые при изменении температуры изменяют своё сопротивление, а вторые разрывают контакт при достижении температуры, на которую они рассчитаны.

Использование термоконтакта обеспечивает дополнительную защиту аккумулятора и повышает безопасность - BMS отключит нагрузку если батарея слишком сильно нагрелась.

Перед покупкой литий-ионного аккумулятора желательно узнать его реальную (а не только заявленную) ёмкость и нагрузочную способность, то есть максимальную мощность, которую он способен выдавать длительное время без перегрева. Если аккумулятор будет перегреваться, ячейки быстро деградируют и батарея потеряет ёмкость.

Кроме этого, перед покупкой, стоит поискать в сети отзывы других покупателей такого же аккумулятора, либо аналогичных, этого же производителя.

Более подробно про работу батареи можно почитать здесь.

До встречи в новых статьях!