Kako se sastavlja litijska baterija: nikal, točkasto zavarivanje, izolacija
Litijska baterija je sklop od desetaka ili stotina identičnih ćelija, povezanih metalnim trakama zavarenim točkastim zavarivanjem, međusobno izoliranih, nadziranih putem BMS-a i zaštićenih kućištem. Svaki korak je važan: poddimenzionirani spoj se zagrijava, zaboravljena izolacija uzrokuje kratki spoj, a loše pričvršćena ćelija na kraju pukne pod utjecajem vibracija. Ovaj vodič opisuje kako se baterija izrađuje, kako biste znali prepoznati dobro napravljenu bateriju. Ovo nije priručnik za rad: sastavljanje litijskih ćelija posao je za opremljenog profesionalca.
Osnove
- Ćelije u paketu moraju biti identične, iste oznake i uparene.
- Povezane su niklenim trakama, ponekad podstavljenim bakrom, koje su točkasto zavarene, a ne lemljene lemilicom.
- Izolacija između ćelija, grupa i kućišta jednako je važna kao i spojevi.
- BMS je povezan sa svakom grupom ćelija i temperaturnim senzorima.
- Pričvršćivanje protiv vibracija, kućište i završne provjere čine razliku u dugovječnosti.
1. Odabir i uparivanje ćelija
Sve počinje s brendiranim ćelijama, iste oznake, idealno iz iste serije. Prije sastavljanja provjeravamo njihov napon i, ovisno o metodama radionice, njihov unutarnji otpor ili kapacitet, kako bismo formirali homogene grupe. Ćelija koja odstupa od ostalih radila bi više, brže starila i ograničavala cijelu bateriju. Odabir ćelija detaljno je opisan u našoj usporedbi Molicel P45B, Samsung 50S, P42A ili 40T.
2. Raspored i nosači
Ćelije se postavljaju u plastične nosače koji ih drže na pravilnoj udaljenosti. Ovaj razmak sprječava trljanje omotača jednih o druge i ostavlja malo zraka između njih. Raspored prati serijsko-paralelnu shemu: na primjer, 20 grupa u seriji od 10 ćelija paralelno za bateriju 20S10P. Na električnom romobilu, oblik podnice često nameće prilagođeni raspored, u jednom ili više slojeva.
3. Spojevi: nikal i bakar
Ćelije su povezane metalnim trakama. Čisti nikal je referentni materijal: dobro se zavaruje i otporan je na koroziju. Niklovani čelik, jeftiniji, znatno slabije vodi struju i više se zagrijava: nema mjesta u bateriji visokih performansi.
Presjek traka izračunava se prema struji. Za vrlo jake struje, nikal se udvostručuje bakrenom trakom, koja je puno bolji vodič, pri čemu nikal služi kao sučelje za zavarivanje s ćelijom. Pretanak spoj zagrijava se pri svakom ubrzanju, što uzrokuje brže starenje susjednih ćelija. Principi dimenzioniranja podudaraju se s onima iz našeg vodiča o kabelima i konektorima snage.
4. Točkasto zavarivanje
Trake se pričvršćuju na ćelije točkastim zavarivanjem, poznatim i kao otporno zavarivanje. Dvije elektrode pritišću traku i šalju vrlo kratak i vrlo intenzivan impuls struje. Metal se lokalno topi na mjestu kontakta, stvarajući čvrst spoj u djeliću sekunde.
Zašto ne lemilica? Zato što klasično lemljenje zagrijava ćeliju nekoliko sekundi: toplina može oštetiti brtvu, unutarnji separator ili kemiju ćelije. Točkasto zavarivanje donosi značajnu, ali vrlo lokaliziranu i kratku energiju. Njegova kvaliteta ovisi o postavkama stroja, pritisku elektroda i stanju površina: preslab zavar se odlijepi pod vibracijama, a prejaki zavar može probušiti dno ćelije.
5. Izolacija
Na cilindričnoj ćeliji, pozitivni pol je mali gumb u sredini, a ostatak metalnog kućišta spojen je na negativni pol. Niklena traka koja sklizne ili vibracija koja istroši omotač može stoga stvoriti izravan kratki spoj. Postavljamo izolacijske podloške na pozitivne polove, izolacijski papir između grupa različitih napona i na izložene rubove, te provjeravamo je li plastični omotač svake ćelije netaknut.
Izolacija između paketa i kućišta, često metalnog na električnom romobilu, jednako je važna. To je jedna od prvih stvari koju gledamo kada otvaramo bateriju loše kvalitete.
6. BMS i ožičenje
BMS je povezan sa svakom grupom ćelija mjernom žicom, koja se naziva žica za balansiranje. Te žice moraju biti zavarene na pravom mjestu, ispravnim redoslijedom i zaštićene od kidanja. Temperaturni senzori postavljeni su između ćelija. Izlazni kabeli snage zavareni su na krajnje trake s odgovarajućim presjekom, a zatim zaštićeni cijevi. Uloga BMS-a objašnjena je u našem vodiču o BMS-u i balansiranju.
7. Pričvršćivanje, zaštita i kućište
Baterija električnog romobila izložena je stalnim vibracijama i udarcima. Paket je stoga pričvršćen pjenom ili klinovima, zaštićen termoskupljajućom cijevi ili omotačem, a zatim instaliran u podnicu ili u namjensko kućište. Ovisno o strojevima, koristimo aluminijsko kućište, kao na našoj Performance 80 V bateriji za Nami Burn-E, 3D printano kućište ili prilagođeno kućište dizajnirano za stroj.
Završne provjere
- napon svake grupe ćelija, koji mora biti homogen;
- provjera BMS-a: očitavanje svih grupa, aktivne zaštite;
- test punjenja i pražnjenja, provjera zagrijavanja spojeva;
- kontrola izolacije između paketa i kućišta.
| Znak dobro izrađene baterije | Znak upozorenja |
|---|---|
| Brendirane ćelije koje se mogu identificirati | Ćelije bez oznaka ili preimenovane |
| Čisti nikal, bakar za jake struje | Tanke trake od niklovanog čelika |
| Redoviti zavari, više točaka po kontaktu | Lemljenje lemilicom na ćelijama |
| Izolacijske podloške i papir posvuda | Nikal u izravnom kontaktu s omotačima |
| Žice za balansiranje pričvršćene, BMS fiksiran | Slobodne žice, BMS koji pluta |
Savjet radionice
Ne otvarajte bateriju kako biste "vidjeli" ili je sami popravili: alat koji sklizne između dvije grupe dovoljan je da izazove kratki spoj visokog intenziteta. Sve naše baterije za električne romobile sastavljene su u našoj radionici u Francuskoj, isključivo s brendiranim ćelijama. Rizik od neuspjelog sastavljanja detaljno je opisan u našem vodiču o požaru litijske baterije.
Često postavljana pitanja
Može li se baterija s točkastim zavarivanjem popraviti?
Da, od strane profesionalca: moguće je zamijeniti grupu ćelija ili spoj, uklanjanjem starih zavara. Ali rad na napunjenom paketu zahtijeva metodu i opremu.
Zašto ne koristiti rabljene ćelije?
Njihova povijest je nepoznata: kapacitet, unutarnji otpor i stvarno stanje variraju od ćelije do ćelije. Paket nespojivih ćelija postaje neuravnotežen i brzo stari.
Je li nikal dovoljan za vrlo snažnu bateriju?
Za vrlo jake struje, sam nikal bi se zagrijao ili bi zahtijevao ogromne presjeke. Tada ga kombiniramo s bakrom koji prenosi većinu struje.
Treba li ventilirati bateriju električnog romobila?
Baterija u zatvorenoj podnici uglavnom se hladi provođenjem topline na šasiju. Najučinkovitije je dimenzionirati je tako da se malo zagrijava: ćelije prilagođene struji i izdašni spojevi.