Jak montowany jest pakiet akumulatorów litowych: nikiel, zgrzewanie punktowe, izolacja

Pakiet akumulatorów litowych to zespół dziesiątek lub setek identycznych ogniw, połączonych taśmami metalowymi zgrzewanymi punktowo, izolowanych od siebie, monitorowanych przez BMS i chronionych obudową. Każdy etap ma znaczenie: zbyt mały przekrój połączenia powoduje nagrzewanie, zapomniana izolacja prowadzi do zwarcia, a źle zamocowane ogniwo z czasem pęka pod wpływem wibracji. Ten przewodnik opisuje, jak zbudowany jest pakiet, aby wiedzieć, jak rozpoznać dobrze wykonany akumulator. To nie jest instrukcja obsługi: montaż ogniw litowych to praca dla wyposażonego profesjonalisty.

1. Wybór i parowanie ogniw

Wszystko zaczyna się od markowych ogniw, o tym samym numerze referencyjnym, najlepiej z tej samej partii. Przed montażem sprawdzamy ich napięcie oraz, w zależności od metod warsztatowych, rezystancję wewnętrzną lub pojemność, aby stworzyć jednorodne grupy. Ogniwo, które odbiega od pozostałych, pracowałoby ciężej, starzałoby się szybciej i ograniczałoby cały akumulator. Wybór ogniw został szczegółowo opisany w naszym porównaniu Molicel P45B, Samsung 50S, P42A lub 40T.

2. Układ i uchwyty

Ogniwa umieszczane są w plastikowych uchwytach, które utrzymują je w regularnej odległości. Taki odstęp zapobiega ocieraniu się koszulek ogniw o siebie i zapewnia między nimi przepływ powietrza. Układ wynika ze schematu szeregowo-równoległego: na przykład 20 grup szeregowych po 10 ogniw równolegle dla akumulatora 20S10P. W hulajnodze kształt podestu często wymusza niestandardowy układ, w jednej lub kilku warstwach.

3. Połączenia: nikiel i miedź

Ogniwa są połączone taśmami metalowymi. Czysty nikiel jest materiałem referencyjnym: dobrze się zgrzewa i jest odporny na korozję. Stal niklowana, tańsza, przewodzi znacznie gorzej i bardziej się nagrzewa: nie ma dla niej miejsca w akumulatorze dużej mocy.

Przekrój taśm oblicza się na podstawie natężenia prądu. W przypadku bardzo dużych prądów nikiel wzmacnia się taśmą miedzianą, która jest znacznie lepszym przewodnikiem, podczas gdy nikiel służy jako interfejs zgrzewania z ogniwem. Zbyt cienkie połączenie nagrzewa się przy każdym przyspieszeniu, co powoduje szybsze starzenie się sąsiednich ogniw. Zasady doboru przekrojów są zgodne z naszym przewodnikiem dotyczącym kabli i złączy zasilających.

4. Zgrzewanie punktowe

Taśmy mocowane są do ogniw za pomocą zgrzewania punktowego, zwanego również zgrzewaniem oporowym. Dwie elektrody dociskają taśmę i wysyłają bardzo krótki, ale bardzo intensywny impuls prądu. Metal topi się lokalnie w punkcie styku, tworząc solidne połączenie w ułamku sekundy.

Dlaczego nie lutownica? Ponieważ klasyczne lutowanie nagrzewa ogniwo przez kilka sekund: ciepło może uszkodzić uszczelkę, separator wewnętrzny lub chemię ogniwa. Zgrzewanie punktowe dostarcza dużą ilość energii, ale jest ona bardzo zlokalizowana i krótkotrwała. Jakość zgrzewu zależy od ustawień maszyny, nacisku elektrod i stanu powierzchni: zbyt słaby zgrzew odklei się pod wpływem wibracji, zbyt mocny może przebić dno ogniwa.

5. Izolacja

W ogniwie cylindrycznym biegun dodatni to mały guzik na środku, a cała reszta metalowej obudowy jest połączona z biegunem ujemnym. Przesunięta taśma niklowa lub wibracje przecierające koszulkę mogą więc spowodować bezpośrednie zwarcie. Na biegunach dodatnich umieszczamy podkładki izolacyjne, papier izolacyjny między grupami o różnych napięciach oraz na odsłoniętych krawędziach, a także sprawdzamy, czy plastikowa koszulka każdego ogniwa jest nienaruszona.

Izolacja między pakietem a obudową, która w hulajnodze jest często metalowa, jest równie ważna. To jedna z pierwszych rzeczy, na które zwracamy uwagę, otwierając akumulator niskiej jakości.

6. BMS i okablowanie

BMS jest podłączony do każdej grupy ogniw za pomocą przewodu pomiarowego, zwanego przewodem balansującym. Przewody te muszą być przylutowane w odpowiednim miejscu, w odpowiedniej kolejności i zabezpieczone przed wyrwaniem. Czujniki temperatury umieszczane są między ogniwami. Kable wyjściowe zasilania są przylutowane do taśm końcowych o odpowiednim przekroju, a następnie zabezpieczone koszulką termokurczliwą. Rola BMS została wyjaśniona w naszym przewodniku na temat BMS i balansowania.

7. Mocowanie, ochrona i obudowa

Akumulator w hulajnodze jest poddawany ciągłym wibracjom i wstrząsom. Dlatego pakiet jest zabezpieczony piankami lub klinami, chroniony koszulką termokurczliwą lub osłoną, a następnie instalowany w podeście lub dedykowanej obudowie. W zależności od maszyny stosujemy obudowę aluminiową, jak w naszym akumulatorze Performance 80 V do Nami Burn-E, obudowę drukowaną w 3D lub obudowę na zamówienie zaprojektowaną dla danej maszyny.

Kontrole końcowe

• napięcie każdej grupy ogniw, które musi być jednorodne;
• weryfikacja BMS: odczyt wszystkich grup, aktywne zabezpieczenia;
• test ładowania i rozładowania, kontrola nagrzewania się połączeń;
• kontrola izolacji między pakietem a obudową.