Kako je sestavljen litijev baterijski sklop: nikelj, točkovno varjenje, izolacija

Litijev baterijski sklop je sestavljen iz več deset ali sto enakih celic, ki so povezane s točkovno varjenimi kovinskimi trakovi, medsebojno izolirane, nadzorovane s sistemom BMS in zaščitene z ohišjem. Vsak korak šteje: premajhna povezava se pregreva, pozabljena izolacija povzroči kratek stik, slabo pritrjena celica pa se zaradi vibracij sčasoma poškoduje. Ta vodnik opisuje, kako je zgrajen baterijski sklop, da boste znali prepoznati kakovostno izdelano baterijo. To ni navodilo za delo: sestavljanje litijevih celic je delo za strokovnjake z ustrezno opremo.

1. Izbira in usklajevanje celic

Vse se začne z blagovnimi znamkami celic z isto referenco, idealno iz iste serije. Pred sestavljanjem preverimo njihovo napetost in, odvisno od metod delavnice, njihovo notranjo upornost ali kapaciteto, da oblikujemo homogene skupine. Celica, ki odstopa od drugih, bi bila bolj obremenjena, bi se hitreje starala in omejevala celotno baterijo. Izbira celic je podrobno opisana v naši primerjavi Molicel P45B, Samsung 50S, P42A ali 40T.

2. Razporeditev in nosilci

Celice so nameščene v plastične nosilce, ki jih držijo na enakomerni razdalji. Ta razmik preprečuje, da bi se ovoji drgnili drug ob drugega, in omogoča pretok zraka med njimi. Razporeditev sledi shemi serijsko-vzporedne vezave: na primer 20 skupin v seriji po 10 celic vzporedno za baterijo 20S10P. Pri električnem skiroju oblika podnice pogosto narekuje razporeditev po meri, v enem ali več slojih.

3. Povezave: nikelj in baker

Celice so povezane s kovinskimi trakovi. Čisti nikelj je referenčni material: dobro se vari in je odporen proti koroziji. Ponikljano jeklo, ki je cenejše, prevaja bistveno slabše in se bolj segreva: v zmogljivi bateriji nima mesta.

Presek trakov se izračuna glede na tok. Za zelo visoke tokove nikelj ojačamo z bakrenim trakom, ki je veliko boljši prevodnik, nikelj pa služi kot vmesnik za varjenje s celico. Pretanek povezovalni trak se pri vsakem pospeševanju segreje, kar povzroča hitrejše staranje sosednjih celic. Načela dimenzioniranja so enaka kot v našem vodniku o napajalnih kablih in konektorjih.

4. Točkovno varjenje

Trakovi so na celice pritrjeni s točkovnim varjenjem, imenovanim tudi uporovno varjenje. Dve elektrodi pritisneta na trak in pošljeta zelo kratek in zelo intenziven električni impulz. Kovina se na stični točki v delčku sekunde lokalno stali, kar ustvari trdno povezavo.

Zakaj ne s spajkalnikom? Ker klasično spajkanje segreva celico več sekund: toplota lahko poškoduje tesnilo, notranji separator ali kemijo celice. Točkovno varjenje dovaja veliko energije, vendar zelo lokalizirano in kratkotrajno. Kakovost je odvisna od nastavitev stroja, pritiska elektrod in stanja površin: prešibak zvar se zaradi vibracij odlepi, premočan zvar pa lahko prebije dno celice.

5. Izolacija

Pri cilindrični celici je pozitivni pol majhen gumb na sredini, ves preostali kovinski ovoj pa je povezan z negativnim polom. Nikljev trak, ki zdrsne, ali vibracija, ki obrabi ovoj, lahko zato povzroči neposreden kratek stik. Na pozitivne pole namestimo izolacijske obročke, med skupine z različnimi napetostmi in na izpostavljene robove pa izolacijski papir, ter preverimo, ali je plastični ovoj vsake celice nepoškodovan.

Izolacija med baterijskim sklopom in ohišjem, ki je pri skirojih pogosto kovinsko, je prav tako pomembna. To je ena prvih stvari, ki jih preverimo, ko odpremo nekakovostno baterijo.

6. BMS in ožičenje

BMS je z vsako skupino celic povezan z merilno žico, imenovano balansirana žica. Te žice morajo biti prispajkane na pravo mesto, v pravilnem vrstnem redu in zaščitene pred iztrganjem. Temperaturni senzorji so nameščeni med celice. Izhodni napajalni kabli so prispajkani na končne trakove z ustreznim presekom in nato zaščiteni s cevko. Vloga BMS je razložena v našem vodniku o BMS in balansiranju.

7. Pritrditev, zaščita in ohišje

Baterija skiroja je izpostavljena nenehnim vibracijam in udarcem. Sklop je zato pritrjen s peno ali zagozdami, zaščiten s skrčljivo cevko ali ovojem, nato pa nameščen v podnico ali namensko ohišje. Glede na stroj uporabljamo aluminijasto ohišje, kot pri naši bateriji Performance 80 V za Nami Burn-E, 3D-natisnjeno ohišje ali ohišje po meri, zasnovano za določen stroj.

Končni pregledi

• napetost vsake skupine celic, ki mora biti homogena;
• preverjanje BMS: odčitavanje vseh skupin, aktivne zaščite;
• preizkus polnjenja in praznjenja, preverjanje segrevanja povezav;
• preverjanje izolacije med sklopom in ohišjem.