Что можно сделать с аккумулятором 18650

Ситуации могут быть в жизни всякие — пустой аккумулятор смартфона и отсутствие сетевой розетки для подзарядки поблизости — частое дело. Именно поэтому решено было сделать свой, мощный Повер Банк из старого аккумулятора ноутбука, с USB питанием. Конечно можно купить китайский, но ихние 10000 и 20000 мА — это большое преувеличение! Эта статья покажет вам как собрать устройство, состоящее из модуля зарядки литиевого АКБ, повышающего преобразователя для USB, а также светодиодного индикатора состояния аккумулятора Power Bank.

Где взять литиевые аккумуляторы

Что можно сделать с аккумулятором 18650

Сами аккумуляторы лучше не покупать (дорого да и слабых много попадается) а использовать со старого ноутбука. Внутри этого, что на фото — 3 пачки из двух параллельных сборок литиевых 18650 типа на 2200 мА/ч, которые соединены последовательно.

Что можно сделать с аккумулятором 18650

В нашей конструкции, будем использовать все 3 пакета параллельно, предварительно проведя проверку, хорошо ли они держат заряд в течение достаточно долгого времени.

Что можно сделать с аккумулятором 18650

В крайнем случае, если некоторые банки уже совсем слабые, ставьте один двойной пакет — тогда повербанк станет легче и меньше, хоть и слабее.

Модули Повер Банк

Следующая важная часть USB Powerbank — плата зарядки. Для этого выбран дешевый блок на ТР4056. Дополнительно он отключает нагрузку, если напряжение литиевых батарей падает ниже

3.7 Вольт, тем самым защищая аккумуляторную батарею от глубокого разряда.

Что можно сделать с аккумулятором 18650

Теперь берём схему, которая повышает напряжение от батарей до 5 вольт (для питания USB выхода). Это любой повышающий преобразователь на USB.

Что можно сделать с аккумулятором 18650

Как это соединить между собой — смотрите здесь. Естественно принципиальная схема будет иметь небольшой тумблер для включения Повер Банк. Тумблер нужен, поскольку повышающий преобразователь всегда получает питание от батареи (и тянет небольшой ток), даже если к USB никакое устройство не подключено.

Что можно сделать с аккумулятором 18650

Корпус для самодельного Power Bank

Корпус лучше брать неметаллический — подходящую пластиковую коробку, кабель канал и так далее. Для этого проекта применили нестандартный и экологичный материал — дерево, точнее ДВП. Две крышки и стенки по периметру, всё это соединено винтами.

Что можно сделать с аккумулятором 18650

Что можно сделать с аккумулятором 18650 Что можно сделать с аккумулятором 18650Что можно сделать с аккумулятором 18650

Немного шлифовки и проект окончательно завершен. Новая батарея очень крепкая и выглядит на удивление прилично. Если эти LI-Ion АКБ держали целый ноутбук на 17" часа 3, то уж со смартфоном на 5" они точно справятся))

В общем, ситуаций может быть только две:

  1. Аккумулятор вроде бы работает, но очень быстро разряжается.
  2. Аккумулятор сел в ноль и вообще не хочет заряжаться.

Первая ситуация: потеря емкости

В первом случае у аккумулятора упала емкость и с этим придется смириться. Полное восстановление аккумуляторов после глубокого разряда невозможно (это касается всех Li-ion аккумуляторов: 18650, 14500, 10440, аккумуляторов от мобильников и т.д.). Даже теоретически нельзя вернуть емкость литиевого аккумулятора.

Снижение емкости — абсолютно нормальный процесс. Это происходит во время каждого цикла заряда/разряда, независимо от того, насколько правильно эксплуатируется аккумулятор. Однако, если в процессе эксплуатации часто допускаются глубокие разряды или, наоборот, длительные перезаряды (более 500%), то скорость потери емкости может существенно возрасти.

Последние исследования показали, что литиевые аккумуляторы теряют свою емкость даже если вообще не эксплуатируются. Например, во время обычного хранения на складах. По данным исследований, аккумулятор теряет примерно 4-5% емкости в год.

Вторая ситуация: не хочет заряжаться

Теперь рассмотрим второй случай — аккумулятор не заряжается.

Обычно эта ситуация возникает, когда какое-либо устройство (телефон, планшет, мп3-плейер) долго лежали без дела с разряженным аккумулятором. Или если литиевые аккумулятор подвергся глубокому охлаждению.

В принципе проблем с зарядкой таких аккумуляторов быть не должно. Внутри каждого аккумулятора — между самой банкой аккумулятора и теми клеммами, которые мы видим — находится модуль защиты, который отключает банку от клемм при снижении напряжения ниже определенного порога. Внешне это проявляется как полное отсутствие напряжение на выходе аккумулятора (ноль вольт).

Читать также:  Схема подключения выключателя света с одной клавишей

На самом деле, как правило, на самой банке в этот момент напряжение составляет около 2.4-2.8 Вольта.

Все современные модули защиты устроены таким образом, что даже в случае блокировки аккумулятора от дальнейшего разряда, его все-таки можно зарядить. Это происходит благодаря паразитному диоду, встроенному в ключ на полевом транзисторе. Вот типовая схема модуля защиты аккумулятора 18650:Что можно сделать с аккумулятором 18650

Так как при глубоком разряде закрывается только транзистор FET1, а второй MOSFET при этом остается открытым (пропускает ток в обоих направлениях), то зарядный ток спокойно протекает от плюсовой клеммы батареи через FET2, паразитный диод внутри FET1 к минусовой клемме.

В случае блокировки аккумулятора по перегрузке (КЗ в нагрузке), модуль защиты также запирает транзистор FET1. Нет никакой разницы от чего сработала защита — от переразряда или от короткого замыкания. Результат один — открытый транзистор FET2 и закрытый полевик FET1.

Таким образом, при глубоком разряде плата защиты литий-ионного аккумулятора ни в коей мере не препятствует заряду аккумулятора.

Проблема лишь в том, что некоторые зарядные устройства считают себя слишком умными и когда видят, что на аккумуляторе слишком низкое напряжение (а в нашем случае оно вообще будет равно нулю), они считают, что произошла какая-то недопустимая ситуация и напрочь отказываются выдавать зарядный ток.

Это сделано исключительно в целях безопасности. Дело в том, что при внутреннем коротком замыкании аккумулятора, заряжать его становится опасно — он может сильно перегреться и вспучиться (со всякими спецэффектами вроде вытекания электролита, выдавливания крышки планшета и т.п.). В случае же обрыва внутри аккумулятора, заряжать его становится совершенно бессмысленно. Так что логика работы таких умных зарядников вполне понятна и оправдана.

О том, как обхитрить зарядку и восстановить работоспособность литиевого аккумулятора после глубокого разряда читайте далее.

Как заставить заряжаться?

По сути, восстановление литий ионных аккумуляторов после глубокого разряда сводится к тому, чтобы вернуть его в штатный режим работы. Надо понимать, что потерю емкости это никоим образом не компенсирует (это невозможно в принципе).

Чтобы все-таки заставить слишком хитрое зарядное устройство заряжать наш сильно севший аккумулятор, необходимо сделать так, чтобы напряжение на нем превысило некий порог. Как правило, достаточно 3.1-3.2 Вольта, чтобы ЗУ посчитало ситуацию штатной и разрешило зарядку.

Поднять напряжение на аккумуляторе можно только с помощью сторонней (более глупой) зарядки. В народе это называется "толкнуть" аккумулятор. Для этого достаточно просто подключить к клеммам аккумулятора внешний блок питания, ограничив при этом максимальный ток.

Для наших целей подойдет любое зарядное устройство для сотового телефона. Чаще всего современные зарядники имеют выход в виде USB-гнезда и, соответственно, выдают 5В. Нам осталось только лишь подобрать резистор, ограничивающий ток заряда.

Сопротивление резистора рассчитывается по закону Ома. Возьмем худший сценарий — на внутренней банке литий-ионного аккумулятора напряжение составляет 2.0 Вольта (померить его, не разбирая аккумулятор, мы не сможем, поэтому просто предположим, что это так).

Тогда разница между напряжением источника питания и напряжением на аккумуляторе будет составлять:

Рассчитаем сопротивление токоограничивающего резистора, чтобы ток заряда не превышал 50 мА (этого вполне достаточно для первоначального заряда и в то же время вполне безопасно):

R = 3В / 0.050А = 60 Ом

Теперь узнаем, какова мощность будет рассеиваться на этом резисторе, в случае внутреннего короткого замыкания аккумулятора (тогда на резисторе будет падать все напряжение блока питания):

P = (5В) 2 / 60 Ом = 0.42 Вт

Читать также:  Как сделать калитку из профильной трубы

Таким образом, чтобы восстановить аккумулятор 18650 после глубокого разряда, берем любой блок питания на 5В, ближайший подходящий резистор — 62 Ом (0.5Вт) и подключаем все это к аккумулятору следующим образом:Что можно сделать с аккумулятором 18650

Подойдет источник питания и на другое напряжение, достаточно будет пересчитать сопротивление и мощность ограничительного резистора. И нужно помнить, что в схемах защиты li-ion, как правило, используются полевые транзисторы с небольшим напряжением сток-исток, поэтому брать блок питания с большим выходным напряжением нежелательно.

Что можно сделать с аккумулятором 18650

Если заряд не идет (резистор не греется, а на аккумуляторе полное напряжение блока питания), то либо схема защиты ушла в совсем глубокую защиту, либо она просто вышла из строя, либо имеет место внутренний обрыв.

Тогда можно попробовать снять наружную полимерную оболочку аккумулятора и подключить нашу импровизированную зарядку напрямую к банке. Плюс к плюсу, минус к минусу. Если и в этом случае заряд не пошел, то аккумулятору кранты. Зато если пошел, то нужно дождаться пока напряжение поднимется до 3+ Вольт и дальше можно заряжать уже как обычно (штатной зарядкой).

Теперь другая ситуация — резистор, наоборот, ощутимо нагревается, но на аккумуляторе нулевое напряжение, значит где-то внутри имеется короткое замыкание. Потрошим аккумулятор, отпаиваем модуль защиты и пытаемся зарядить саму банку. Если дело пошло, значит плата защиты неисправна и подлежит замене. Впрочем, можно использовать аккумулятор из без нее.

В мае 2015 года Илон Маск представил аккумулятор Tesla Powerwall, который позволяет накапливать электричество от сети или солнечных панелей. Продукт заинтересовал любителей альтернативных источников энергии, но некоторых отпугнула его высокая цена — $3000. Кроме того, аккумулятор мог накапливать до 10 кВт*ч, то есть всего треть от ежедневного количества, необходимого для обеспечения энергией среднестатистического американского дома (в новой версии запас увеличили до 14 кВт*ч).

Тогда любители со всего мира начали сами собирать домашние аккумуляторы из старых батарей. Результат получился даже получше, чем у Tesla.

Инженеры-любители, занимающиеся сборкой домашних аккумуляторов, сформировали в сети отдельное сообщество. Они обсуждают свое хобби на специальном форуме, делятся секретами в группе в Facebook и ведут блоги на YouTube.

«Это будущее. Экологически безопасное, простое и эффективное», — сказал один из популярных на YouTube инженеров-любителей Джеху Гарсиа. Такие люди, как он, не ждут, пока крупные технологические компании представят нужное решение. Они сами решают, как будет выглядеть будущее альтернативных источников энергии.

«Наши эксперименты не только позволяют нам доверить свою повседневную жизнь устройствам, которые собрали мы сами, но и дают полностью понять, как устроена домашняя электрическая сеть. Все это очень вдохновляет», — прокомментировал еще один технологический энтузиаст Джо Уильямс.

Что можно сделать с аккумулятором 18650

Фото: Daniel Römer

Многие любители смогли собрать аккумуляторы более мощные, чем Powerwall от Tesla. Например, один из пользователей форума Diypowerwalls.com под ником Glubux сделал аккумулятор, который может накапливать до 28 кВт*ч. «Он обеспечивает энергией весь мой дом. Я даже купил электрическую печь и электросковороду, чтобы куда-то девать летом лишнюю энергию», — сказал он.

Австралийский видеоблогер Питер Мэттьюз является одной из самых важных фигур на сцене любительской сборки аккумуляторов. Именно он создал форум DIYpowerwalls.com и самую популярную группу в Facebook посвященную этому хобби. Мэттьюз собрал огромную батарею, которая может накапливать 40 кВт*ч. Энергию он собирает от 40 солнечных панелей на крыше своего дома. Собранной энергии хватает на все здание. «Я разве что только кондиционерами и водонагревателем не пользуюсь», — прокомментировал Мэттьюз.

Но самый большой аккумулятор собрал шведский инженер-любитель Дэниел Ромер — его батарея состоит из 22500 элементов и может накапливать более 100 кВт*ч, то есть в 10 раз больше, чем оригинальный аккумулятор Powerwall от Tesla. Устройство Ромера может собирать энергию и от солнечных панелей. «Система может обеспечивать мой дом электроэнергией 10 месяцев из 12», — рассказал он.

Читать также:  Как выбрать термоголовку для радиатора отопления

По словам многих любителей, их вдохновил пример Джеху Гарсиа, который является, пожалуй, самым популярным человеком в сети, занимающимся сборкой домашних аккумуляторов. Сам Гарсиа сказал, что планирует когда-нибудь собрать самый большой частный источник электроэнергии в США. Его будущее устройство сможет накапливать 1 мегаватт энергии в час.

Сначала нужно накопить старые батареи

Большинство инженеров-любителей использует для своих проектов старые литий-ионные батареи 18650. Чаще всего эти аккумуляторы в яркой оболочке можно найти в различной электронной технике, например, в ноутбуках. Самое сложное в сборке домашнего аккумулятора — найти несколько сотен или тысяч элементов электропитания от батарей 18650.

В магазине они стоят от $5 за штуку, а на eBay их цена еще выше. Если покупать новые батареи, то сборка своего аккумулятора может обойтись дороже, чем покупка готового у Tesla.

Что можно сделать с аккумулятором 18650

Именно поэтому любители собирают использованные батареи от старых ноутбуков Dell, HP, Lenovo и LG. На YouTube можно найти много роликов, показывающих, как вскрыть аккумулятор старого ноутбука и достать из него элементы питания.

На поиск старых элементов питания для сборки аккумулятора иногда уходит много времени. «Раньше мне приходилось тратить 5-6 часов в неделю, чтобы обзвонить всех знакомых, — рассказал Мэттьюз. — Иногда, чтобы забрать батареи, я был вынужден ездить за сотни километров».

Что можно сделать с аккумулятором 18650

Старые батареи ноутбуков — такая редкость, что, по словам Гарсии, в последнее время их цена на вторичном рынке начала расти. «Многие стали интересоваться сборкой собственных аккумуляторов, — сказал он. — Так что сейчас довольно трудно выгодно приобрести старые батареи».

Еще одна проблема заключается в том, что производители ноутбуков отказываются отдавать старые батареи любителям. «Батареи ноутбуков Dell предназначены только для использования с продуктами компании, мы не рекомендуем применять их в других целях», — сообщил официальный представитель Dell. Аналогичный ответ дала компания HP.

Что можно сделать с аккумулятором 18650

Фото: Jehu Garcia

А дом такой аккумулятор не спалит?

Этот вопрос инженеры-любители слышат чаще всего. В конце концов, конструкция из сотен старых литий-ионных батарей выглядит довольно опасно, ведь если ее неправильно собрать, она может загореться.

На форуме, посвященном сборке домашних аккумуляторов, есть десятки тем, посвященных вопросам безопасности. Да и на YouTube можно найти множество видеороликов, предупреждающих о том, что самодельные аккумуляторы могут быть опасны.

Что можно сделать с аккумулятором 18650

Зачастую сборкой самодельных аккумуляторов занимаются не инженеры и не электрики. Кстати, у Джеху Гарсиа тоже нет никакого специального образования в этой сфере. Любители не переживают на этот счет, но все же стараются добавить своим устройствам побольше защиты.

«В сети можно найти много роликов в духе "посмотрите, какими опасными могут быть самодельные аккумуляторы", — сказал Гарсиа. — Вот только в таких видео люди распиливают батареи пополам или направляют в них слишком огромное количество энергии».

По словам Уильямса, сначала сборка домашних аккумуляторов вызывала много негатива: люди говорили, что умельцы спалят себе квартиру своими изобретениями.

Но со временем самодельные аккумуляторы доказали, что они могут вполне безопасно сохранять электроэнергию, и отношение к ним стало более положительным. Недавно люди стали предлагать использовать специальную систему управления аккумуляторной батареей (BMS), которая в случае перегрева уведомляет владельца об опасности.

Что можно сделать с аккумулятором 18650

Фото: Daniel Römer

Все инженеры-любители говорят, что создание собственного источника альтернативной энергии полностью оправдывает все траты и риски. Их хобби не только позволило им сэкономить на оплате счетов за электроэнергию, но и помогло построить целое сообщество единомышленников.

Оставить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *