Сборка батареи для электровелосипеда в корпусе Silver Fish

К нам принесли в ремонт батарею, которая использовалась на электровелосипеде с мощностью двигателя в 500Вт. На ее примере подробно расскажем как разобрать, диагностировать отремонтировать и собрать новую Li-Ion батарею для электровелосипеда в типовом, широко-распространенном корпусе Silver Fish.




Обычно батарея в таком корпусе крепится на раму велосипеда под седлом.



Корпус батареи представляет собой алюминиевый бокс с пластиковыми крышками.






На нижней установлен основной разъем для питания двигателя электровелосипеда, а на верхней расположены индикатор уровня заряда, предохранитель, разъем для подключения зарядного устройства и замок зажигания.





Корпус имеет механизм позволяющий быстро и без дополнительных усилий устанавливать и отсоединять батарею от рамы велосипеда. При этом, в положении ключа “LOCK”, батарея фиксируется на раме без возможности снятия.
Высота корпусов Silver Fish может быть различной. Но наиболее распространенным значением является 390мм. При этом размер металлической части корпуса, который и является местом установки батареи, равен 285мм.



Корпус, в нашем случае, имел высоту 450мм. Длина алюминиевой трубы составляла 355мм.

Попавшая к нам батарея была неисправна. Мультиметр, при замере напряжения на основном разъеме, показывал около 31В, что близко к нижнему напряжению для батареи с номинальным напряжением 36-37В, но не критично. Вроде бы все в порядке. Но при попытке зарядить батарею или подключить ее к нагрузке – результат был нулевой. Индикатор уровня заряда тоже ничего не показывал. Приступаем к разбору.

Диагностика.

Снимаем с корпуса верхнюю и нижнюю пластиковые крышки, которые держатся на четырех винтах. Батарея в корпусе была зафиксирована термоклеем, который, конечно же, давно перестал выполнять свою функцию и просто лежал ошметками внутри корпуса. Вытаскиваем батарею.







На первый взгляд все выглядит нормально. Батарея не имеет внешних механических повреждений. Пайка не аккуратная, но ничего нигде не отваливается. Размер оригинальной батареи составляет 390 х 94 х 69мм

Вскрываем батарею.

Под термоусадочной пленкой находится корпус из стеклотекстолита. Внутри располагаются непосредственно ячейки и миниатюрная плата защиты. Примечательно, что часто такие корпуса продаются на Aliexpress в комплекте с пластиковыми холдерами и сварочной лентой для самостоятельной сборки батареи. Здесь же ячейки были просто склеены друг с другом по торцам батарей без дополнительной фиксации внутри рядов.






В батарее установлены 80 ячеек типоразмера 18650. Модель установленных ячеек: inr18650phh-15l. Производитель не указан. Электрическая конфигурация батареи: 10S8P, т.е. 10 последовательно-соединенных рядов в каждом из которых 8 параллельно-соединенных аккумуляторов 18650.


Точных данных о параметрах для ячеек inr18650phh-15l найти не удалось, но, вероятнее всего, емкость ячейки должна была составлять что-то около 1500мАч. При 8 аккумуляторах в параллель емкость старой батареи должна была равняться примерно 12Ач.

Замеряем напряжения на ячейках. На всех рядах около 3,3В кроме одного, на котором примерно 1В.

Снимаем упаковку из картона и видим причину неисправности: несколько ячеек покрыты коррозией. Сварочная лента в этих местах не держится. Корпус ячеек корродирован.





По утверждению владельца, в нижнюю часть батареи могла попасть влага. Это могло стать причиной выхода аккумулятора из-строя.

Плата BMS располагается в верхней, противоположной от поврежденной части, батареи и внешних следов воздействия влаги не имеет. Мы ее проверим, и, вполне возможно, плата защиты окажется исправной, но было принято решение собирать батарею с использованием новой платы защиты в которую встроена функция балансира.

Выбор ячеек для сборки новой батареи.

На момент написания статьи с выбором качественных Li-Ion аккумуляторов сложились определенные проблемы: хороших брендовых ячеек просто нет. По информации от наших поставщиков множество заводов-производителей Li-Ion аккумуляторов таких компаний как LG и SAMSUNG были переориентированы с потребительского рынка на нужды автомобилестроения. Как результат – огромный дефицит и резкое повышение стоимости ячеек. Поэтому в настоящий момент собирать батарею из ячеек известных производителей становится неоправданно дорого.

Как альтернативу, можно рассматривать ячейки крупных китайских производителей таких как BAK, DLG, SINOWATT, SAFD. Эти компании работают уже очень давно на рынке, и их продукция имеет стабильное качество. Аккумуляторы этих фирм соответствуют своим техническим характеристикам, заявленным в официальной документации. И стоимость таких аккумуляторов, по сравнению с продукцией более известных корейских и японских брендов, гораздо более привлекательна, что особенно важно в текущей экономической ситуации.
Нам надо было выбрать ячейки, чтобы итоговая емкость батареи получилась не меньше, а лучше чуть больше той, что была изначально.

Исходя из размеров корпуса, в который комфортно помещаются в ряд 5 аккумуляторов 18650, прикидываем, что в данном размере наиболее удобно будет собирать батарею 10S5P. Т.е. емкость батареи будет в 5 раз больше емкости одной ячейки.
При номинальном напряжении батареи в 36В и мощности двигателя не более 500Вт, максимальны ток потребления будет примерно равен:

500Вт / 36В = 13,8А

При пяти параллельно-соединенных аккумуляторах, ток, протекающий через каждый из них, составит:

13,8А / 5 = 2,78А

Т.е. нам не обязательно при такой конфигурации использовать высокотоковые ячейки. Ток в 2,8А допустим для широкого ассортимента ячеек 18650 стандартной мощности, не вызывая при разряде ни чрезмерного падения напряжения, ни нагрева.

В результате были выбраны ячейки DLG INR18650-320 с емкостью 3100мАч и максимальным током разряда 6,4А.



Li-Ion аккумуляторы DLG хорошо отбираются, имеют стабильные показатели внутреннего сопротивления и напряжения среди аккумуляторов в партии, металл корпуса и плюсового контакта толстый, варится хорошо.

BMS была выбрана модели HCX-D150 37В с током разряда до 15А. Это симметричная BMS, разряжается и заряжается через одни и те же контакты, оснащена функцией балансира.



В более мощных моделях электровелосипедов с двигателем до 1000Вт можно применить BMS модели HCX-D132. Она уже допускает максимальный ток до 25А, оснащена радиатором и термореле, отключающим батарею при нагреве до 60°С.

Сборка.

Как мы и говорили, отбираются ячейки DLG INR18650-320 хорошо. Все имеют минимальный разброс по внутреннему сопротивлению, которое равно примерно 32мОм.


Далее склейка. Для надежности склеиваем ряды по 5 аккумуляторов а уже 10 таких рядов склеиваем между собой в батарею. Между последовательно-соединяемыми рядами прокладываем электроизоляционный картон с двусторонним клеевым слоем. Это исключит взаимное перемещение аккумуляторов между собой в батарее и повысит надежность.





Сварку ячеек производим с использованием преформованной никелевой ленты 18,5х2P-0,15. Такой вариант надежнее и удобнее, чем использовать одинарные полоски ленты.

Все электрические контакты закрываем изоляторами.
Устанавливаем плату защиты.







Далее мы решили несколько отойти от конструкции оригинала. В штатной батарее часть проводов была пропущена поверх корпуса. В результате батарея имела неопрятный вид да и провода свободно болтающиеся по всей длине внутри металлического корпуса не являются верхом надежности. Кроме того, для отключения и демонтажа батарейного блока из корпуса приходилось прибегать к пайке, что тоже не очень удобно. Поэтому мы решили все провода спрятать внутрь батареи а все соединения сделать на силовых разъемах AMASS.
Поэтому коммутация проводов несколько усложнилась.





После этого проводим тестирование батареи электровелосипеда на соответствие параметрам максимальной мощности и емкости.

Далее упаковываем батарею в стеклотекстолит и усаживаем в терморукав.

На основной силовой разъем корпуса аккумулятора и на замок зажигания устанавливаем разъемы AMASS XT60, рассчитанные на продолжительный ток до 30А, а на соединение с разъемом зарядного устройства – AMASS XT30 у которого продолжительный допустимый ток равен 15А. Но в нашем случае заряд батареи не предполагается током более 5А.

Все соединения маркируем специальными информационными табличками.







Батарейный блок получился значительно легче и компактнее оригинально за счет применения ячеек с более высокой емкостью.





На элементы корпуса Silver Fish устанавливаем ответные части разъемов.






Устанавливаем батарею в алюминиевый корпус. Мы не будем фиксировать ее термоклеем так как это бессмысленно – он отвалится от металла корпуса при первой-же поездке. Да и размеры батареи были выполнены таким образом, что входит она в металлический корпус с усилием, исключая какую-либо подвижку.



Для фиксации батареи в корпусе по высоте, используем кусок вспененного полиэтилена соответствующего размера.




Соединяем электрические разъемы.




Индикатор работает!
Все, корпус можно собирать.





Наша батарея готова.



Посмотреть на стоимость аналогичных батарейных блоков (как с комплектом разъемов, так и просто с проводами под пайку) для аккумулятора электровелосипеда в корпусе Silver Fish вы можете в нашем каталоге. Также вы можете предоставить нам вашу батарею в корпусе в сборе для замены батарейного блока «под ключ» нашими сотрудниками