Литий-йонная аккумуляторная батарея для питания велофары

Для питания хорошего и мощного велосвета нужна хорошая и ёмкая аккумуляторная батарея. Именно аккумуляторная, так как смотреть в сторону первичных химических источников токов (ХИТ) в этом случае крайне глупо. А если выбирать из типов химической реакции, протекающей внутри аккумулятора, то, несомненно, лучшим выбором будет литий-йонный. Это утверждение доказывается и теоретическими расчётами, которые я публиковал раньше, и практическими изделиями: не секрет, что подавляющее большинство светодиодных фонарей питаются Li-ion аккумуляторами. А самый популярный из Li-ion - это цилиндрический элемент 18650 (например такие).

Как правило, китайские велофары питаются напряжением 8,4 В, что соответствует максимально возможному напряжению последовательно подключённых двух банок Li-ion аккумулятора. Для увеличения ёмкости параллельно имеющимся элементам подключают дополнительные литиевые "банки", при этом ёмкость батареи возрастает в соответствующее количество раз. Но параллелить "банки" - не самое лучшее решение, так как для долгой и качественной работы всей батареи надо подбирать элементы по параметрам. Иначе, при разрядке "банка" с меньшим внутренним сопротивлением будет отдавать бóльший ток и, следовательно, разряжаться быстрее. Её соседка с бóльшим внутренним сопротивлением будет недодавать накопленную энергию.

Кроме того, я собирался использовать фару с большим количеством светодиодов, а для их питания от низковольтной батареи нужно было использовать повышающий драйвер, который имеет меньший КПД, по отношению к понижающему. Именно поэтому я решил питать свою бортовую электронику от 4-баночной литиевой батареи.

 Теперь встаёт вопрос: где разместить готовую батарею? Использовать какие-то контейнеры и чехлы закреплённые на раме или в межрамной сумке мне не хотелось. Во-первых, из-за того, что там и так нет места, а во-вторых - у меня на велосипеде есть две большие "естественные" полости: подседельная труба и труба консольного багажника. Батареи в этих полостях полностью защищены от ударов и механических повреждений. Запас по габаритам большой, поэтому можно не волноваться что батареи будет трудно установить или вытащить.

 Чтобы батарея долго работала и не теряла ёмкость, её надо постоянно балансировать, как моделисты свои липольки. Для этого я вывел на разъём не только плюс и минус, но и промежуточные полюса батареи. Для питания фары достаточно двух (или четырёх) контактов: плюс батареи и минус. А вот при зарядке аккумулятора потребуются все контакты.

В качестве разъёма питания я использовал 7-контактный РМ. Это разъём советского производства, делались они на "военку" поэтому уж в них то всё продумано и они надёжны, что мне и надо. Для 4-баночной батареи достаточно было 5-контактного разъёма, но их я не нашёл, а вот 7-контакных был определённый запас.

 Итак, что нам потребуется для изготовления батареи:
аккумуляторы 18650 - 4 шт;
разъём 2РМ18БПН7Г1В1 это для самой батареи (лучше конечно взять не блочную розетку, а на кабель - 2РМ18КПН7Г1В1, но у меня такого не нашлось, а покупать отдельно жаба душила, тем более в багажник она влезала и с фланцем, а для подседельной трубы я фланец сточил);
чтобы к нему подключиться нужна ответная часть 2РМ18КПН7Ш1В1 (параметры и расшифровку названия этих разъёмов можно посмотреть в каталоге файлов);
медная фольга для спайки банок между собой (хотя можно обойтись и обычным медным проводом, просто фольгой удобнее;
медный провод для подключения батареи к разъёму (я использовал МГТФ 0,35);
термоусадочная трубка для изоляции контактов разъёма и упаковки самой батареи.

 Первым делом подпаиваем провода к разъёму согласно схеме. Ни в коем случае нельзя сначала припаивать провода к батареи. Свободно болтающиеся концы могут перемкнуться между собой и в лучшем случае мы получим неисправную батарею, а в худшем - пожар или взрыв литиевых аккумуляторов. Поэтому лучше перестраховаться и не рисковать своим здоровьем.

 Дальше спаиваем аккумуляторы между собой. Чтобы пайка была качественной, нужно использовать паяльник мощностью не ниже 40 Вт и температурой жала 300...320 °С. В качестве флюса использовал ТАГС, это активный флюс, содержащий кислоту, поэтому после пайки место надо промыть спиртом, иначе рискуем лишиться этой самой пайки по прошествии некоторого времени. Сначала следует залудить место пайки на аккумуляторе, и нанести на это место толстый слой припоя (~ 1 мм). Время контакта жала паяльника с поверхностью аккумулятора следует минимизировать чтобы не перегреть его (не более 2...3 с). Если не получается залудить за такое короткое время, то надо либо взять паяльник помощнее, либо увеличить температуру жала. Лудить медную фольгу не обязательно, достаточно нанести на неё флюс, прислонить этой стороной к залуженному месту на аккумуляторе и придавить горячим паяльником к месту пайки.

 После спаивания двух аккумуляторов, к фольге подпаиваем соответствующий провод от разъёма. В конечном счёте получается вот такая конструкция. Так как я взял 7-контактный разъём вместо 5-контактного, то на каждый из полюсов батареи приходиться по два контакта в разъёме. Провода на эти контакты тоже разные, что, на мой взгляд, увеличивает надёжность всего изделия.

 Так как разъём считается не герметичным, то надо по возможности максимально снизить вероятность попадания влаги на оголённые токоведущие элементы. Я для этого использовал силиконовый герметик. Только ни в коем случае не применяйте для этих целей герметик с ацетатной системой полимеризации (пахнет уксусом). Я использовал нейтральный прозрачный (хотя цвет тут играет самую последнюю роль). Надо нанести немного герметика на разъём и отходящие от него провода так, чтобы он заполнил все пустоты и оставить затвердевать часов на 10, а лучше на сутки. Герметик быстро схватывается в тонком слое, а вот в толще долго остаётся мягким, поэтому чем больше времени его не беспокоят, тем лучше герметизация разъёма.

 В связи с тем, что корпусом служат рама или консольный багажник, то всю батарею достаточно защитить от влаги. Просто запаковываем её в термоусадочную трубку подходящих размеров. Лучший вариант: это термоусадка с коэффициентом усаживания 3х или 4х и клеевым слоем, вроде таких. В этом случае можно взять трубку диаметром 39 мм (для 3х) или 52 мм (для 4х), после усадки толщина стенок будет больше 1 мм и отдельные элементы будут склеены внутренним клеевым слоем в жесткую конструкцию. Для такой конструкции и корпуса не надо. У меня не было такой трубки, а заказывать и ждать не хотелось, поэтому я купил имеющуюся в магазине дешёвую китайщину диаметром 25 мм. Впрочем, она тоже неплоха. Длина трубки должна быть на пару сантиметров больше длины всей батареи от фланца разъёма до самого крайнего элемента.

 Начинать усаживать надо с противоположной стороны от разъёма. После разогрева и усадки свободного конца трубки, убираем нагрев, а трубку сильно сжимаем пассатижами. Сжатые края трубки сплавляются между собой, в результате получается герметичный и прочный чехол для нашей батареи.

 Усаживаем трубку до конца. Для упаковки разъёма с фланцем понадобиться термоусадка бóльшего диаметра. Впрочем, даже если фланец сточен или используется разъём на кабель, то в этом месте следует добавить небольшой кусок трубки для придания всей конструкции жесткости. В этом случае наличие внутреннего клеевого слоя не то что приветствуется, а даже в определённой степени необходимо. Поэтому я намазал поверхность батареи, которая должна была быть покрыта этим куском термоусадки тонким слоем эластичного клея DONE DEAL, выждал около 5-и минут, надел кусок трубки и усадил его.

 В результате получилось что-то вроде этого. Батарея с разъёмом без фланца обёрнута в пузырчатую плёнку чтобы не гремела при езде. Надо бы сделать кольца из жесткого поролона или пористой резины, но всё никак не найду подходящего материала.

В результате получилась батарея "ёмкостью" 2 А*ч и напряжением 14,8 В что составляет около 30 Вт*ч энергии.

 Теперь немного об ответной части разъёма. Из-за того, что батареи располагаются на значительном удалении от основного и самого мощного потребителя электроэнергии - фары, я решил увеличить сечение провода. Провод сечением 0,75 мм² самое то. Жилы каждого провода разделил на две равные части, сформировал из них небольшую вилку и запаял на клеммы разъёма. Таким образом каждый провод отходящего кабеля запаян сразу на две клеммы разъёма.

 Так же как и разъём батареи, этот разъём тоже следует герметизировать. В этом случае я использовал силиконовый герметик "Жидкая прокладка" так как он более текучий по сравнению с прозрачным нейтральным.

Две батареи сделал для использования в длительных походах: когда одна разряжается, вторая заряжается от динамовтулки. Для покатушек и поездок на работу / с работы достаточно одной, поэтому подседельная труба пустует...

 ...хотя провода туда заходят и разъём для подключения батареи установлен.

Данные батареи используются мной уже около полутора лет, причем как правило в осенне-зимний период. Отказов не было, падение ёмкости не измерял, а так как ёмкости батареи хватает на неделю поездок на работу / с работы (40 мин * 5 дней = 3 ч 20 мин) и там ещё остаётся энергия, то визуально потеря ёмкости не ощущается.