Сборка батарейного блока из LiFePO4 ячеек: BMS, балансировка, клеммы и сварка

Сборка батарейного блока из LiFePO4 ячеек требует точного подбора BMS, правильной балансировки, качественных клемм и шин, а также контроля качества сварки. Ошибки на любом этапе приводят к неравномерной работе ячеек, перегреву, преждевременной деградации или даже возгоранию. Ниже — пошаговое руководство по ключевым аспектам сборки для обеспечения безопасности и ресурса батареи.

Выбор BMS

• По напряжению и току

BMS подбирают по количеству ячеек в серии: 4S (12.8V), 8S (25.6V), 16S (51.2V) и т.д. Важно, чтобы BMS точно отслеживал напряжение каждой ячейки и поддерживал правильные пороги отсечки.

• Непрерывный и пиковый ток

Непрерывный ток BMS должен превышать максимальный рабочий ток батареи на 20–30%, пиковый — на 50–100%. Для 100Ah 16S при 1C (100A) нужен BMS минимум 120–150A непрерывный, 200–300A пиковый.

• Активная vs пассивная балансировка

Пассивная балансировка BMS (до 100–200 мА) подходит для медленного выравнивания, активная (500 мА–2A) — для быстрой балансировки крупных сборок. Для 16S 100Ah+ рекомендуют активную балансировку или отдельный балансир.

Рекомендуемые модели

• Дальше JK BMS (активная балансировка, Bluetooth, 100–300A)
• Daly BMS (надёжные, недорогие, пассивная балансировка)
• Jiabaida (JBD) (Bluetooth, хорошая совместимость с LiFePO4)

Напряжения ячейки и отсечки BMS

• Полностью заряженная: 3.65V на ячейку
• Полностью разряженная: 2.5V (рекомендуют отсечку 2.8–3.0V для ресурса)
• Рабочий диапазон: 2.8–3.6V (оптимальная зона стабильности)

BMS должен отключать заряд при >3.65V и разряд при <2.5V на любой ячейке, с гистерезисом 0.05–0.1V для предотвращения "дребезга".

Последовательное и параллельное соединение

• Правила подбора ячеек

Ячейки в одной сборке должны иметь одинаковую ёмкость (±3–5%), внутреннее сопротивление (±20%) и одну партию производства. Разница в возрасте/марках >6 месяцев недопустима.

• Схемы соединения

nS — только последовательное (ёмкость не меняется, напряжение ×n)

nP — только параллельное (ёмкость ×n, напряжение то же)

nSnP — комбинированное (16S4P = 51.2V, 400Ah при 100Ah ячейках)

• Риски смешивания

Разные ёмкости приводят к переразряду слабых ячеек, разные IR — к перегреву сильных. Смешивание марок/партий даёт дисбаланс <10 циклов.

Балансировка

• Зачем и как часто

Балансировка выравнивает напряжения ячеек, предотвращая перезаряд/переразряд. Проверять каждые 10–20 циклов или при разбалансе >30–50 мВ между ячейками.

• Активные балансиры vs BMS

Встроенная балансировка BMS (50–200 мА) медленная, активные балансиры (0.5–2A) справляются за часы. Для крупных сборок (16S+) рекомендуют отдельный Heltec/QNBBM активный балансир.

• Клеммы и резьба

Материал шпилек — медь или никелированная латунь. Перетяжка (>8 Н·м) деформирует контактную площадку, недотянутая гайка — плохой контакт и нагрев.

Перемычки (шины) при токе 1C

• Никелевая лента

Малые токи (<50A): 0.2 мм × 10–15 мм

1C (100A+): 0.3 мм × 20–30 мм, 2 слоя

• Медные шины

Сечение ~1 мм² на 10A (100A = 10 мм²). Ширина 20–40 мм, толщина 2–4 мм. Никелированное покрытие обязательно для защиты от окисления.

Сварка платформ (пинов)

• Методы сварки

Точечная контактная сварка (3–6 кА, 10–30 мс на точку) или ультразвуковая. Профессиональная сварка предпочтительнее ручной.

• Параметры и контроль

Никель: 0.2–0.3 мм

Медь: 0.15–0.3 мм

Сопротивление точки: <0.5 мОм

Просвет после сварки: <0.1 мм

Перегрев (>100°C) повреждает SEI-слои ячейки. 2–4 точки сварки на pin, расстояние 3–5 мм между точками.

Прочность клемм и альтернативы

Шпильки крепят к корпусу клеем/резьбой. При вибрации (авто, лодка) обязательны фиксаторы резьбы. Покрытие площадок — никель/олово для защиты от коррозии.

Готовые сварные сборки от поставщика (busbar + балансировочные провода) экономят время и снижают риски для крупных проектов.

Хранение ячеек до сборки

• SOC: 40–60% (3.25–3.35V)
• Температура: 15–25°C
• Проверка: каждые 3–6 месяцев (±0.01V)

Проблема: BMS не заряжает батарею

Причины

• Переразряд ячеек (<2.0V)
• Дисбаланс >0.1V между ячейками
• Короткое замыкание в цепи балансировки
• Неисправность датчиков BMS

Как "разбудить"

1. Измерить напряжения всех ячеек мультиметром
2. Подзарядить слабые ячейки отдельно (0.5A до 3.3V)
3. Выровнять напряжения (±20 мВ)
4. Сбросить BMS (отключить 10–30 мин)
5. Проверить провода балансировки

Правильная сборка LiFePO4 батареи — это точный подбор BMS, качественные соединения и обязательная балансировка ячеек. Соблюдение этих требований обеспечивает безопасность, стабильную работу и максимальный ресурс аккумуляторного блока.