Аккумулятор для электровелосипеда, самоката или инструмента собирается из одинаковых ячеек: часть соединяется последовательно - так набирается напряжение, часть параллельно - так набирается ёмкость и ток. Записывается это коротко: 13S4P - 13 групп последовательно, в каждой 4 ячейки параллельно.
Калькулятор ниже считает сборку тремя способами:
- по требованиям - вводите напряжение, ёмкость и мощность двигателя, он подбирает S и P;
- вручную - задаёте S и P сами и смотрите, что получится;
- раскладка - сколько места займёт пакет в ряд, в несколько рядов и слоёв, в холдерах и без, а призматические ячейки - стопкой со стяжкой;
- эксплуатация - запас хода, время работы, зарядка, плата BMS и сечение провода.
Данные ячейки подставляются из справочника, но все поля можно поправить под свою партию по даташиту.
Посчитать сборку
Здесь приведены типовые значения. Собираем мы не обязательно на таких элементах - ячейки подбираются под задачу.
| Ячейка | Номинал, В | Заряд, В | Разряд, В | мА·ч | Макс. ток, А | Масса, г | Размер, мм |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 18650 Samsung 30Q Высокотоковая 18650: держит большой ток, выручает, когда места под параллельные мало. |
3,6 | 4,2 | 2,5 | 3000 | 15 | 46 | 18,4 × 65 |
| 18650 LG MJ1 Ёмкая, ток небольшой: при запасе по току вдвое параллельных понадобится больше, зато и запас хода больше. |
3,6 | 4,2 | 2,5 | 3500 | 10 | 47 | 18,4 × 65 |
| 21700 Samsung 40T | 3,6 | 4,2 | 2,5 | 4000 | 35 | 67 | 21,1 × 70 |
| 21700 Molicel P42A | 3,6 | 4,2 | 2,5 | 4200 | 45 | 67 | 21,1 × 70 |
| 18650 Tesla Model S/X (с разборки) Panasonic с разборки электромобиля. Ток ниже, чем у высокотоковых ячеек, но при запасе по току вдвое это не мешает. Такие ячейки медленнее деградируют и меньше разбалансируются - поэтому их и ставят в электромобили. |
3,6 | 4,2 | 2,5 | 3100 | 6 | 46 | 18,4 × 65 |
| 21700 Tesla Model 3/Y (с разборки) Panasonic 2170 с разборки электромобиля. Ёмкие; ток ниже, чем у высокотоковых, но при запасе по току вдвое служат дольше и меньше разбалансируются. |
3,6 | 4,2 | 2,5 | 4800 | 10 | 69 | 21,1 × 70 |
| 26650 LiFePO4 A123 Литий-железо-фосфат: ниже напряжение, зато тысячи циклов и спокойнее при перегреве. |
3,3 | 3,6 | 2 | 2500 | 50 | 76 | 26 × 65 |
| 32700 LiFePO4 Типовая большая LiFePO4, данные сильно разнятся у производителей. |
3,2 | 3,65 | 2,5 | 6000 | 18 | 140 | 32,2 × 70,5 |
| LiFePO4 EVE LF50K (призма) Призматическая LiFePO4: тысячи циклов, спокойна при перегреве. Максимальный длительный ток около 1C. Ставится стопкой со стяжкой. |
3,2 | 3,65 | 2,5 | 50000 | 50 | 1050 | 135 × 29 × 185 |
| LiFePO4 EVE LF105 (призма) Призматическая LiFePO4 на 105 А·ч: лодки, кемпинг, солнечные станции. Длительный ток около 1C. Ставится стопкой со стяжкой. |
3,2 | 3,65 | 2,5 | 105000 | 105 | 1980 | 130 × 36 × 200 |
| LiFePO4 EVE LF280K (призма) Большая призма на 280 А·ч для станций и накопителей: параллель обычно не нужна, одна ячейка на группу. |
3,2 | 3,65 | 2,5 | 280000 | 280 | 5490 | 174 × 72 × 207 |
| NiMH AA Никель-металлгидрид, пальчиковая: пакеты для инструмента и старой техники. |
1,2 | 1,45 | 1 | 2000 | 4 | 27 | 14,5 × 50,5 |
S = нужное напряжение ÷ номинал ячейки (48 В ÷ 3,6 В ≈ 13).
P = нужная ёмкость ÷ ёмкость ячейки, с округлением вверх (12 А·ч ÷ 3 А·ч = 4).
Ток = мощность ÷ напряжение пакета; ток на одну ячейку = ток ÷ P, и он должен быть заметно меньше её максимального.
Вт·ч = номинал пакета × ёмкость в А·ч.
Калькулятор сборки пакета АКБ - ANY.BY, сборка и восстановление аккумуляторов
Напряжение: сколько ячеек последовательно (S)
При последовательном соединении напряжения ячеек складываются. У литий-ионной ячейки три числа: номинал 3,6 В - по нему считают и подписывают пакет, полный заряд 4,2 В и полный разряд около 2,5 В. Пакет 13S на номинале даёт 46,8 В - это и есть «48-вольтовый» аккумулятор, заряжается он до 54,6 В, а BMS отключает его около 32,5 В.
Поэтому калькулятор показывает не одно S, а соседние варианты: контроллер двигателя рассчитан на свой диапазон, и важно, чтобы в него попадало и заряженное, и разряженное напряжение.
Ёмкость: сколько ячеек параллельно (P)
Параллельно соединённые ячейки складывают ёмкость и ток, напряжение остаётся как у одной. Четыре ячейки по 3 А·ч в параллель - 12 А·ч. Округляем только вверх: если нужно 10 А·ч, трёх ячеек по 3 А·ч не хватит, ставим четыре.
Энергию пакета показывают ватт-часы: номинал × ёмкость. 13S4P из ячеек на 3 А·ч - 46,8 В × 12 А·ч ≈ 562 Вт·ч. Подробнее, почему сравнивать надо именно Вт·ч, - в статье про мА·ч и реальную ёмкость.
Мощность двигателя и ток: почему норма - половина максимума
Ток пакета - мощность, делённая на напряжение: мотор 1000 Вт на 48 В тянет около 21 А. Этот ток делится между параллельными ячейками. Минимум по P - когда каждая ячейка отдаёт свой максимальный ток из даташита. Так работать будет, но ячейки греются, теряют ёмкость и выходят из строя за сотни циклов вместо тысяч.
Норма - когда на ячейку приходится не больше половины максимума. Шкала в калькуляторе показывает, где ваше P между этими точками: красное - на пределе, жёлтое - компромисс, зелёное - ячейки работают бережно. Учтите, что контроллер на разгоне берёт больше номинала мотора: если в паспорте указан пиковый ток, считайте по нему.
Раскладка: почему вплотную - плохая идея
Ячейки под нагрузкой греются. Стоят вплотную - греют друг друга, а средние ряды не охлаждаются совсем. Отсюда неравномерный износ, вздутие и в худшем случае тепловой разгон ячейки и пожар. Холдеры дают зазор 1,5-2 мм и держат ячейки на месте при тряске; печатные холдеры позволяют сделать пакет под свой корпус.
Шахматка - соседние ряды сдвинуты на половину ячейки - экономит ширину. С просветом это нормальный вариант, без просвета - самый горячий из всех. Зазоры и запас по высоте на холдеры меняются в настройках раскладки.
Призматические LiFePO4
Для лодок, кемпинга и солнечных станций часто берут не цилиндры, а призматические ячейки LiFePO4 - плоские «кирпичи» на 50-300 А·ч. Напряжение у них ниже: номинал 3,2 В, заряд 3,65 В, поэтому на те же 12 В нужно 4 ячейки, а на 48 В - 16. Зато тысячи циклов и спокойное поведение при перегреве.
Ставят их стопкой широкими гранями друг к другу и обязательно стягивают торцевыми пластинами: без стяжки LiFePO4 вздуваются и теряют ресурс. Калькулятор считает такую стопку с прокладками и пластинами - выберите призму в справочнике.
Запас хода, зарядка, BMS и провод
Запас хода калькулятор оценивает по мощности мотора: при обычной езде мотор 250 Вт тратит около 10 Вт·ч на километр, 1000 Вт - около 20, 3000 Вт - около 45. Энергия пакета с потерями около 10% делится на этот расход, и калькулятор пишет вилку «до 26-39 км»: нижнее число - обычная езда, верхнее - спокойная. Тяжёлый ездок, горки, мороз и езда на полной мощности дают меньше, бывает в разы.
Зарядка. Зарядное устройство выбирается на полное напряжение пакета. Бережный ток - половина ёмкости в амперах: пакет на 12 А·ч заряжается током 6 А от двух с половиной часов.
BMS берут с запасом по току: ток нагрузки плюс 30%, до ближайшего ходового номинала. Проводов балансировки на один больше, чем групп: 13S - 14 проводов.
Силовой провод - по току нагрузки. Калькулятор даёт ориентир для коротких выводов пакета в силиконовой изоляции; для длинной линии берите на шаг толще.
Справочник ячеек - ориентир, а не паспорт
Данные в справочнике типовые. Партии отличаются, а на маркетплейсах хватает перемаркированных ячеек с придуманной ёмкостью. Для сборки берите ячейки одной партии, проверяйте ёмкость и внутреннее сопротивление каждой и подставляйте в калькулятор свои цифры.
Калькулятор на ваш сайт
Этот калькулятор можно бесплатно поставить на свой сайт - код для вставки и условия. Две строки кода, калькулятор работает с нашего сервера и обновляется сам.
Собираем и восстанавливаем аккумуляторы: электровелосипеды, самокаты, инструмент, ноутбуки. Подберём ячейки под нагрузку, сварим, поставим BMS. Сборка и восстановление аккумуляторов.