Дроны, РЭБ, бытовая техника: как сделать аккумулятор своими руками и стоит ли оно того

Во время войны в Украине уже неоднократно возникали проблемы с электроэнергией, когда людей спасали альтернативные источники энергии различных типов, такие как аккумуляторы. Кроме того, они сейчас очень нужны украинским военным для питания дронов, средств радиоэлектронной борьбы, средств связи и другого оборудования на поле боя.

Фокус пообщался с Павлом Есипом основателем и директором проекта Pawell Battery, который производит и ремонтирует батареи для защитников Украины. Мы пообщались о том, стоит ли украинцам самостоятельно собирать аккумуляторы, что для этого нужно иметь, насколько это выгодно, какие возникают проблемы и как их не допустить.

Насколько сложно сделать аккумулятор своими руками, сколько времени это занимает и что нужно иметь?

Здесь надо отметить, что речь идет о сборке аккумулятора из готовых элементов, которые изготавливают известные производители. В этом случае нужно иметь технические знания, как соединять эти аккумуляторы, понимать параллельное последовательное соединение элементов, знать правила техники безопасности. Когда это не один-два элемента, а когда их большое количество, и структура является достаточно большой, то любая ошибка может привести к нежелательным последствиям, возгоранию, выходу из строя каких-то других ячеек.

Нужно понимание построения сборок типа 12S или 6P и других, которые имеют большое количество последовательных элементов и большое количество параллельных элементов, то есть на это нужно обращать внимание, иметь некоторый предварительный бэкграунд. Если решить сегодня: "Я хочу складывать аккумуляторы", то вероятность действительно собрать эти аккумуляторы вечером не очень высока.

Какие элементы лучше выбирать и почему? Слышал, что обычно очень хвалят ячейки от Samsung, Panasonic. Возможно, стоит присмотреться еще к каким-то другим?

Конечно, лучше всего, отдать предпочтение известным производителям, которые ответственно подходят к изготовлению качественных элементов и которые дорожат своим именем. Стоит обратить внимание на элементы Molicel, опять же Samsung, разных версий: классические 40T или 50S, которые имеют на 19% большую емкость и могут обеспечить более долгий полет дрона, соответственно, выполнение миссий на большем расстоянии или, если это касается ретрансляторов, то дольше зависания в воздухе.

Расскажите, пожалуйста, какие инструменты нужны, какие лучше выбирать?

Когда идет речь с о сборе аккумуляторов, нужно запастись достаточно большим перечнем оборудования, инструментов, которое поможет качественно собрать аккумулятор. В первую очередь, это конечно мультиметр для измерения сопротивления, напряжения, и также желательно, чтобы еще был специальный мультиметр, способный измерять сопротивление каждого элемента. Собирать аккумулятор из многих разных элементов, не измеряя его сопротивления, может быть очень опасно для дальнейшей эксплуатации. Поэтому каждый элемент аккумуляторной батареи, каждая ячейка должны быть подобраны максимально близко по сопротивлению.

Можно сделать сравнение с колесами авто — чтобы авто ехало, нужно, чтобы колеса были одинакового размера, с одинаковым давлением, и качественно одинаковые, потому что если одно будет больше, одно меньше, это негативно повлияет на езду авто, то же касается и элементов из которых составлен аккумулятор. Когда мы уже подобрали эти все элементы, дальше стоит вопрос их соединения, и здесь есть несколько вариантов. Это может быть специальная точечная сварка высокого тока, которая обеспечит качественную приварку никелевых или медных лент к элементам. Как вариант, можно использовать микроимпульсную сварку, она является более опасной, а также можно специальную лазерную сварку для более надежного соединения элементов.

Кроме того, для изготовления аккумулятора надо еще специальное зарядное устройство, которое работает конкретно с аккумуляторами. Это не обычная зарядка, а специализированное устройство, которое одновременно и заряжает всю батарею, и также поэлементно контролирует заряд каждого элемента или группы элементов в этом аккумуляторе для того, чтобы зарядить его правильно и не было перекоса напряжений в аккумуляторе.

Если идет сборка специализированных больших аккумуляторов, то там также могут использоваться BMS-платы — это так называемые платы управления батареей. Это такой маленький компьютер, он вставляется в саму батарею и помогает правильно распределять заряд в момент зарядки и также равномерно разряжать аккумулятор, это защищает его от возгорания, от выхода каких-то элементов из строя, и продлевает срок службы.

Если вы видели, то все аккумуляторы собственной сборки поставляются в такой синей черной вроде бы пленке. Это так называемая термоусадочная пленка, и ее можно усаживать, нагревая промышленным феном — она будет стягиваться. Или, если большая производительность изготовления АКБ, то надо иметь специальный термотоннель, на выходе из которого батарея уже получается усаженная. Все зависит от количества аккумуляторов, если идет речь о домашнем изготовлении, то, скорее всего, будет фен, если же о больших масштабах — термотоннель, так как он лучше автоматизирует процесс.

Для подключения и подпайки всех кабелей, коннекторов нужно использовать паяльники разной мощности. Как видите, перечень того, что нужно использовать, является немалым и специфическим ввиду того, что это сборка аккумулятора.

Есть ли какие-то известные производители BMS по аналогии с литий-ионными ячейками? Где их лучше заказывать?

Надо смотреть на техническое задание, которое ставят производители или военные для этой аккумуляторной батареи, потому что порой нужны BMS, порой нет, уже от него зависит выбор этой платы. Можно выбирать между DALY или Jikong BMS — это еще один популярный производитель. Их часто ставят, потому что они имеют внутри еще и активную балансировку, то есть эта плата BMS "понимает" ситуацию на каждом элементе в аккумуляторной батарее и выравнивает напряжение между ними в момент заряда и в момент разряда, чтобы вся батарея равномерно разряжалась при использовании.

Лучшим вариантом сейчас для большинства, где-то для 80%, будет Jikong, а для других ситуаций могут понадобиться очень специфические BMS в зависимости от технического задания. Jikong еще часто выбирают из-за того, что к ним можно прицепить дисплей, и аккумулятор может превратиться в некий гигантский powerbank, где можно смотреть, какие показатели на каждом элементе, сделать кнопки включения и выключения. Плюс эти BMS имеют подключение через Bluetooth или другие беспроводные каналы, благодаря чему можно в режиме реального времени с телефона смотреть, какая ситуация.

Какие существуют риски при уборке аккумуляторов и как избежать проблем?

В первую очередь — это хранение самих элементов. Надо на это обратить внимание, потому что литий-ионные батарейки в случае короткого замыкания разогреваются докрасна, могут разгерметизироваться, открыться, и это все сопровождается полутораметровым пламенем. Поэтому к хранению нужно подойти очень ответственно как по отношению к самому помещению, где это хранится, так и по отношению к размещению элементов в коробках так, чтобы каждый элемент был зафиксирован, было невозможным падение и замыкание о какие-то соседние предметы.

Далее, когда уже идет процесс поэлементной сборки, если это элементы 21 700, то при неправильной точечной или микроимпульсной сварке может произойти пробитие их герметичной оболочки с выходом электролита. Здесь есть два варианта. Более позитивный, когда просто происходит разгерметизация и видно, как электролит вытекает или булькает с характерным запахом. Одновременно это может быть и возгорание этого элемента в процессе сварки.

Далее, когда уже происходит сварка, важно, чтобы на рабочем месте были только инструменты и предметы, нужные для выполнения этой операции, потому что любой металлический объект, может упасть на батарею сверху и привести к замыканию элементов, ведь они переворачиваются. Здесь также могут быть разные ситуации, например, прогорание шин или элементов.

Еще обращу внимание, что сейчас часть батарей собираются из элементов, которые выглядят как пальчиковые батарейки, только значительно больше, но также собирают и из так называемых литий-полимерных пакетов. Это аккумулятор, как в телефоне. Если у пальчиковых элементов есть металлический корпус, достаточно устойчивый к повреждениям, то в пакетных батареях это такая очень нежная пленка, и ее можно пробить ножом или любым острым предметом. Эти пакеты также очень пожароопасны, и горят очень сильно с высвобождением большого количества энергии и огня. Это очень опасно, поэтому нужно очень грамотно подойти к производственному помещению, к объектам, которые в нем размещены и к системе безопасности.

Как проверить готовую батарею перед использованием, чтобы избежать возгорания и других неприятных ситуаций? Например, я слышал о случаях, когда военные получают батарею для дрона, а она не работает, как надо.

Есть несколько протоколов испытаний батареи. В первую очередь надо посмотреть, выдает ли она то напряжение, которое имеет. Во вторую, если батарея имеет несколько последовательно соединенных элементов, то при подключении к зарядной станции можно посмотреть, какая ситуация есть на каждом из них: какое напряжение, внутреннее сопротивление, сбалансирована ли эта батарея. Также в цикл проверки может пройти ее заряд до номинального напряжения или до максимального и частичная или полная разрядка на специальном стенде.

Мы у себя имеем специально разработанный стенд, который помогает разряжать аккумулятор в таком режиме, в котором он будет разряжаться на дроне, и это симулирует как бы его рабочее использование. Когда проходит полностью этот цикл, мы видим, как себя батарея ведет, как и сколько времени она отдает ток, потому что это влияет на время полета. Какой при этом температурный режим самой батареи, потому что в зависимости от типа элементов, батарея может нагреваться до 80°, до 90°, до 100° и даже более 100° в рабочем режиме. То есть эта батарея является супер горячей, когда используется.

Проверяется напряжение на каждом из элементов, его можно посмотреть либо через зарядное устройство, либо через BMS. Также есть демо режим разряда/заряда этого аккумулятора, который симулирует рабочее использование.

В общем мы говорим больше об изготовлении таких батарей для военных дронов, а стоит ли делать для собственного использования? Насколько это выгодно по сравнению с приобретением готового павербанка.

В общем, это будет точно выгоднее. Единственное, что это будет собственное решение, и с чем связано очень много будущих рисков и последствий. Потому что, когда есть какие-то готовые продукты, они поставлены в серию, уже оттестированы именно в таком формате, с такими элементами, с такими платами контроля, с таким результатом оно дает предусмотренное количество циклов заряда/разряда. Вы уже уверены, что в течение какого-то времени, возможно год-два-три или четыре, можете быть спокойны, потому что эта батарея просто работает.

Когда это касается собственной сборки, то тоже надо обращать на это внимание. Даже если использовать для домашних систем безопасных литий-железофосфатных ячеек, которые не горят, но все равно могут мощно дымить, то здесь есть ошибки, связанные с параллельным последовательным подключением элементов. Могут возникнуть ошибки при активной балансировке, потому что порой BMS с балансировкой активной недостаточно, и надо ставить дополнительную, а это повышает стоимость всего проекта. Нужен защитный корпус, потому что эти все контакты являются открытыми и могут замкнуть к чему-либо.

В принципе самому батарею сложить можно, и она точно выйдет дешевле, только тут нужно на другую чашу весов поставить безопасность и отсутствие сервиса этого решения, как оно будет работать. То есть серийное решение мы взяли, поставили и забыли — все, оно там четыре года на гарантии просто стоит и работает. И собственно решение, которое имеет определенные риски по использованию, которое надо менять. Если человек с инженерным опытом, а еще лучше — с опытом изготовления батарей, то, в принципе, это реально. Для рядового пользователя это может внести дополнительные сложности, и разница в стоимости — это плата за безопасность и за постоянство решения, если покупать уже готовое.

Говоря о батареях для БпЛА или для других военных нужд: насколько они сейчас нужны? Например, если сравнить с FPV-дронами, которые являются одноразовыми ударными средствами?

Потребность, касающаяся дронов, автоматически касается и батарей к ним. То есть сколько надо дронов — столько же и батарей, а порой батарей даже больше. Это в первую очередь батареи к классическим FPV-дронам, к БпЛА самолетного типа, к РЭБам различных типов: портативных, рюкзачных, всех, которые также имеют аккумуляторы, для переносных зарядных станций.

В условиях боевых действий наладить питание от классических электросетей не так просто, поэтому очень большая ставка делается именно на батареи. Конечно, основная потребность в батареях — это любые БпЛА и системы РЭБ.

Помню, в 2023 году появилась мода собирать FPV-дроны, тогда появились различные курсы, инструкторы, волонтерские проекты. Есть ли что-то такое сейчас по аккумуляторам?

Сборка аккумуляторов очень напоминает сборку дрона, то есть это тоже сборка изделия из готовых элементов. Единственное отличие заключается в том, что аккумулятор — это силовая часть дрона, и очень важно ее грамотно собрать, для того, чтобы этот аккумулятор смог отдать необходимые токи, и собственно этот дрон на этом аккумуляторе смог выполнить те задачи, которые перед ним стоят, и имея даже качественные элементы, есть высокая вероятность того, что можно сделать некачественную сборку и это повлияет на время полета дрона, или вообще может привести к его преждевременной потере.

Стоит обратить внимание, что в самом проекте, который уже достаточно известен в Украине, о сборке дронов в домашних условиях, есть отдельный раздел, который касается создания батарей, потому что это неотъемлемая часть дрона. Сам дрон без батареи просто не работает, поэтому это обязательный компонент готового продукта.

В армии используются именно готовые продукты, готовые решения, готовым продуктом это FPV-дрон и весь фокус внимания идет на то, чтобы составить готовый продукт, который собственно дальше идет в использование. Учитывая большой объем готовой продукции, есть система питания также очень важна. Это аккумуляторы различных типов, емкостей, конфигураций.

Поэтому такая работа уже ведется, есть достаточно много разных материалов, как составлять аккумуляторы. Это не какая-то секретная информация, она известна как нам, так и врагу, если говорить о создании батарей к FPV-дронам.