Дрони, РЕБ, побутова техніка: як зробити акумулятор своїми руками і чи варте воно того

Під час війни в Україні вже неодноразово виникали проблеми з електроенергією, коли людей рятували альтернативні джерела енергії різних типів, такі як акумулятори. Крім того, вони зараз конче потрібні українским військовим для живлення дронів, засобів радіоелектронної боротьби, засобів зв'язку та іншого обладнання на полі бою.

Фокус поспілкувався із Павлом Єсипом засновником і директором проєкту Pawell Battery, який виготовляє і ремонтує батареї для захисників України. Ми поспілкувалися про те, чи варто українцям самотужки збирати акумулятори, що для цього потрібно мати, наскільки це вигідно, які виникають проблеми та як їх не допустити.

Наскільки складно зробити акумулятор своїми руками, скільки часу це займає і що потрібно мати?

Тут треба зазначити, що мова йде мова про складання акумулятора з готових елементів, які виготовляють відомі виробники. У цьому випадку потрібно мати технічну обізнаність, як з'єднувати ці акумулятори, розуміти паралельне послідовне з'єднання елементів, знати правила техніки безпеки. Коли це є не один-два елементи, а це коли є велика кількість, і структура є досить великою, то будь-яка помилка може призвести до небажаних наслідків, загоряння, виходу з ладу якихось інших комірок.

Потрібне розуміння побудови збірок типу 12S або 6P та інших, які мають велику кількість послідовних елементів і велику кількість паралельних елементів, тобто на це потрібно звертати увагу, мати деякий попередній бекграунд. Якщо вирішити сьогодні: "Я хочу складати акумулятори", то вірогідність дійсно скласти ці акумулятори увечері не дуже висока.

Які елементи краще обирати і чому? Чув, що зазвичай дуже хвалять комірки від Samsung, Panasonic. Можливо, варто придивитися ще до якихось інших?

Звісно, найкраще, віддати перевагу відомим виробникам, які відповідально підходять до виготовлення якісних елементів і які дорожать своїм ім'ям. Варто звернути увагу на елементи Molicel, знову ж таки Samsung, різних версій: класичні 40T або 50S, які мають на 19% більшу ємність і можуть забезпечити довший політ дрона, відповідно, виконання місій на більшій відстані або, якщо це стосується ретрансляторів, то довше зависання в повітрі.

Розкажіть, будь ласка, які інструменти потрібні, які краще обирати?

Коли йде мова з про збір акумуляторів, потрібно запастися досить великим переліком обладнання, інструментів, яке допоможе якісно зібрати акумулятор. В першу чергу, це звісно мультиметр для вимірювання опору, напруги, і також бажано, щоб ще був спеціальний мультиметр, здатний вимірювати опір кожного елемента. Збирати акумулятор з багатьох різних елементів, не вимірюючи його опору, може бути дуже небезпечно для подальшої експлуатації. Тому кожен елемент акумуляторної батареї, кожна комірка мають бути підібрані максимально близько за опором.

Можна зробити порівняння із колесами авто – щоб авто їхало, потрібно, щоб колеса були однакового розміру, з однаковим тиском, та якісно одинакові, бо якщо одне буде більше, одне менше, це негативно вплине на їзду авто, те саме стосується і елементів з яких складений акумулятор. Коли ми вже підібрали оці всі елементи, далі стоїть питання їхнього з'єднання, і тут є декілька варіантів. Це може бути спеціальна точкова зварка високого струму, яка забезпечить якісне приварення нікелевих або мідних стрічок до елементів. Як варіант, можна використовувати мікроімпульсну зварку, вона є небезпечнішою, а також можна спеціальну лазерну зварку для більш надійного поєднання елементів.

Крім того, для виготовлення акумулятора треба ще спеціальний зарядний пристрій, який працює конкретно з акумуляторами. Це не звичайна зарядка, а спеціалізований пристрій, який одночасно і заряджає всю батарею, і також поелементно контролює заряд кожного елемента або групи елементів в цьому акумуляторі для того, щоб зарядити його правильно і не було перекосу напруг в акумуляторі.

Якщо йде збирання спеціалізованих великих акумуляторів, то там також можуть використовуватися BMS-плати – це так звані плати керування батареєю. Це такий маленький комп'ютер, він вставляється в саму батарею і допомагає правильно розподіляти заряд в момент зарядки і також рівномірно розряджати акумулятор, це убезпечує його від загоряння, від виходу якихось елементів з ладу, та продовжує термін служби.

Якщо ви бачили, то всі акумулятори власного збирання постачаються в такій синій чорній ніби-то плівці. Це так звана термозбіжна плівка, і її можна всаджувати, нагріваючи промисловим феном – вона буде стягуватися. Або, якщо велика продуктивність виготовлення АКБ, то треба мати спеціальний термотунель, на виході з якого батарея вже виходить усаджена. Все залежить від кількості акумуляторів, якщо йде мова про домашнє виготовлення, то, скоріш за все, буде фен, якщо ж про великі масштаби – термотунель, бо він краще автоматизує процес.

Для підключення і підпайки всіх кабелів, конекторів потрібно використовувати паяльники різної потужності. Як бачите, перелік того, що потрібно використати, є чималим і специфічним з огляду на те, що це збірка акумулятора.

Чи є якісь відомі виробники BMS за аналогією із літій-іонними комірками? Де їх краще замовляти?

Треба дивитися на технічне завдання, яке ставлять виробники чи військові для цієї акумуляторної батареї, тому що деколи потрібні BMS, деколи ні, вже від нього залежить вибір цієї плати. Можна вибирати між DALY або Jikong BMS – це ще один популярний виробник. Їх часто ставлять, тому що вони мають всередині ще й активне балансування, тобто оця плата BMS "розуміє" ситуацію на кожному елементі в акумуляторній батареї і вирівнює напругу між ними у момент заряду і в момент розряду, щоб вся батарея рівномірно розряджалася при використанні.

Найкращим варіантом зараз для більшості, десь для 80%, буде Jikong, а для інших ситуацій можуть знадобитися дуже специфічні BMS залежно від технічного завдання. Jikong ще часто обирають через те, що до них можна причепити дисплей, і акумулятор може перетворитися на такий собі гігантський powerbank, де можна дивитися, які показники на кожному елементі, зробити кнопки увімкнення та вимкнення. Плюс ці BMS мають підключення через Bluetooth або інші безпровідні канали, завдяки чому можна в режимі реального часу з телефону дивитися, яка ситуація.

Які існують ризики при збиранні акумуляторів та як уникнути проблем?

У першу чергу – це зберігання самих елементів. Треба на це звернути увагу, тому що літій-іонні батарейки у випадку короткого замикання розігріваються до червоного, можуть розгерметизуватися, відкрився, і це все супроводжується півтораметровим полум'ям. Тому до зберігання потрібно підійти дуже відповідально як стосовно самого приміщення, де це зберігається, так і стосовно розміщення елементів у коробках так, щоб кожен елемент був зафіксованим, було неможливим падіння і замикання об якісь сусідні предмети.

Далі, коли вже йде процес поелементного збирання, якщо це елементи 21 700, то при неправильному точковому чи мікроімпульсному зварюванню може відбутися пробиття їх герметичної оболонки із виходом електроліту. Тут є два варіанти. Більш позитивний, коли просто відбувається розгерметизація і видно, як електроліт витікає або булькає із характерним запахом. Одночасно це може бути і загоряння цього елемента в процесі зварювання.

Далі, коли вже відбувається зварювання, важливо, щоб на робочому місці були тільки інструменти і предмети, потрібні для виконання цієї операції, тому що будь-який металевий об'єкт, може впасти на батарею зверху і призвести до замикання елементів, адже вони перевертаються. Тут також можуть бути різні ситуації, наприклад, прогорання шин або елементів.

Ще зверну увагу, що зараз частина батарей збираються з елементів, які виглядають як пальчикові батарейки, тільки значно більші, але також збирають і з так званих літій-полімерних пакетів. Це акумулятор, як у телефоні. Якщо у пальчикових елементів є металевий корпус, досить стійкий до пошкоджень, то у пакетних батареях це така дуже ніжна плівка, і її можна пробити ножем або будь-яким гострим предметом. Ці пакети також дуже пожежонебезпечні, і горять дуже сильно з вивільненням великої кількості енергії і вогню. Це дуже небезпечно, тому потрібно дуже грамотно підійти до виробничого приміщення, до об'єктів, які у ньому розміщені і до системи безпеки.

Як перевірити готову батарею перед використанням, щоб уникнути загоряння та інших неприємних ситуацій? Наприклад, я чув про випадки, коли військові отримують батарею для дрона, а вона не працює, як треба.

Є декілька протоколів випробувань батареї. У першу чергу треба подивитися, чи вона видає ту напругу, має. У другу, якщо батарея має декілька послідовно з’єднаних елементів, то при підключенні до зарядної станції можна подивитися, яка ситуація є на кожному з них: яка напруга, внутрішній опір, чи ця батарея збалансована. Також до циклу перевірки може пройти її заряд до номінальної напруги або до максимальної і часткове або повне розряджання на спеціальному стенді.

Ми у себе маємо спеціально розроблений стенд, який допомагає розряджати акумулятор у такому режимі, в якому він буде розряджатися на дроні, і це симулює якби його робоче використання. Коли проходить повністю цей цикл, ми бачимо, як себе батарея поводить, як і скільки часу вона віддає струм, бо це впливає на час польоту. Який при цьому є температурний режим самої батареї, бо залежно від типу елементів, батарея може нагріватися до 80°, до 90°, до 100° і навіть більше 100° у робочому режимі. Тобто ця батарея є супер гарячою, коли використовується.

Перевіряється напруга на кожному з елементів, її можна подивитися або через зарядний пристрій, або через BMS. Також є демо режим розряду/заряду цього акумулятора, який симулює робоче використання.

Загалом ми говоримо більше про виготовлення таких батарей для військових дронів, а чи варто робити для власного використання? Наскільки це вигідно у порівнянні з придбанням готового павербанка.

Загалом, це буде точно вигідніше. Єдине, що це буде власне рішення, і з чим зв'язано дуже багато майбутніх ризиків і наслідків. Тому що, коли є якісь готові продукти, вони поставлені в серію, вже відтестовані саме у такому форматі, з такими елементами, з такими платами контролю, з таким результатом воно дає передбачену кількість циклів заряду/розряду. Ви вже впевнені, що протягом якогось часу, можливо рік-два-три чи чотири, можете бути спокійними, бо ця батарея просто працює.

Коли це стосується власної збірки, то теж треба звертати на це увагу. Навіть якщо використовувати для домашніх систем безпечних літій-залізофосфатних комірок, які не горять, але все одно можуть потужно диміти, то тут є помилки, пов'язані з паралельним послідовним підключенням елементів. Можуть виникнути помилки при активному балансуванні, тому що деколи BMS з балансуванням активним недостатньо, і треба ставити додаткове, а це підвищує вартість усього проєкту. Потрібен захисний корпус, тому що ці всі контакти є відкритими і можуть замкнути до будь-чого.

У принципі самому батарею скласти можна, і вона точно вийде дешевше, тільки тут потрібно на іншу шальку терезів поставити безпеку і відсутність сервісу цього рішення, як воно буде працювати. Тобто серійне рішення ми взяли, поставили і забули – все, воно там чотири роки на гарантії просто стоїть і працює. І власне рішення, котре має певні ризики стосовно використання, яке треба менеджити. Якщо людина інженерним досвідом, а ще краще – з досвідом виготовлення батарей, то, в принципі, це реально. Для пересічного користувача це може внести додаткові складнощі, і різниця у вартості – це плата за безпеку і за сталість рішення, якщо купувати вже готове.

Говорячи про батареї для БпЛА або для інших військових потреб: наскільки вони зараз потрібні? Наприклад, якщо порівняти з FPV-дронами, які є одноразовими ударними засобами?

Потреба, що стосується дронів, автоматично стосується і батарей до них. Тобто скільки треба дронів – стільки ж і батарей, а деколи батарей навіть більше. Це у першу чергу батареї до класичних FPV-дронів, до БпЛА літакового типу, до РЕБів різних типів: портативних, рюкзакових, всіх, які також мають акумулятори, для переносних зарядних станцій.

В умовах бойових дій налагодити живлення від класичних електромереж не так просто, тому дуже велика ставка робиться саме на батареї. Звісно, основна потреба у батареях – це будь-які БпЛА і системи РЕБ.

Пам'ятаю, у 2023 році з’явилася мода збирати FPV-дрони, тоді з’явилися різні курси, інструктори, волонтерські проєкти. Чи є щось таке зараз щодо акумуляторів?

Збирання акумуляторів дуже нагадує збирання дрона, тобто це теж збирання виробу із готових елементів. Єдина відмінність полягає у тому, що акумулятор – це силова частина дрона, і дуже важливо її грамотно зібрати, для того, щоб цей акумулятор зміг віддати необхідні струми, і власне цей дрон на цьому акумуляторі зміг виконати ті завдання, котрі перед ним стоять, і маючи навіть якісні елементи, є висока ймовірність того, що можна зробити неякісну збірку і це вплине на час польоту дрона, або взагалі може призвести до його передчасної втрати.

Варто звернути увагу, що у самому проєкті, який вже є досить відомий в Україні, про збирання дронів у домашніх умовах, є окремий розділ, котрий стосується створення батарей, тому що це невіднятна частина дрона. Сам дрон без батареї просто не працює, тому це є обов’язковий компонент готового продукту.

У війську використовуються саме готові продукти, готові рішення, готовим продуктом це є FPV-дрон і весь фокус уваги іде на те, щоб скласти готовий продукт, який власне далі іде у використання. Враховуючи великий обсяг готової продукції, є система живлення також дуже важлива. Це акумулятори різних типів, ємностей, конфігурацій.

Тому така робота вже ведеться, є досить багато різних матеріалів, як складати акумулятори. Це не якась секретна інформація, вона відома як нам, так і ворогу, якщо говорити про створення батарей до FPV-дронів.