Сборка батареи из аккумуляторов (аккумуляторные батареи)

Производители аккумуляторных батарей (речь идет, прежде всего, о компаниях мирового масштаба, чья продукция славится своим качеством) делают все возможное, чтобы пользователь мог избежать любых проблем, связанных с нарушениями режима их использования. Поэтому батареи таких производителей — это не просто сборка из аккумуляторов, соединенных перемычками, но и разные дополнительные элементы: плавкие предохранители, предохранители многократного действия, термисторы, термовыключатели и многое другое.

Номинальное напряжение щелочных аккумуляторов — 1,2 В. Чтобы обеспечить более высокое напряжение, которое требуется от автономных источников питания, аккумуляторы в батарее соединяют последовательно. Параллельное соединение цепочек аккумуляторов для повышения емкости и разрядного тока батареи не рекомендуется. Типоразмерный ряд однотипных аккумуляторов почти всегда позволяет выбрать источник тока необходимой емкости, а батарея при таком выборе как правило легче.

Для обеспечения работоспособности герметичных аккумуляторов в цепочке, на стадии проектирования и сборки батареи должен быть соблюден ряд определенных требований.

Требования к однородности аккумуляторов
Для продолжительной работоспособности батареи нужно обеспечить идентичность функционирования ее аккумуляторов, так как при последовательном соединении аккумуляторов с заметно отличающейся фактической емкостью в процессе заряда батареи будет иметь место регулярный перезаряд аккумуляторов с наименьшей емкостью и их переполюсование при разряде. Для снижения вероятности такой ситуации на стадии сборки батареи необходим подбор однородных аккумуляторов по их начальным характеристикам.

Контроль качества аккумуляторов у изготовителя завершается испытаниями готовой продукции, при которых отбраковываются аккумуляторы с емкостью меньше гарантированной. Но величина допустимого верхнего предела емкости документацией не оговаривается. Диапазон фактической емкости выпускаемых аккумуляторов, определяемый реализацией сложного технологического процесса, может быть существенным.

В партиях аккумуляторов, поставляемых ведущими зарубежными производителями, разброс, обычно, не выше 10-15 %, что объясняется высокой степенью автоматизации и контроля на всех стадиях производства и стабильным качеством сырья.

Операция подбора однородных аккумуляторов для батарей специального назначения (с напряжением более 24 В) с целью обеспечения высоких требований, предъявляемых к ним при длительной эксплуатации без обслуживания, известна в литературе как комплектация. Комплектация состоит из двух этапов: на первом — подбираются аккумуляторы с разрядной емкостью, отличающейся не более чем на 5-10%, на втором — контролируется разрядное напряжение каждого аккумулятора при проверке их работоспособности в условиях совместной работы в батарее. Оно должно быть не ниже заданной величины. Такая методика комплектации батарей с напряжением не более 12 В и при возможности некоторого профилактического обслуживания нецелесообразна.

Наиболее рациональным представляется отбор аккумуляторов в батарею с разбросом по емкости не более 1-3 % в зависимости от жесткости требований к источнику автономного питания.

При создании батареи из большого числа щелочных аккумуляторов n (n>10) рекомендуется конечное разрядное напряжение батареи принимать равным Uбат = Uак•n, где Uак = 1,10-1,15 В.

Нужно помнить, что при подборе аккумуляторов лишь по разрядной емкости гарантией их одинаковой деградации в процессе использования батареи является выбор аккумуляторов надежных компаний, высокая однородность продукции которых позволяет с большей надежностью прогнозировать и одинаковость скоростей деградации отдельных аккумуляторов батареи, если они работают в одинаковых условиях. Батареи должны составляться из аккумуляторов одной партии.

Требования к конструкции аккумуляторной батареи
При конструировании батарей основными являются требования обеспечения жесткости всей конструкции и одинаковых температурных условий работы всех аккумуляторов.

Конструктивное оформление батареи должно обеспечивать достаточно интенсивный отвод теплоты от всех аккумуляторов. С другой стороны, некоторые зарубежные производители обращают внимание на то, что при эксплуатации портативных Ni-MH батарей с применением быстрого заряда, встраиваемые для его контроля датчики температуры обеспечивают более четкое отключение с заряда при плохом теплоотводе от батарей.

Работоспособность батареи при механических нагрузках различного рода, которые могут возникнуть при использовании автономных источников питания, гарантируется лишь при фиксации аккумуляторов в жестком корпусе

Сборка аккумуляторных батарей
Во многих случаях применяются батареи из аккумуляторов промышленной серии (с более плоским контактом на крышке), которые соединены между собой с помощью никелевой или никелированной стальной ленты. Соединение выполняется с помощью точечной сварки. Припаивать проводники к выводам аккумуляторов во избежание локального разогрева и повреждения аккумулятора категорически запрещено.

При сборке батарей из герметичных аккумуляторов используются разные элементы защиты от перезаряда и переразряда, а также от больших токов.

Так как никель-металлгидридные аккумуляторы в наибольшей степени чувствительны к перегреву при перезаряде, батареи из них часто имеют термопредохранитель, который прекращает заряд при повышенной температуре. Эта температура определяется разработчиком батареи в зависимости от конструкции батареи, плотности упаковки аккумуляторов и теплопроводности материалов, применяемых для корпуса. В некоторых случаях применяют термореле.

При контроле заряда по температуре, в батареи устанавливают терморезисторы, которые являются датчиками для систем контроля в зарядных устройствах.

Для обеспечения продолжительной работоспособности батарей, запрещается собирать их из аккумуляторов разных типов.

Располагаться в батарее аккумуляторы могут по разному, например:

Рис.1. Расположение аккумуляторов в батарее

Более наглядно конструкция батарей изображена на рисунке 2. Из рисунка видно, что кроме аккумуляторов, батареи имеют еще один обязательный элемент — термопредохранитель. Батареи таких типов могут иметь корпус из пластмассы или могут быть скреплены термоусадочной пленкой.

Рис.2. Конструкция аккумуляторных батарей

Их выводы могут быть исполнены либо в виде пластин определенной конфигурации и размеров, либо из проволоки определенного сечения. Как правило плюсовому выводу батареи соответствует красный провод, минусовому — черный.

Обычно на проволочные выводы часто устанавливают соединители для удобства подачи питания на плату электронного устройства. К ним относятся:
• универсальный соединитель MU;
• соединитель MJ (JST HER-2);
• соединитель ML (Molex 5264-02);
• соединитель MS (Mitsumi M63M83-02).
Их внешний вид показан на рисунке 3