Li-Ion batterijen, solderen of puntlassen

Als radiozendamateur gebruik je in het veld regelmatig een accu om de apparatuur van energie te voorzien. Dat kan een oude vertrouwde autoaccu zijn. Maar met Lithium-ion (Li-Ion) of Lithium-polymeer (Li-Po) cellen zijn ook hele mooie accupakketten samen te stellen. Zo hebben deze cellen een hoge energie dichtheid, geen geheugeneffect, een lange levensduur en een lage zelfontlading. Maar deze cellen kunnen slecht tegen warmte moet je deze dan solderen of puntlassen?

 Gevaren Li-Ion cellen

Regelmatig duiken er filmpjes op met ontploffende elektrische fietsen of scooters. En is er in het nieuws te lezen dat er brand is ontstaan door deze accu’s. Door overbelasting, overladen of kortsluiting kunnen de cellen te heet worden en in brand vliegen of exploderen. Een defecte of beschadigde cel kan een reactieketen starten waarbij de hitteproductie zichzelf versterkt, wat kan leiden tot een snelle ontbranding. Een zogenaamde Thermische Runaway.

Kortom deze cellen mag je echt alleen maar gebruiken binnen de specificaties.

Beveiligde Li-Ion cellen

Lithium-ion (Li-ion) cellen worden op verschillende manieren beveiligd om de veiligheid te waarborgen, de levensduur te verlengen en het risico op gevaarlijke situaties zoals oververhitting, overladen, overontladen, en kortsluiting te minimaliseren. Een paar van deze mechanismen.

• PCM (Protection Circuit Module):
  Dit is een printplaat die in de accu is geïntegreerd met veiligheidsfuncties zoals overlaadbescherming, overontlaadbescherming, en kortsluitbescherming. De PCM kan de stroom naar de cel afsnijden als er abnormale omstandigheden worden gedetecteerd.
• 

  Current Interrupt Device from mdpi.com

  CID (Current Interrupt Device):
  Een mechanisme dat de elektrische verbinding verbreekt als de interne druk van de cel te hoog wordt, vaak door gasontwikkeling bij oververhitting of overladen.

Oververhitting, solderen sterk af te raden

Om losse cellen met elkaar te verbinden is het natuurlijk mogelijk om deze te solderen. Maar dit wordt heel sterk afgeraden. Reden is hiervoor de opwarming van de cell dat al snel leidt tot oververhitting en dus kans op een Thermal Runaway. Maar ook kan de CID (Current Interrupt Device) door de warmte geactiveerd worden.

Deze CID is een mechanische constructie aan de bovenkant van de cel. Herkenbaar aan de ventilatie openingen. Op het moment dat er in de cell overdruk ontstaat zal het membraam scheuren en de elektrische verbinding verbreken.

Op YouTube zijn filmpjes te vinden hoe je deze CID kunt herstellen. Geen idee hoe de hersenen van deze mensen werken, maar nooit aan beginnen. De cel is oververhit geweest en dus beschadigd. De enige weg van deze cellen nog afleggen is naar het recycle perron.

Puntlassen enige veilige optie

• Puntlassen:
  In plaats van te solderen, wordt vaak puntlassen aanbevolen voor het verbinden van 18650 cellen in batterijpakketten. Dit proces gebruikt korte, gecontroleerde pulsen van elektriciteit om de verbinding te maken zonder de cellen te oververhitten.
• Gebruik van verbinders:
  Voor hobbyisten of minder kritische toepassingen kunnen verbinders zoals nikkel strips met voorgevormde soldeerpunten of speciale 18650 cellhouders/verbinders worden gebruikt, die de noodzaak om direct op de cel te solderen verminderen.

Puntlasapparaten

Puntlasapparaten zijn op het internet te vinden. Al voor zo’n €50 heb je al een goed werkend exemplaar. Maar je kunt natuurlijk ook even op de vereniging rondvragen of iemand zo’n apparaat heeft.

BMS Battery Management System

Als je een accu maakt met bijvoorbeeld losse 18650 cellen dan mag een BMS niet ontbreken. Het grote voordeel is dat werkelijk 1 chipje al het werk voor je doet.  Een BMS zorgt ervoor dat al je cellen gelijkmatig worden opgeladen. Wat de levensduur van de cellen vergroot. Ook zorgt de BMS dat de cellen niet worden overladen of overontladen, kortsluitbescherming, temperatuurmonitoring en niet te vergeten stroombeheer.

Conclusie

Met Li-Ion en Li-Po cellen zijn uitstekend op een veilige manier accupakketten te maken. Maar zorg dat je op de hoogte bent van de specificaties van de gebruikte cellen. En neem de noodzakelijke beveiliging mee in je ontwerp.

Meer informatie

• Voorbeeld specificatie (pdf) INR18630-25R cell
• CID Current interrupt device
• BMS Battery management system