Особенности зарядки и характеристики 18650

Перезаряжаемые источники тока (аккумуляторы) формата 18650 широко применяются в быту для питания переносных потребителей. Для выбора источников питания важно знать характеристики элементов 18650, их устройство и основные правила эксплуатации.

Технические характеристики аккумулятора 18650

Технические характеристики аккумуляторов 18650 определяются их технологией производства, и ей же ограничиваются. Литий-ионные аккумуляторы равного размера имеют одинаковые параметры, или, хотя бы, одного порядка. Физику не обмануть, и аккумуляторы с «выдающимися» характеристиками, скорее всего, являются подделкой от неизвестного производителя.

Вольтаж

Большинство типов нормально заряженных Li-ion элементов на холостом ходу выдают 3,7 вольта. Их можно слегка перезарядить (без вреда для аккумулятора) до уровня 4,2 вольта, но даже под небольшой нагрузкой напряжение в течение нескольких минут упадет до номинальных 3,7 В.

Мнение эксперта
Становой Алексей
Инженер-электроник. Работаю в мастерской по ремонту бытовых приборов. Увлекаюсь схемотехникой.
Задать вопрос
Этим свойством пользуются не самые добросовестные маркетологи. Они указывают напряжение батареи из нескольких банок для уровня 4,2 вольта. Так, аккумулятор из 4 ячеек выдает 14,8 вольт (из расчета 3,7 х 4), а на корпус наносится маркировка 16,8 вольт (из расчета 4,2 х 4). Это имеет значение при выборе АКБ для электроинструмента, где повышенное напряжение означает больший вращающий момент.
Особенности зарядки и характеристики 18650
Разрядные кривые Li-ion ячеек с выраженным начальным участком перезарядки

Номинальное напряжение батарей 18650, произведенных по современной литий-железофосфатной технологии батареи более низкое — 3,2 вольта (максимальное – 3,6 вольт). Это связано со спецификой электрохимических реакций. Зато у них выше рабочий ресурс (в циклах).

Наименьшее напряжение, при котором аккумулятор считается разряженным без вреда для своего состояния, считается уровень 2,5 вольт. Но для безопасности лучше не разряжать батарею ниже 2,75 вольта. Этот уровень и принят за границу 0% заряда.

Емкость

Элементы 18650 выпускаются по литий-ионной технологии. В нем должны протекать определенные электрохимические реакции в определенном объеме, поэтому емкость ограничена рамками технологии. В 2022 году потолком для изделий среднего уровня является 3600 мА*ч. Есть сведения, что ведущим изготовителям удается выполнить конструктив аккумулятора так, что емкость может достичь 4500 и даже 5000 мА*ч, но это, пожалуй, теоретический потолок для текущего момента.

Особенности зарядки и характеристики 18650
Эта емкость явно за пределами реальных возможностей

Если емкость, указанная на корпусе, выше этой цифры – это однозначно фейк. И уж точно не стоит доверять декларациям о том, что емкость аккумуляторов (как правило, неизвестных производителей) достигает 15000, 20000, а то и 30000 мА*ч. Создать такие источники тока в рамках форм-фактора 18650 на сегодняшний день невозможно.

Типоразмеры и вес аккумуляторов 18650

Само название форм-фактора 18650 содержит указание на габариты элемента:

  • диаметр 18 мм;
  • длина 65 мм.

Вес батареи не стандартизирован, но он обычно составляет около 50 грамм с небольшими отклонениями (в зависимости от примененных материалов для корпуса и т.п.).

Особенности зарядки и характеристики 18650
Габариты ячейки 18650

Многие элементы 18650 имеют длину на 1,5..3 мм больше, чем 65 мм. Такое бывает, если батарея оснащена внутренней платой защиты – она занимает определенное место и увеличивает размеры устройства.

Особенности зарядки и характеристики 18650
Плата защиты в аккумуляторе 18650

Влияет ли на параметры цвет батарейки

В интернете и в быту можно услышать различные мифы о том, что цвет оболочки источника тока 18650 определяет его параметры или технологию изготовления. На самом деле, выбор цвета определяется лишь креативностью дизайнера на заводе и экономическими факторами – какая краска окажется дешевле и прочнее. Хотя в пределах одной фирмы никто не запрещает выпускать, например, желтые батарейки одной емкости, а зеленые — другой (просто для удобства производства, учета, складирования и т.п.). Но никаких стандартов здесь не существует.

Рекомендуем: Как нужно выбирать 18650 для шуруповерта

Устройство

Как и любые электрохимические источники тока, Li-ion элементы типоразмера 18650 состоят из:

  • анода;
  • катода;
  • электролита.

Еще одной необходимой составляющей для компактных элементов является сепаратор. Он не позволяет замкнуться аноду и катоду при их тесном расположении. Сепаратор пропитывают электролитом, в качестве которого применяется этилен карбонат.

Электролит является основным источником опасности в Li-ion элементах – при напряжении выше 4,3 вольта он разлагается и может загореться.

В литий-полимерных элементах между электродами прокладывают полимерную пленку. Она служит и сепаратором, и электролитом.

В качестве анода применяют медную фольгу с графитовым покрытием. Катод выглядит, как алюминиевая фольга с покрытием из производных лития, давших название классу перезаряжаемых источников. Пакет из электродов и сепаратора сворачивается в рулон – так получаются источники тока цилиндрической формы.

Особенности зарядки и характеристики 18650
Устройство аккумулятора 18650

Как определить плюс и минус

Аккумулятор 18650 внешне похож на пальчиковую батарейку, хотя и больше размером. Конструктив его тоже похож на гальванический элемент типоразмеров АА и ААА, поэтому плюсовой вывод можно определить визуально тем же способом:

  • плюсом служит более выпуклый электрод;
  • минусом – корпус, точнее, его неизолированное донце.

У батарей с встроенной защитой конструкция выводов та же, но выступ плюса выполнен менее явно, на его стороне имеются отверстия для выхода газа. Донце минуса тоже может иметь небольшую выпуклость и отверстия (а может не иметь).

Особенности зарядки и характеристики 18650
Визуальное определение полярности ячейки

Подключение с неверной полярностью может вызвать неисправность как нагрузки, так и самого аккумулятора (из-за превышения тока, перегрева и т.п.). Поэтому в случае сомнений лучше перепровериться мультиметром. Надо перевести его в режим постоянного тока и приложить щупы к терминалам батарейки.

Особенности зарядки и характеристики 18650
Индикация при верной полярности подключения – знак «минус» отсутствует

Если на дисплее тестера значение напряжения индицируется со знаком «минус», значит, плюсовой вывод тестера подключен к минусовому электроду элемента, а минусовой – к плюсовому. Если напряжение индицируется без знака «минус», значит, каждый вывод подключен к соответствующему по полярности электроду – положительный к положительному, отрицательный – к отрицательному.

Особенности зарядки и характеристики 18650
Индикация при неверной полярности подключения – знак «минус» индицируется

Виды и типы аккумуляторов 18650

Несмотря на общее название класса возобновляемых источников питания – литий-ионные батареи – под этим названием скрывается несколько подкатегорий, различающихся по используемому активному веществу и некоторым потребительским свойствам. Для удобства сравнения разновидностей Li-ion элементов характеристики батарей 18650 различного исполнения сведены в таблицу.

Тип аккумулятораМатериал анодаМатериал катодаДостоинстваНедостатки
Литий-кобальтовыекобальтат лития LiCoO2Графит на медной фольгеВысокая удельная энероемкостьНетолерантность к повышенным токам зарядки, невысокий ресурс, невысокая токоотдача
Литий-марганцевыелитий-марганцевая шпинель LiMn2O4Графит на медной фольгеВозможность зарядки повышенным током, высокая токоотдача.Сниженная энергоемкость
Литий-никель-марганец-кобальт-оксидныеСоединение лития, никеля, кобальтаГрафит на медной фольгеВозможность получать заданные характеристики сочетанием активных веществПовышенная стоимость
Литий-железофосфатныелитий-феррофосфат LiFePO4Графит на медной фольгеПовышенная стойкость к перезаряду, высокая токоотдача, повышенный ресурсПлохая терпимость к пониженным температурам, несколько сниженная энергоемкость
Литий-никель-кобальт-алюминий-оксидныеСоединение лития, алюминия, кобальтаГрафит на медной фольгеВысокая энергоемкость, повышенный ресурсПовышенная пожароопасность, высокая стоимость
Литий-титанатныеЛюбой на основе литияпентатитанат лития (Li4Ti5O12)Повышенный зарядный ток, ускоренная зарядка, высокая надежность, широкий диапазон рабочих температур (в области отрицательных значений)Сниженное рабочее напряжение (2,4 вольта), меньшая удельная энергия

Расшифровка маркировки

Единого стандарта маркировки элементов рассматриваемого типоразмера нет. Но большинство производителей все же придерживается определенных правил. Они предусматривают буквенную маркировку из трех литер IXR, где:

  • I означает Li-ion технологию;
  • X – тип активного вещества катода;
  • R – Rechargeable (перезаряжаемый).

На месте литеры X могут быть различные буквы, образующие сочетания:

Буквенное сочетаниеТип активного вещества
ICRЛитий-кобальт
IMRЛитий-марганец
INRЛитий-никель-кобальт-марганец
IFRЛитий-феррофосфат

Элементы с катодами из лития, алюминия, кобальта обозначаются NCR или NCA.

Далее следуют цифры 18650, обозначающие типоразмер, а следующими двумя цифрами может быть обозначена емкость ячейки. Так, аккумулятор, на корпус которого нанесено ICR18650-26F произведен по литий-кобальтовой технологии и имеет емкость 2600 мА*ч.

Особенности зарядки и характеристики 18650
Аккумулятор ICR18650-26F

Не все производители придерживаются подобных принципов. Так, компания LG только в 2019 году перешла к этой системе, а ранее применялась маркировка вида LGDS318650, где DS – наименование модели. У других производителей встречаются и другие варианты обозначений. Так, Panasonic наряду со стандартной маркировкой применяет обозначение CGR и специфическую маркировку характеристик. Так, элемент CGR18650CG может выдать наибольший ток в 430 мА, а CGR18650CE – в 540 мА при равных напряжении 3,6 вольт и емкости 2250 мА*ч. У Sony можно встретить обозначение SE US18650GR, а линейку высокотоковых ячеек этот производитель обозначает дополнительными литерами VTC (VTC6/7/8) и т.п.

Особенности зарядки и характеристики 18650
Высокотоковый аккумулятор от Sony US18650VTC6

Особенности зарядки

Оптимальным для элементов 18650, как и других источников на основе лития, считается двухступенчатая зарядка. Первый этап производится стабильным током, второй – стабильным напряжением. На самом деле многие зарядные устройства второй этап заменяют режимом ступенчатого снижения тока, а более простые – просто снижают зарядный ток.

Самые простые зарядники вторую стадию подзарядки не обеспечивают. Это не позволяет полностью использовать емкость элемента.

Особенности зарядки и характеристики 18650
График заряда батарей 18650 в два этапа

Минимально и максимально допустимое напряжение для 18650

Разряжать Li-ion элементы можно до напряжения 2,75 (минимум – 2,5) вольта. Все, что ниже, считается глубоким разрядом, который снижает емкость аккумулятора и даже может привести к выходу его из строя.

В интернете можно найти советы по восстановлению банок, ушедших в глубокий разряд. Эффективность этих способов примерно нулевая, а некоторые (например, зарядка «ударным» током) откровенно опасны и могут привести к возгоранию.

Номинальным напряжением полностью заряженного литий-ионного элемента считается 3,7 вольта. Можно зарядить аккумулятор до 4,2 вольта, но не выше. Li-ion элементы очень не любят перезаряд, это может привести к возгоранию элемента и взрыву. Тушить литий-ионные источники крайне сложно. Заливание водой приведет лишь к усилению реакции из-за выделения водорода. Перекрывать доступ кислорода также малоэффективно – в аккумуляторе есть все вещества, необходимые для поддержания горения.

Читайте также
Как своими руками сделать точечную сварку для 18650

 

Каким током заряжать аккумулятор 18650

Оптимальным для заряда Li-ion аккумуляторов считается ток, равный 0,5..1 от его емкости С. Так, элемент с заявленной характеристикой в 2400 мА*ч, можно заряжать током от 1,2 до 2,4 А. Меньший зарядный ток может продлить ресурс элемента, но и увеличит время зарядки. Больший ток заряда уменьшит срок службы аккумулятора, несмотря на заверения поклонников Quick Charge и подобных технологий.

Сколько заряжается элемент 18650

Корректного ответа на этот вопрос не существует. Время зарядки зависит, в основном, от сочетания нескольких факторов:

  • фактической емкости батареи;
  • уровня остаточного заряда;
  • зарядного тока.

Сочетание этих факторов может быть различным, поэтому и время заряда может значительно различаться.

Существуют и дополнительные условия, влияющие на время пополнения запаса энергии – температура, восприимчивость аккумулятора к ней (старые элементы более чувствительны) и т.п.

Отличия в зарядке АКБ с защитной микросхемой и без нее

Если батарея оснащена платой защиты (это можно определить по наличию вентиляционных отверстий с одного или двух торцов корпуса), то это наиболее безопасный вариант. Схема разорвет цепь заряда при достижении наибольшего допустимого уровня напряжения (а также не даст уйти аккумулятору в глубокий разряд, отключив нагрузку). Такую батарею достаточно вставить в зарядное устройство.

Если защита у аккумулятора отсутствует, контролировать уровень заряда придется самостоятельно (или довериться зарядному устройству). Если заряжается батарея из нескольких последовательно соединенных аккумуляторов без плат индивидуальной защиты, то из-за разброса характеристик может возникнуть коллизия. Часть элементов уже будет заряжена, часть еще будет требовать пополнения энергии. Чтобы избежать перезаряда одних элементов и недозаряда других, в этом случае применяют специальные устройства, называемые балансирами (BMS). Такая плата отслеживает уровень напряжения на каждой ячейке. При достижении необходимого уровня заряженная банка закорачивается и выводится из процесса зарядки.

Особенности зарядки и характеристики 18650
Плата BMS на 3 банки 18650

Как зарядить аккумулятор 18650 без зарядного устройства

Аккумулятору 18650, как и любому перезаряжаемому элементу, безразлично, что служит источником электрической энергии для заряда. Главные условия:

  • чтобы напряжение было не меньше 4,2 вольта;
  • чтобы источник выдавал при этом напряжении достаточный ток.

Поэтому зарядить литий-ионную батарею можно от любого источника тока. Например, от лабораторного источника питания. На нем можно выставить максимальное напряжение и наибольший ток, поэтому такая зарядка будет безопасной.

Особенности зарядки и характеристики 18650
Зарядка малым током глубоко разряженной ячейки от лабораторного источника питания

Можно зарядить ячейку и от обычного зарядного устройства, выдающего напряжение стандарта USB. Для этого от шнура зарядника надо отрезать выходной разъем, зачистить провода и закрепить их (например, скотчем). Еще лучше использовать для подключения специальный холдер. Следить за уровнем заряда придется самостоятельно.

Таким способом можно заряжать только батареи с защитной платой. Незащищенные банки могут уйти в перезаряд, что легко вызовет возгорание.

Если предполагается и впредь заряжать аккумуляторы от телефонного ЗУ или от другого источника стандарта USB, лучше сделать зарядное устройство на базе готовой платы на основе микросхемы TP4056. Приобрести ее можно в интернете. Ток заряда выставляется резистором, подключенным к выводу 2 микросхемы.

Особенности зарядки и характеристики 18650
Схема самодельного ЗУ на TC4056

Разработчики довели безопасность эксплуатации элементов 18650 до высокого уровня. При их использовании достаточно соблюдать самые простые правила, и электрохимические источники тока прослужат пользователю верой и правдой долгое время.

Становой Алексей

Инженер-электроник. Работаю в мастерской по ремонту бытовых приборов. Увлекаюсь схемотехникой.

Оцените автора
( Пока оценок нет )
Запитка
Добавить комментарий

Этот сайт защищен reCAPTCHA и применяются Политика конфиденциальности и Условия обслуживания применять.

Adblock
detector