Pengecasan 18650 Dikuasakan USB: Cara Memilih Litar Pengecasan Selamat

Bolehkah anda mengecas 18650 bateri dengan USB?

Jawapannya ya—tetapi hanya apabila USB digunakan sebagai sumber kuasa input untuk litar pengecasan litium-ion yang sesuai. Kabel USB, penyesuai telefon atau port USB-C tidak menyediakan profil pengecasan terkawal yang diperlukan oleh sel 18650 secara automatik.

Bateri 18650 memerlukan keadaan pengecasan yang dipadankan dengan kimia, julat voltan, keperluan semasa dan seni bina perlindungannya. Sistem pengecasan mungkin termasuk input USB, IC pengecasan, peringkat penukaran kuasa, PCM atau BMS, penderia suhu, penyambung dan pek bateri.

Bagi pengguna, persoalan utama ialah sama ada modul pengecasan USB tertentu serasi dengan bateri. Bagi jurutera OEM, persoalan yang lebih penting ialah sama ada seni bina pengecasan berkuasa USB yang lengkap akan kekal selamat, stabil dan boleh berulang di dalam peranti siap.

Prinsip asas pengecasan litium-ion diliputi dalam proses pengecasan bateri 18650 yang selamat . Artikel ini memfokuskan pada keputusan reka bentuk sistem di sebalik pengecasan 18650 berkuasa USB.

Jawapan Pantas: Bolehkah Anda Mengecas Bateri 18650 dengan USB?

Ya, tetapi USB mesti membekalkan litar pengecasan yang serasi dan bukannya menyambung terus ke bateri.

Sistem pengecasan 18650 berkuasa USB yang betul hendaklah:

• gunakan USB sebagai sumber kuasa input;

• mengawal arus dan voltan pengecasan;

• sepadan dengan bilangan sel dalam siri;

• menyokong kimia litium-ion yang betul;

• termasuk perlindungan yang sesuai atau fungsi pengurusan bateri;

• mengawal suhu pengecasan;

• menyediakan penamatan caj yang betul;

• gunakan penyambung, kabel dan reka bentuk kepungan yang serasi.

Jangan sambungkan sel 18650 kosong terus kepada:

• kabel USB;

• pengecas telefon;

• penyesuai kuasa USB-C;

• port USB komputer;

• bekalan kuasa yang tidak dikonfigurasikan;

• modul bateri generik dengan spesifikasi yang tidak diketahui.

Perbezaan praktikal adalah mudah:

USB boleh menjadi sebahagian daripada sistem pengecasan 18650 yang selamat, tetapi USB sahaja bukanlah pengecas.

Badan Utama

1. Fahami Seni Bina Pengecasan Dikuasakan USB

Sistem 18650 berkuasa USB biasa mengikut struktur ini:

Sumber Kuasa USB ↓ Perlindungan Input dan Pengurusan Kuasa ↓ IC Pengecasan Li-Ion ↓ PCM atau BMS ↓ Pek Sel atau Bateri 18650

Susunan tepat bergantung pada sama ada bateri adalah:

• satu sel standard 18650;

• beberapa sel bersambung selari;

• pek siri berbilang sel;

• bateri boleh tanggal;

• pek bateri OEM bersepadu;

• bateri pintar dengan fungsi komunikasi.

Peranti pengguna padat boleh menggabungkan penyambung USB, pengecasan IC dan litar perlindungan pada satu PCB. Bateri OEM yang lebih besar mungkin menggunakan papan pengecas berasingan, sistem pengurusan bateri dan penyambung tersuai.

Litar pengecasan mesti dinilai sebagai sebahagian daripada sistem yang lengkap. Modul yang berfungsi dengan satu sel 18650 yang dilindungi mungkin tidak sesuai untuk pek bateri 2S atau 3S.

2. Kuasa USB dan Pengecasan Bateri Adalah Fungsi Berbeza

Sumber kuasa USB biasanya memberikan voltan keluaran yang ditetapkan dan arus maksimum yang tersedia. Ia tidak secara automatik mengetahui:

• keadaan cas bateri;

• kimia bateri;

• voltan pengecasan yang diperlukan;

• arus pengecasan yang betul;

• apabila pengecasan harus berhenti;

• sama ada suhu sel boleh diterima;

• sama ada bateri mempunyai keadaan tidak normal.

IC pengecasan litium-ion bertanggungjawab untuk mengawal keadaan ini. Bergantung pada litar, ia boleh menguruskan:

• prapengecasan sel yang sangat dinyahcas;

• pengecasan arus malar;

• pengecasan voltan malar;

• peraturan caj semasa;

• penamatan caj;

• peraturan haba;

• had input-arus;

• petunjuk status pengecasan.

Oleh itu, penyesuai USB ialah sumber kuasa huluan. Litar pengecasan ialah peranti yang menukar input itu kepada proses pengecasan bateri terkawal.

Perbezaan ini amat penting apabila menggunakan pengecas telefon. Pengecas telefon boleh memberikan kuasa kepada litar pengecasan yang serasi, tetapi ia tidak boleh dianggap sebagai pengecas universal untuk sel 18650 kosong.

3. Padankan Litar dengan Konfigurasi Bateri 18650

Soalan elektrik pertama bukanlah sama ada bateri dilabelkan '18650.' Ia adalah cara sel dikonfigurasikan.

Bateri 1S sel tunggal

Satu sel 18650 tunggal, atau kumpulan selari yang direka bentuk untuk beroperasi sebagai satu kumpulan siri, boleh menggunakan litar pengecasan litium-ion sel tunggal.

Litar mesti masih sepadan:

• kimia sel;

• voltan pengecasan maksimum sel;

• arus pengecasan yang diperlukan;

• kapasiti sel selari;

• susunan perlindungan;

• beban pengendalian peranti.

Litar pengecasan sel tunggal tidak sesuai secara automatik untuk setiap sel 18650.

Pek siri berbilang sel

Pek 2S, 3S atau lebih besar memerlukan seni bina pengecasan yang direka bentuk untuk bilangan sel yang disambungkan secara bersiri.

Sistem mungkin memerlukan:

• pengecas berbilang sel;

• BMS;

• pemantauan voltan sel;

• mengimbangi;

• peringkat penukaran input-voltan yang sesuai;

• pengecas yang serasi dengan jumlah voltan pek.

Modul pengecasan USB sel tunggal tidak boleh digunakan untuk mengecas pek siri berbilang sel.

Untuk pek bateri OEM, konfigurasi sel hendaklah disahkan sebelum memilih pengecas, BMS, penyambung atau input USB. Yang ada Penyelesaian bateri litium 18650 boleh dinilai mengikut voltan, kapasiti dan keperluan pembungkusan peranti.

4. Sahkan Kimia Bateri dan Voltan Caj

Format 18650 menerangkan bentuk fizikal sel silinder. Ia tidak mentakrifkan kimia atau voltan pengecasan dengan sendirinya.

Banyak sel 18650 menggunakan kimia litium-ion konvensional dan biasanya dinyatakan dengan voltan nominal sekitar 3.6 V atau 3.7 V. Voltan pengecasan maksimumnya selalunya sekitar 4.2 V setiap sel, tetapi nilai sebenar mesti disahkan daripada lembaran data sel yang diluluskan.

Sel silinder lain mungkin menggunakan kimia yang berbeza, seperti fosfat besi litium. Sel-sel ini memerlukan keadaan pengecasan yang berbeza.

Sebelum meluluskan litar pengecasan berkuasa USB, sahkan:

• kimia sel;

• voltan nominal;

• voltan pengecasan maksimum;

• voltan pelepasan minimum;

• arus pengecasan yang disyorkan;

• suhu pengecasan yang dibenarkan;

• penyimpanan dan keadaan operasi.

Pengecas tidak boleh dipilih hanya kerana saiz bateri fizikal adalah sama. Dua sel dengan dimensi 18650 yang sama mungkin memerlukan parameter pengecasan yang berbeza.

5. Padankan Arus Pengecasan ke Sel dan Input USB

Arus pengecasan menjejaskan masa pengecasan, suhu, penuaan bateri dan permintaan kuasa sistem.

Arus pengecasan yang betul bergantung pada:

• kapasiti sel;

• spesifikasi pengeluar sel;

• masa pengecasan yang dikehendaki;

• keadaan terma;

• Keupayaan input USB;

• mengecas had IC;

• beban peranti semasa mengecas;

• konfigurasi pek bateri.

Untuk kumpulan bateri selari, arus pengecasan mungkin perlu dinilai berdasarkan jumlah kapasiti dan arus yang disyorkan pengeluar untuk kumpulan lengkap.

Arus sisi USB tidak semestinya sama dengan arus pengecasan bahagian bateri. Apabila penukaran voltan digunakan, arus input bergantung kepada kecekapan dan voltan operasi.

Anggaran kuasa asas ialah:

Kuasa input ≈ Kuasa pengecasan bateri ÷ Kecekapan penukaran

Atau:

Pinput ≈ (Vbattery × Icharge) ÷ η

di mana:

• Pinput ialah anggaran kuasa input;

• Vbateri ialah voltan pengecasan bateri;

• Icharge ialah arus pengecasan bahagian bateri;

• η ialah kecekapan penukaran.

Jika peranti beroperasi semasa mengecas, sumber USB juga mesti membekalkan beban peranti:

Jumlah kuasa input ≈ Kuasa pengecasan + Kuasa pengendalian peranti + Kehilangan penukaran

Penyesuai yang dilabelkan dengan arus keluaran USB yang tinggi tidak bermakna bateri harus dicas pada arus tersebut. IC pengecasan dan spesifikasi sel menentukan arus sisi bateri yang sesuai.

6. Fahami Apa yang Sebenarnya Disediakan USB-C dan USB-C PD

USB-C ialah penyambung dan standard antara muka. Penghantaran Kuasa USB-C juga boleh merundingkan profil kuasa yang berbeza antara sumber dan sinki yang serasi.

Baik USB-C mahupun USB-C PD tidak menggantikan litar pengecasan litium-ion.

Reka bentuk pengecasan USB-C mungkin memerlukan:

• Perlindungan port USB-C;

• konfigurasi peranan kuasa;

• pengawal sinki atau rundingan PD jika berkenaan;

• perlindungan voltan lampau input;

• kawalan input-arus;

• IC pengecasan litium-ion;

• peringkat penukaran DC-DC yang sesuai;

• Penyepaduan BMS atau PCM;

• pemantauan haba.

Sumber USB-C PD mungkin memberikan voltan yang lebih tinggi selepas perundingan yang berjaya. Voltan yang lebih tinggi itu mesti dihantar ke peringkat penukaran kuasa atau pengecasan yang serasi. Ia tidak boleh digunakan terus ke sel 18650.

Untuk peranti sel tunggal yang ringkas, input USB terkawal boleh menyuapkan IC pengecasan sel tunggal. Untuk pek bateri yang lebih besar, USB-C PD boleh digunakan sebagai sumber kuasa huluan untuk pengecas yang lebih kompleks, tetapi pengecas mesti masih direka bentuk untuk konfigurasi siri bateri.

Prinsip reka bentuk yang betul ialah:

USB-C mentakrifkan cara kuasa memasuki produk. Litar pengecasan mentakrifkan cara bateri dicas.

7. Pilih PCM atau BMS yang Sesuai

IC pengecasan dan perlindungan atau sistem pengurusan melaksanakan fungsi yang berbeza.

PCM boleh menyediakan perlindungan asas seperti:

• perlindungan caj berlebihan;

• perlindungan lebihan pelepasan;

• perlindungan arus lebih;

• perlindungan litar pintas.

BMS yang lebih maju mungkin juga menyokong:

• pemantauan voltan sel;

• mengimbangi;

• penderiaan suhu;

• pengukuran semasa;

• anggaran keadaan caj;

• komunikasi dengan peranti hos;

• kawalan pengecasan dan pelepasan.

BMS tidak menggantikan pengecas litium-ion yang serasi secara automatik. Ia mungkin memutuskan sambungan bateri apabila keadaan tidak normal berlaku, tetapi sistem pengecasan masih perlu menyediakan profil arus dan voltan yang betul.

Sistem perlindungan hendaklah dinyatakan bersama-sama dengan:

• bilangan sel;

• konfigurasi siri dan selari;

• arus berterusan;

• arus puncak;

• mengecas semasa;

• keperluan sensor suhu;

• pinout penyambung;

• keperluan komunikasi.

Perbezaan antara perlindungan asas dan pengurusan lanjutan dijelaskan dalam Pemilihan PCM dan BMS untuk pek bateri litium.

Untuk sel 18650 yang dilindungi dan tidak dilindungi, kaedah pengecasan mesti masih serasi dengan reka bentuk sel dan pek. Sel yang dilindungi tidak menjadikan sambungan USB yang tidak sesuai selamat.

8. Periksa Reka Bentuk Port USB, Kabel dan Penyambung

Bateri berkuasa USB juga merupakan masalah mekanikal dan reka bentuk antara muka.

Pasukan produk harus menentukan:

• jenis penyambung USB;

• keperluan kuasa input;

• jenis kabel;

• panjang kabel;

• pengekalan penyambung;

• lokasi pelabuhan;

• perlindungan kemasukan;

• kekutuban terbalik atau perlindungan sambungan salah;

• pemisahan antara muka mengecas dan menyahcas;

• melegakan ketegangan;

• akses perkhidmatan.

Kabel dan penyambung boleh menjejaskan penurunan voltan, kenaikan suhu dan kebolehpercayaan jangka panjang. Penyambung kecil mungkin mencukupi secara elektrik untuk prototaip tetapi secara mekanikal tidak sesuai untuk kegunaan pengeluaran berulang.

Port USB juga harus diperiksa pada kepungan:

• Adakah terdapat kelegaan yang mencukupi di sekeliling penyambung?

• Bolehkah kabel bengkok tanpa menekankan PCB?

• Adakah port terdedah kepada kelembapan atau habuk?

• Bolehkah pengguna memasukkan penyambung dengan salah?

• Adakah kabel mengganggu bateri?

• Adakah pelabuhan berhampiran dengan komponen penghasil haba?

Soalan ini penting apabila penyambung USB dipasang terus pada pek bateri tersuai atau di dalam peranti padat.

9. Pertimbangkan Reka Bentuk Terma Semasa Pengecasan USB

Pengecasan menghasilkan haba dalam bateri, pengecasan IC, komponen penukaran kuasa, penyambung dan kabel.

Suhu boleh meningkat kerana:

• arus pengecasan tinggi;

• kerugian penukaran;

• operasi peranti serentak;

• pelesapan haba yang lemah;

• ruang kepungan terhad;

• komponen penghasil haba berdekatan;

• suhu ambien yang tinggi;

• sel tua atau rintangan tinggi.

Reka bentuk terma harus mempertimbangkan:

• mengecas semasa;

• kawasan tembaga PCB;

• penilaian suhu komponen;

• suhu bateri;

• bahan kepungan;

• aliran udara atau pengaliran haba;

• mengecas semasa beroperasi;

• lokasi sensor suhu;

• had suhu pengecasan.

Litar pengecasan yang berfungsi dengan baik pada bangku terbuka mungkin berjalan lebih panas di dalam produk siap. Oleh itu, pengesahan OEM harus dilakukan dengan bateri akhir, pengecas, penutup, kabel dan beban peranti.

10. Tentukan Antara Modul Pengecasan dan Reka Bentuk Pengecasan OEM

Modul pengecasan USB di luar rak boleh berguna semasa prototaip awal, tetapi ia tidak boleh dianggap secara automatik sebagai penyelesaian pengeluaran.

Sebelum menggunakan modul, sahkan:

• kimia sel yang disokong;

• konfigurasi siri yang disokong;

• kapasiti bateri maksimum;

• julat pengecasan-semasa;

• tetapan cas-voltan;

• fungsi perlindungan;

• tingkah laku haba;

• julat input-voltan;

• keperluan penyambung dan kabel;

• dokumentasi pengeluaran;

• ketersediaan komponen.

Reka bentuk OEM tersuai mungkin lebih sesuai apabila produk memerlukan:

• antara muka USB-C khas;

• pek bateri berbilang sel;

• mengecas semasa beroperasi;

• arus pengecasan tinggi;

• kandang padat;

• komunikasi BMS tersuai;

• pemantauan suhu;

• penyambung dan kabel tetap;

• kebolehkesanan pengeluaran;

• kawalan komponen jangka panjang.

Bateri, pengecas dan sistem perlindungan harus diluluskan sebagai satu sistem dan bukannya sebagai komponen yang tidak berkaitan.

11. Sahkan Sistem Bateri Dikuasakan USB Lengkap

Reka bentuk 18650 berkuasa USB harus diuji dengan konfigurasi siap.

Pengesahan elektrik

Semak:

• Voltan input USB;

• had input-semasa;

• mengecas voltan;

• arus pengecasan bahagian bateri;

• penamatan caj;

• kekutuban pek;

• penurunan voltan;

• semasa siap sedia;

• beban peranti semasa mengecas;

• mulakan semula tingkah laku selepas penyambungan semula USB.

Pengesahan perlindungan

Semak fungsi yang berkenaan:

• perlindungan caj berlebihan;

• perlindungan lebihan pelepasan;

• perlindungan arus lebih;

• perlindungan litar pintas;

• perlindungan suhu berlebihan;

• perlindungan pengecasan bawah suhu;

• tindak balas ketidakseimbangan sel;

• tingkah laku komunikasi.

Ujian perlindungan hendaklah dilakukan oleh kakitangan yang berkelayakan menggunakan prosedur ujian yang diluluskan dan kawalan keselamatan yang sesuai. Jangan lakukan litar pintas manual, menusuk, membuka atau pemulihan paksa bateri litium.

Pengesahan terma

ukur:

• suhu sel;

• mengecas suhu IC;

• suhu BMS;

• Suhu penyambung USB;

• suhu terminal kabel;

• suhu permukaan kandang;

• suhu semasa pengecasan dan operasi serentak.

Pengesahan peringkat peranti

Uji bateri di dalam produk siap semasa:

• operasi biasa;

• operasi beban maksimum;

• permulaan;

• penutupan;

• siap sedia;

• sambungan USB berulang dan pemotongan sambungan;

• mengecas semasa beroperasi;

• keadaan suhu ambien yang realistik.

Ujian bangku mungkin lulus semasa peranti siap masih mengalami penurunan voltan, pengumpulan haba, tekanan penyambung atau penutupan yang tidak dijangka.

12. Kesilapan Mengecas USB 18650 Biasa

Menyambung kabel USB terus ke sel kosong

Kabel USB membekalkan kuasa tetapi tidak mengawal proses pengecasan sel.

Menganggap pengecas telefon sebagai pengecas bateri universal

Penyesuai telefon mungkin menghidupkan litar pengecasan yang serasi, tetapi ia tidak sesuai secara automatik untuk sambungan terus ke sel 18650.

Menggunakan modul sel tunggal untuk pek siri

Pengecas 1S tidak sesuai untuk pek bateri siri 2S, 3S atau lebih besar melainkan seni bina lengkap direka khusus untuk konfigurasi tersebut.

Andaikan USB-C PD ialah pengecas bateri

USB-C PD boleh merundingkan profil kuasa input, tetapi ia tidak melaksanakan kawalan pengecasan bateri yang diperlukan dengan sendirinya.

Dengan mengandaikan BMS menggantikan pengecas

BMS mungkin menyediakan pemantauan dan perlindungan, tetapi ia tidak semestinya memberikan profil pengecasan lengkap yang diperlukan oleh bateri.

Memilih pengecas mengikut bentuk bateri sahaja

Format 18650 tidak mengenal pasti kimia sel, voltan pengecasan atau arus pengecasan yang disyorkan.

Mengabaikan operasi peranti serentak

Sumber USB mesti menyokong kedua-dua beban peranti dan permintaan pengecasan bateri apabila produk beroperasi semasa mengecas.

Meluluskan modul tanpa ujian kepungan

Tingkah laku terma, tegasan penyambung dan penghalaan kabel boleh berubah dengan ketara selepas sistem pengecasan dipasang dalam produk akhir.

Soalan Lazim

Bolehkah saya menyambungkan kabel USB terus ke bateri 18650?

Tidak. Kabel USB atau penyesuai tidak boleh disambungkan terus ke sel 18650 kosong. Bateri memerlukan litar pengecasan litium-ion yang serasi yang mengawal voltan pengecasan, arus dan penamatan.

Bolehkah sumber USB 5 V mengecas sel 4.2 V 18650?

Sumber USB 5 V mungkin kuasa litar pengecasan sel tunggal yang sesuai, tetapi ia tidak boleh disambungkan terus ke sel. Litar pengecasan mesti mengawal input dan menyediakan profil pengecasan bahagian bateri yang betul.

Bolehkah USB-C PD mengecas bateri 18650?

USB-C PD boleh memberikan kuasa input kepada seni bina pengecasan bateri yang serasi. Ia tidak menggantikan IC pengecasan, penukar DC-DC atau BMS yang diperlukan oleh konfigurasi bateri.

Bolehkah satu modul USB mengecas pek bateri 2S atau 3S 18650?

Hanya jika modul dan sistem pengecasan lengkap direka khusus untuk konfigurasi siri tersebut. Modul pengecasan sel tunggal tidak boleh digunakan untuk pek siri berbilang sel.

Adakah bateri 18650 yang dilindungi memerlukan litar pengecasan USB?

ya. Perlindungan yang dibina ke dalam sel tidak menghilangkan keperluan untuk pengecas yang serasi. Sistem pengecasan mesti masih sepadan dengan keperluan kimia sel, voltan dan arus.

Bolehkah saya menggunakan pengecas telefon dengan bateri 18650?

Pengecas telefon boleh digunakan sebagai sumber input untuk litar pengecasan yang serasi. Ia tidak boleh disambungkan terus ke sel 18650 atau digunakan sebagai pengganti pengecas bateri litium-ion.

Adakah modul pengecasan USB di luar rak sesuai untuk pengeluaran OEM?

Ia mungkin sesuai untuk prototaip awal selepas spesifikasinya disahkan. Untuk pengeluaran, modul hendaklah disahkan dengan sel akhir, BMS, kepungan, penyambung, beban peranti dan keadaan pengecasan.

Apakah maklumat yang perlu diberikan oleh OEM apabila meminta penyelesaian bateri 18650 berkuasa USB?

Menyediakan:

• kimia sel;

• konfigurasi siri dan selari;

• voltan nominal;

• kapasiti;

• sasaran masa pengecasan;

• Jenis input USB;

• mengecas semasa;

• arus peranti biasa dan puncak;

• keperluan mengecas semasa operasi;

• kekangan penyambung dan kepungan;

• suhu operasi;

• BMS atau keperluan komunikasi.

Kesimpulan

USB boleh digunakan untuk mengecas bateri 18650, tetapi port USB hanyalah permulaan seni bina pengecasan.

Sistem yang boleh dipercayai mesti sepadan dengan kimia bateri, konfigurasi sel, voltan pengecasan, arus, sistem perlindungan, antara muka USB, reka bentuk terma dan beban peranti. USB-C dan USB-C PD boleh meningkatkan fleksibiliti input, tetapi ia tidak menggantikan IC pengecasan atau BMS yang diperlukan oleh pek bateri.

Untuk aplikasi OEM, bateri lengkap, litar pengecasan, sistem perlindungan, penyambung dan penutup hendaklah disahkan bersama. Pendekatan ini membantu mengelakkan bahaya sambungan terus, ketidakstabilan pengecasan, terlalu panas dan ketidakserasian antara sampel yang diluluskan dan peranti pengeluaran akhir.

Perlukan penyelesaian bateri 18650 berkuasa USB untuk peranti OEM? Hubungi ZERNE untuk reka bentuk pek bateri litium tersuai dan sokongan sistem pengecasan.