Beschermde versus onbeschermde 18650-batterijen

Beschermde en onbeschermde 18650-batterijen zijn ontworpen voor verschillende soorten toepassingen. Een beschermde 18650-batterij bevat een klein beveiligingscircuit, meestal bevestigd aan de cel. Een onbeschermde 18650-batterij biedt geen bescherming op celniveau en moet voor de veiligheidscontrole afhankelijk zijn van het apparaat of de batterij.

Beschermde cellen zijn vaak geschikt voor zelfstandige eencellige apparaten waarbij gebruikers de batterij kunnen verwijderen en vervangen. Onbeschermde cellen worden vaker gebruikt als componenten in professioneel ontworpen batterijpakketten met een geschikt PCM of BMS.

De betere optie hangt af van de toepassing. Celconfiguratie, huidige vraag, beschikbare ruimte, laderontwerp, BMS-architectuur en gebruikerstoegang moeten allemaal in overweging worden genomen voordat een beschermde of onbeschermde 18650-batterij wordt geselecteerd.

Beschermde versus onbeschermde 18650-batterijen: snelle vergelijking

Een beveiligingscircuit kan bepaalde risico's verminderen, maar het maakt een beschadigde cel niet veilig en vervangt geen compatibele oplader.

Wat is een beschermde 18650-batterij?

Een beschermde 18650-batterij is een cilindrische cel met een extra beveiligingscircuit. Het circuit wordt gewoonlijk een beveiligingsbord, beveiligings-PCB of PCM genoemd.

Het circuit wordt meestal aan het ene uiteinde van de cel geïnstalleerd en aangesloten op de positieve en negatieve aansluitingen. Het bewaakt de toestand van de accu en verbreekt de verbinding met het elektrische pad wanneer een vooraf ingestelde foutconditie wordt gedetecteerd.

Hoe werkt het beveiligingscircuit?

Een beveiligingscircuit maakt doorgaans gebruik van een beveiligings-IC en MOSFET-schakelaars om de cel te bewaken. Wanneer de cel binnen het toegestane bereik werkt, kan de stroom normaal stromen. Wanneer een onveilige toestand wordt gedetecteerd, kunnen de MOSFET's het laden of ontladen onderbreken.

Afhankelijk van het ontwerp kan een beschermde 18650-batterij bescherming bieden tegen:

• Overladen

• Overmatig ontladen

• Overmatige laadstroom

• Overmatige ontlaadstroom

• Kortsluitingen

• Enkele voorwaarden voor omgekeerde aansluiting

• Oververhittingsomstandigheden waarbij temperatuurdetectie is inbegrepen

De exacte beveiligingsfuncties variëren per model. De overstroomlimiet, spanningsdrempels, vertragingstijd en herstelmethode van het circuit moeten worden bevestigd in de productspecificatie.

Wat zijn de voordelen van beschermde 18650-batterijen?

Beschermde cellen zijn handig wanneer de batterij wordt gebruikt als verwijderbare stroombron. De cel bevat een basisbeschermingslaag zonder dat de ontwerper van de apparatuur elke beveiligingsfunctie afzonderlijk hoeft toe te voegen.

Potentiële voordelen zijn onder meer:

• Gemakkelijkere integratie in eenvoudige eencellige apparaten

• Extra bescherming tijdens onbedoelde kortsluiting

• Lager risico op overmatige ontlading

• Gemakkelijker in gebruik bij vervangingstoepassingen

• Minder afhankelijkheid van de gebruiker die de juiste instellingen voor batterijbeheer selecteert

Een beschermde cel heeft echter nog steeds een geschikte oplader en een compatibel apparaat nodig. Het beveiligingscircuit is een veiligheidsmechanisme, geen compleet oplaadsysteem.

Wat zijn de beperkingen van beschermde cellen?

Het extra circuit kan de fysieke en elektrische eigenschappen van de cel beïnvloeden.

Veel voorkomende beperkingen zijn onder meer:

• Verhoogde totale lengte

• Iets grotere diameter

• Toegevoegd gewicht

• Extra elektrische weerstand

• Lagere stroomlimiet dan de onderliggende cel

• Mogelijke beveiligingsuitschakelingen tijdens hoge opstartstroom

• Beperkte compatibiliteit met nauwsluitende batterijcompartimenten

Een zaklamp of draagbaar product dat is ontworpen voor een 18650-cel met standaardlengte accepteert mogelijk geen beschermde versie. De batterijlengte, het ontwerp van de positieve pool en de stroomvereisten moeten vóór gebruik worden gecontroleerd. De extra lengte, diameter, terminalstijl en apparaatspeling worden behandeld in de 18650 batterijafmetingen en handleiding voor het passen van het apparaat.

Wat is een onbeschermde 18650-batterij?

Een onbeschermde 18650-batterij is een cel zonder aangesloten beveiligingscircuit. Het wordt soms omschreven als een kale cel, hoewel de cel nog steeds zijn normale buitenmantel en isolerende omhulling heeft.

De cel zelf ontkoppelt het circuit niet actief wanneer deze overbeladen, te diep ontladen, kortgesloten is of wordt blootgesteld aan overmatige stroom. Deze functies moeten worden geleverd door de apparatuur, de beveiligingskaart of het batterijbeheersysteem.

Waarom worden onbeschermde cellen gebruikt in batterijpakketten?

Onbeschermde cellen worden veel gebruikt in speciaal ontworpen batterijpakketten, omdat ze meer flexibiliteit bieden tijdens het ontwerp van de batterij.

Ze kunnen bieden:

• Standaard afmetingen

• Lager gewicht

• Minder componenten binnen elke celgroep

• Beter gebruik van de beschikbare ruimte

• Grotere flexibiliteit voor serie- en parallelle configuraties

• Hogere stroomcapaciteit op systeemniveau indien gecombineerd met de juiste cel en BMS

Een batterijpakket kan meerdere onbeschermde cellen bevatten die in serie en parallel zijn geschakeld. Het BMS op pakketniveau bewaakt de celgroepen en regelt het laad- en ontlaadpad.

Onbeschermde cellen worden daarom normaal gesproken behandeld als componenten van een batterijsysteem in plaats van als complete, door de gebruiker vervangbare batterijen.

Wat zijn de risico's van onbeschermde cellen?

Een onbeschermde cel kan gevaarlijk worden als deze buiten de specificaties wordt opgeladen, opgeslagen of gebruikt.

Belangrijke risico's zijn onder meer:

• Overladen

• Overmatige afscheiding

• Kortsluitingen

• Overmatige stroom

• Onjuiste polariteit

• Incompatibele opladers

• Slechte isolatie

• Celonbalans in een meercellige roedel

• Onbedoeld contact met metalen voorwerpen

Een losse, onbeschermde cel mag niet samen met sleutels, munten, gereedschap of andere geleidende voorwerpen worden vervoerd. Het mag ook niet rechtstreeks worden aangesloten op een generieke voedingsadapter of een geïmproviseerd oplaadcircuit. Losse cellen hebben ook bescherming nodig tijdens opslag, vooral tegen contact met metaal, hitte en vocht; veilige 18650 batterijopslag dekt deze omstandigheden.

Beveiligingscircuit versus GBS

Beschermde 18650-cellen en accupakketten met een BMS bieden beide bescherming, maar zijn niet hetzelfde type systeem.

Eencellig beveiligingscircuit of PCM

Een beveiligingscircuit wordt vaak gebruikt voor een enkele cel of een eenvoudig 1S-batterijpakket.

De belangrijkste functies kunnen zijn:

• Bewaking van één celspanning

• De cel loskoppelen tijdens overladen

• De cel loskoppelen tijdens overmatige ontlading

• Het afsnijden van overmatige laad- of ontlaadstroom

• Bescherming tegen kortsluiting

Een eenvoudig beveiligingscircuit bewaakt doorgaans niet meerdere in serie geschakelde cellen afzonderlijk. Normaal gesproken biedt het ook geen geavanceerde communicatie, schatting van de laadstatus of balancering op systeemniveau.

Batterijbeheersysteem voor meercellige pakketten

Een BMS is ontworpen voor een compleet batterijpakket, vooral wanneer cellen in serie zijn geschakeld.

Een GBS kan het volgende monitoren:

• De spanning van elke seriegroep

• Pak stroom

• Batterij temperatuur

• Overlaad- en overontladingsomstandigheden

• Laad en ontlaad overstroom

• Kortsluitingsomstandigheden

• Celonbalans

• Communicatie- en bedrijfsstatus

Sommige BMS-ontwerpen bieden ook balancerings-, datacommunicatie-, brandstofmeterfuncties of gebeurtenisregistraties.

De spanningsconfiguratie en de beveiligingsarchitectuur zijn gerelateerd, maar beschrijven verschillende ontwerpbeslissingen. De 18650-batterijspanningsgids definieert de nominale, volledige lading- en uitschakelwaarden waaraan het beveiligingsontwerp moet voldoen.

Beschermde 18650 batterijgebruikscassettes

Standalone eencellige apparaten

Beschermde cellen kunnen geschikt zijn voor apparaten die één verwijderbare batterij gebruiken en geen compleet extern beveiligingssysteem hebben.

Mogelijke toepassingen zijn onder meer:

• Zaklampen

• Draagbare ventilatoren

• Kleine elektronische apparaten

• Draagbare meetinstrumenten

• Eenvoudige consumentenproducten

• Eencellige apparatuur met verwijderbare batterijen

Het apparaat moet nog steeds de fysieke grootte en huidige vereisten van de beschermde cel ondersteunen.

Producten waarbij gebruikers met de batterij omgaan

Een beschermde cel kan gemakkelijker te beheren zijn als van gebruikers wordt verwacht dat ze de batterij verwijderen, vervangen, transporteren of opladen.

Het beveiligingscircuit kan de gevolgen van enkele veelvoorkomende fouten verminderen, maar elimineert niet de noodzaak van een correcte behandeling. De batterij moet nog steeds worden beschermd tegen water, pletten, oververhitting en incompatibele oplaadapparatuur.

Lage tot matige huidige toepassingen

Beschermde cellen zijn vaak een praktische keuze voor toepassingen waarbij de huidige vraag binnen de limiet van de beveiligingsplaat ligt.

Bij apparatuur met een hogere stroomsterkte kan de beveiligingskaart de cel loskoppelen tijdens het opstarten of piekbelastingen. De continu- en piekstroomspecificaties moeten daarom worden vergeleken met de werkelijke apparaatbelasting.

Wanneer beschermde cellen mogelijk niet geschikt zijn

Een beschermde cel is mogelijk niet geschikt als:

• Het batterijcompartiment heeft een zeer beperkte ruimte

• Het apparaat vereist een hoge opstartstroom

• De beveiligingskaart kan tijdens normaal gebruik struikelen

• Er moeten meerdere cellen in serie worden geschakeld

• Het pakket heeft geavanceerde celbalancering nodig

• De batterij vereist een aangepast extern BMS

Onbeschermde 18650 batterijgebruikscassettes

Meercellige OEM-batterijpakketten

Onbeschermde cellen worden vaak gebruikt in batterijpakketten van 2S, 3S en hogere series.

In deze structuur:

• Cellen worden vóór de montage geselecteerd en op elkaar afgestemd

• Het GBS wordt gekozen op basis van het serieaantal

• Elke seriegroep wordt gemonitord

• De oplader is afgestemd op het complete pakket

• Isolatie en mechanische ondersteuning worden toegevoegd

• Het voltooide pakket wordt getest als één systeem

Deze aanpak vermijdt het installeren van een afzonderlijk beveiligingsbord op elke cel en geeft de ontwerper meer controle over de volledige batterijarchitectuur.

Batterijpakketten met hoge stroomsterkte

Onbeschermde cellen kunnen de voorkeur hebben voor toepassingen met hoge stroomsterkte wanneer de geselecteerde cel is ontworpen voor de vereiste belasting.

Mogelijke toepassingen zijn onder meer:

• Industriële handapparatuur

• Robotica

• Elektrisch gereedschap

• Drones

• Draagbare apparaten met hoge ontlading

• Motoraangedreven apparatuur

• Op maat gemaakte accupakketten

Het ontbreken van een beveiligingsbord op celniveau betekent niet automatisch dat de cel hoge stroom aankan. De werkelijke prestaties zijn afhankelijk van:

• Celmodel

• Maximale continue ontlaadstroom

• Piekstroom

• Interne weerstand

• Cel temperatuur

• BMS huidige beoordeling

• Busbar- of nikkelstrip-ontwerp

• Connector en draadgrootte

• Koelomstandigheden

Bij de selectie van hoge-stroompakketten moeten ook continue stroom, piekstroom, spanningsval en thermische limieten worden vergeleken, zoals besproken in hoe u een 18650-batterij met een hoog verbruik kiest.

Compacte ontwerpen van batterijpakketten

Onbeschermde cellen zijn vaak gemakkelijker te gebruiken als de ruimte beperkt is, omdat ze over het algemeen dichter bij de standaard 18650-afmetingen blijven.

Ze kunnen worden gerangschikt in een compact pakket met:

• Aangepaste serie- en parallelle configuraties

• Een speciaal GBS

• Geïntegreerde temperatuursensoren

• Aangepaste connectoren

• Geïsoleerde celhouders of structurele steunen

• Een speciaal gebouwde behuizing

Het kleinere celformaat vermindert de behoefte aan bescherming niet. Het vergroot het belang van een goed mechanisch en elektrisch ontwerp.

Beschermde versus onbeschermde 18650-batterijen: welke moet u kiezen?

Kies een beveiligde cel wanneer:

• Het apparaat maakt gebruik van één verwijderbare cel.

• Het product beschikt niet over een geverifieerd extern beveiligingscircuit.

• De gebruiker kan de cel rechtstreeks bedienen.

• De bedrijfsstroom ligt binnen de limieten van het beveiligingscircuit.

• De cel past in het batterijcompartiment.

• Het laadsysteem ondersteunt de celchemie.

Kies een onbeschermde cel wanneer:

• De cellen worden samengevoegd tot een professioneel ontworpen batterijpakket.

• Een geschikt GBS is in het pakket geïntegreerd.

• Het ontwerp vereist een hoge stroomsterkte of compacte afmetingen.

• Meerdere cellen moeten worden gekoppeld en beheerd als één systeem.

• Het pakket wordt gelast, geïsoleerd, omsloten en getest door gekwalificeerd personeel.

Ontwerpoverwegingen voor 18650-batterijpakketten

Zorg ervoor dat de cellen overeenkomen vóór de montage

Meng geen cellen met verschillende:

• Merken

• Modellen

• Capaciteiten

• Interne weerstanden

• Leeftijden

• Laadgeschiedenissen

• Ontladingskenmerken

Cellen die in hetzelfde pakket zijn aangesloten, moeten zo goed mogelijk op elkaar worden afgestemd. Slechte afstemming kan de onbalans vergroten, de bruikbare capaciteit verminderen en een grotere druk op het gebouwbeheersysteem leggen. Het praktische proces voor het vergelijken van capaciteit, interne weerstand, spanning, leeftijd en batchconsistentie wordt behandeld in cel passend voor een 18650 batterijpakket.

Selecteer het BMS volgens het pakket

Het GBS moet overeenkomen met:

• Aantal cellen in serie

• Continue ontlaadstroom

• Piek ontlaadstroom

• Laadstroom

• Celchemie

• Balanceringsvereisten

• Vereisten voor temperatuurbewaking

• Communicatievereisten

• Beschermingsdrempels

Een BMS ontworpen voor een 3S Li-ion-pakket mag niet worden gebruikt als generieke oplossing voor een ander serienummer of chemie. Voor pakketten met meerdere cellen moeten het aantal BMS-series, de stroomsterkte, de beveiligingsdrempels en de balanceringsfuncties als één ontwerp worden geselecteerd; deze vereisten worden behandeld in de BMS-ontwerp voor een 18650-batterijpakket.

Zorg voor mechanische en elektrische bescherming

Een accupakket moet geschikt zijn:

• Celhouders of structurele steunen

• Isolatie papier

• Isolatieringen met positieve aansluiting

• Nikkelstrips of goedgekeurde verbindingen

• Bescherming van draden en connectoren

• Trillingsbestendigheid

• Preventie van kortsluiting

• Bescherming van de behuizing

• Beveiliging tegen omgekeerde polariteit waar nodig

De cellen mogen niet tegen elkaar wrijven of vrij in de behuizing bewegen.

Zorg dat de oplader bij het complete pakket past

De lader moet overeenkomen met de chemie, het aantal series, de laadspanning en de laadstroom van het accupakket.

Het BMS biedt bescherming en monitoring, maar vervangt geen geschikte lader. De lader moet nog steeds overeenkomen met de chemie van het pakket, het aantal series, de laadspanning en de stroomsterkte; de safe 18650 oplaadgids behandelt de oplaadstappen en timing in detail.

Veel voorkomende fouten bij het gebruik van beschermde en onbeschermde 18650-batterijen

Ervan uitgaande dat elke beschermde cel dezelfde bescherming heeft

Beveiligingsborden verschillen qua stroomlimieten, spanningsdrempels, afmetingen en foutherstelgedrag.

Een beschermde cel kiezen zonder de afmetingen ervan te controleren

Door het extra circuit kan de cel te lang worden voor het batterijcompartiment of ongeschikt worden voor een batterijhouder.

Een onbeschermde cel rechtstreeks op een apparaat aansluiten

Een onbeschermde cel mag alleen worden gebruikt in een systeem met geschikte laad-, ontlaad- en kortsluitbeveiliging.

Beschermde en onbeschermde cellen mengen

Combineer de twee typen niet in hetzelfde batterijpakket. Hun afmetingen, weerstand, stroomgedrag en beschermingskenmerken kunnen verschillen.

Het GBS omzeilen

Het omzeilen van het BMS kan de beveiliging tegen overbelasting, overontlading, overstroom en temperatuur verwijderen. Elke BMS-fout moet worden onderzocht en niet worden omzeild.

Cellen alleen selecteren op capaciteit

Een hogere capaciteit maakt een cel niet automatisch geschikt voor de toepassing. Stroomcapaciteit, interne weerstand, thermische prestaties, afmetingen en GBS-compatibiliteit zijn even belangrijk. Capaciteit en interne weerstand moeten worden geverifieerd via 18650 batterijcapaciteit en gezondheidstests in plaats van alleen afgeleid uit het capaciteitslabel.

Aannemen dat 'Beschermd' volkomen veilig betekent

Een beschermde cel kan nog steeds beschadigd raken door schokken, hitte, water, onjuist opladen of onjuiste opslag. Het beveiligingscircuit vermindert bepaalde elektrische risico's, maar kan niet elk mechanisch probleem of probleem op systeemniveau oplossen.

Veelgestelde vragen over beschermde en onbeschermde 18650-batterijen

Zijn beschermde 18650-batterijen veiliger?

Beschermde cellen bieden extra bescherming tegen omstandigheden zoals overbelasting, overontlading, overmatige stroom en kortsluiting. Ze zijn over het algemeen gemakkelijker te beheren in geschikte eencellige toepassingen, maar vereisen nog steeds een compatibele oplader en goed ontworpen apparatuur.

Hebben alle 18650-batterijen een beveiligingscircuit nodig?

Het antwoord hangt af van de toepassing. Een enkele verwijderbare cel heeft mogelijk een geïntegreerd beveiligingscircuit nodig als het apparaat geen externe bescherming heeft. Een meercellig batterijpakket maakt normaal gesproken gebruik van op elkaar afgestemde cellen met een BMS op pakketniveau.

Hebben beschermde 18650-batterijen een GBS?

De meeste beschermde eencellige 18650-batterijen gebruiken een eenvoudiger beveiligingscircuit of PCM in plaats van een compleet meercellig BMS. Normaal gesproken bewaakt en beheert een GBS meerdere in serie geschakelde cellen.

Kan ik een onbeschermde 18650-batterij gebruiken?

U kunt er een gebruiken in een goed ontworpen apparaat of accu met geschikte bescherming tegen opladen, ontladen, kortsluiting en temperatuur. Een onbeschermde cel mag niet worden gebruikt als losse vervangende batterij zonder het beveiligingssysteem van de apparatuur te verifiëren.

Kunnen beschermde 18650-batterijen worden gebruikt in een batterijpakket?

Ze kunnen alleen worden gebruikt als hun afmetingen, stroomlimieten, beveiligingsgedrag en aansluitmethode compatibel zijn met het pakketontwerp. Voor veel op maat gemaakte pakketten met meerdere cellen zijn het praktischer om onbeschermde cellen te matchen met één geschikt BMS.

Zijn onbeschermde 18650-batterijen beter voor toepassingen met hoge stroomsterkte?

Ze zijn mogelijk geschikter voor accupakketten met een hoge stroomsterkte, omdat er geen afzonderlijk celbeschermingsbord is dat het stroompad beperkt. De werkelijke stroomcapaciteit is echter nog steeds afhankelijk van het celmodel, het BMS, de onderlinge verbindingen, de bedrading, de connectoren en het thermische ontwerp.

Zijn beschermde 18650-batterijen langer?

Veel beschermde cellen zijn langer dan standaard onbeschermde cellen vanwege het extra beveiligingscircuit en de omhulling. De exacte afmetingen variëren per model en moeten vóór de integratie worden gecontroleerd.

Kan ik een beschermde 18650-batterij opladen met elke 18650-oplader?

Nee. De lader moet overeenkomen met de samenstelling van de batterij, de laadspanning en de toegestane laadstroom. Het beveiligingscircuit vervangt niet het gecontroleerde laadproces van de lader.

Kan ik beschermde en onbeschermde cellen combineren?

Het wordt niet aanbevolen. De cellen kunnen verschillende lengtes, elektrische weerstand, stroomlimieten en foutgedrag hebben. Ze mogen niet in hetzelfde pakket worden gecombineerd zonder een specifieke technische reden en validatieproces.

Aangepast 18650 batterijpakketontwerp met geïntegreerde bescherming

Voor commerciële producten moet de keuze tussen beschermde en onbeschermde cellen worden gemaakt in combinatie met het gebouwbeheersysteem, de lader, de behuizing en de bedrijfsomstandigheden.

ZERNE kan projecten ondersteunen op het gebied van:

• Cel selectie

• Serie- en parallelle configuratie

• Capaciteit en actuele planning

• BMS- of PCM-selectie

• Ontwerp van oplaadinterface

• Connector- en kabelaanpassing

• Celmatching

• Mechanische isolatie

• Montage van het batterijpakket

• Voorbeeldontwikkeling

• Laad- en ontlaadtesten

• Certificering en transportdocumentatie

Voor een complete pakketoplossing, verken ZERNE's Mogelijkheden voor 18650 batterijpakketten of op maat gemaakte 18650- en LiPo-batterijoplossingen.

Conclusie

Beschermde en onbeschermde 18650-batterijen dienen verschillende doeleinden.

Een beschermde 18650-cel is meestal handiger voor zelfstandige eencellige toepassingen, omdat deze basisbescherming op celniveau biedt. Een onbeschermde cel is vaak meer geschikt voor een professioneel ontworpen accupakket waarbij een BMS het complete systeem beheert.

De juiste keuze hangt af van de apparaatstructuur, de huidige behoefte, de beschikbare ruimte, het laadsysteem, de gebruikerstoegang en de beveiligingsarchitectuur. De celselectie moet daarom samen met het gebouwbeheersysteem, de oplader, de verbindingen, de behuizing en de vereiste veiligheidstests worden gemaakt.