Защищенные и незащищенные батареи 18650

Защищенные и незащищенные аккумуляторы 18650 предназначены для различных применений. Защищенная батарея 18650 включает в себя небольшую схему защиты, обычно прикрепленную к элементу. Незащищенная батарея 18650 не имеет защиты на уровне ячеек, и для обеспечения безопасности ее необходимо полагаться на устройство или аккумуляторный блок.

Защищенные элементы часто подходят для автономных одноэлементных устройств, в которых пользователи могут извлекать и заменять батарею. Незащищенные элементы чаще используются в качестве компонентов профессионально разработанных аккумуляторных блоков с подходящим PCM или BMS.

Лучший вариант зависит от приложения. Прежде чем выбирать защищенную или незащищенную батарею 18650, необходимо учитывать конфигурацию ячейки, потребляемый ток, доступное пространство, конструкцию зарядного устройства, архитектуру BMS и доступ пользователя.

Защищенные и незащищенные батареи 18650: быстрое сравнение

Схема защиты может снизить определенные риски, но она не защитит поврежденный элемент и не заменит совместимое зарядное устройство.

Что такое защищенный аккумулятор 18650?

Защищенный аккумулятор 18650 представляет собой цилиндрический элемент с дополнительной схемой защиты. Эту схему обычно называют защитной платой, защитной платой или PCM.

Схема обычно устанавливается возле одного конца элемента и подключается к положительной и отрицательной клеммам. Он контролирует состояние батареи и отключает электрическую цепь при обнаружении заданного состояния неисправности.

Как работает схема защиты?

Схема защиты обычно использует защитную микросхему и переключатели MOSFET для мониторинга ячейки. Когда ячейка работает в допустимом диапазоне, ток может протекать нормально. При обнаружении небезопасного состояния полевые МОП-транзисторы могут прервать зарядку или разрядку.

В зависимости от конструкции защищенный аккумулятор 18650 может обеспечивать защиту от:

• Перезарядка

• Чрезмерная разрядка

• Чрезмерный зарядный ток

• Чрезмерный ток разряда

• Короткие замыкания

• Некоторые условия обратного подключения

• Условия перегрева, когда включено измерение температуры

Точные функции защиты различаются в зависимости от модели. Предел перегрузки по току, пороговые значения напряжения, время задержки и метод восстановления должны быть подтверждены в спецификации продукта.

Каковы преимущества защищенных аккумуляторов 18650?

Защищенные элементы удобны, когда аккумулятор используется в качестве съемного источника питания. Ячейка включает в себя базовый уровень защиты, не требуя от разработчика оборудования добавлять каждую функцию защиты отдельно.

Потенциальные преимущества включают в себя:

• Более простая интеграция в простые одноклеточные устройства.

• Дополнительная защита при случайных коротких замыканиях

• Снижение риска чрезмерной разрядки

• Более удобное обращение при замене

• Меньшая зависимость от выбора пользователем правильных настроек управления батареей.

Однако защищенному элементу по-прежнему требуется подходящее зарядное устройство и совместимое устройство. Схема защиты представляет собой механизм безопасности, а не полную систему зарядки.

Каковы ограничения защищенных ячеек?

Дополнительная цепь может влиять на физические и электрические характеристики элемента.

Общие ограничения включают в себя:

• Увеличенная общая длина

• Чуть больший диаметр

• Добавлен вес

• Дополнительное электрическое сопротивление

• Более низкий предел тока, чем у базовой ячейки

• Возможные срабатывания защиты при высоком пусковом токе

• Ограниченная совместимость с плотно прилегающими батарейными отсеками.

Фонарик или портативное изделие, рассчитанное на аккумулятор стандартной длины 18650, может не поддерживать защищенную версию. Перед использованием следует проверить длину батареи, конструкцию положительной клеммы и требуемый ток. Дополнительная длина, диаметр, тип клеммы и зазор устройства описаны в Размеры аккумулятора 18650 и руководство по установке устройства.

Что такое незащищенный аккумулятор 18650?

Незащищенный аккумулятор 18650 представляет собой элемент без прикрепленной схемы защиты. Иногда его называют голым элементом, хотя элемент по-прежнему имеет нормальную внешнюю оболочку и изолирующую оболочку.

Сам элемент не разъединяет цепь активно, когда он перезаряжен, чрезмерно разряжен, закорочен или подвергается воздействию чрезмерного тока. Эти функции должны обеспечиваться оборудованием, платой защиты или системой управления аккумулятором.

Почему в аккумуляторных блоках используются незащищенные элементы?

Незащищенные элементы широко используются в специализированных аккумуляторных блоках, поскольку они обеспечивают большую гибкость при проектировании аккумуляторов.

Они могут предложить:

• Стандартные размеры

• Меньший вес

• Меньше компонентов внутри каждой группы ячеек

• Лучшее использование доступного пространства

• Большая гибкость для последовательных и параллельных конфигураций.

• Более высокая токовая нагрузка на уровне системы при использовании правильной ячейки и BMS.

Аккумуляторная батарея может содержать несколько незащищенных ячеек, соединенных последовательно и параллельно. BMS на уровне упаковки контролирует группы ячеек и контролирует пути заряда и разряда.

Поэтому незащищенные элементы обычно рассматриваются как компоненты аккумуляторной системы, а не как полноценные батареи, заменяемые пользователем.

Каковы риски незащищенных клеток?

Незащищенный элемент может стать опасным, если его заряжать, хранить или использовать с нарушением его технических характеристик.

К важным рискам относятся:

• Перезарядка

• Чрезмерный разряд

• Короткие замыкания

• Чрезмерный ток

• Неправильная полярность

• Несовместимые зарядные устройства

• Плохая изоляция

• Дисбаланс клеток в многоклеточном пакете

• Случайный контакт с металлическими предметами

Незакрепленный незащищенный элемент нельзя носить вместе с ключами, монетами, инструментами или другими токопроводящими предметами. Его также не следует подключать напрямую к обычному адаптеру питания или импровизированной цепи зарядки. Незакрепленные элементы также нуждаются в защите во время хранения, особенно от контакта с металлом, тепла и влаги; безопасное хранение аккумуляторов 18650 покрывает эти условия.

Схема защиты против BMS

Защищенные элементы 18650 и аккумуляторные блоки с BMS обеспечивают защиту, но это разные системы.

Одноэлементная схема защиты или PCM

Схема защиты обычно используется для одного элемента или простого аккумуляторного блока 1S.

К его основным функциям можно отнести:

• Мониторинг напряжения одной ячейки

• Отключение аккумулятора во время перезаряда

• Отключение аккумулятора при чрезмерной разрядке

• Отключение чрезмерного тока заряда или разряда

• Защита от коротких замыканий

Простая схема защиты обычно не контролирует несколько последовательно соединенных ячеек по отдельности. Он также обычно не обеспечивает расширенную связь, оценку состояния заряда или балансировку на уровне системы.

Система управления батареями для многоячеечных блоков

BMS рассчитана на полный аккумуляторный блок, особенно когда элементы соединены последовательно.

BMS может контролировать:

• Напряжение каждой группы серий

• Пакетный ток

• Температура батареи

• Условия перезаряда и чрезмерного разряда

• Сверхток заряда и разряда

• Условия короткого замыкания

• Дисбаланс клеток

• Связь и рабочее состояние

Некоторые конструкции BMS также обеспечивают балансировку, передачу данных, функции указателя уровня топлива или запись событий.

Конфигурация напряжения и архитектура защиты взаимосвязаны, но описывают разные проектные решения. Руководство по напряжению аккумулятора 18650 определяет номинальные значения, значения полной зарядки и отсечки, которые должна учитывать конструкция защиты.

Случаи использования защищенной батареи 18650

Автономные одноклеточные устройства

Защищенные элементы могут подойти для устройств, которые используют одну съемную батарею и не имеют полной внешней системы защиты.

Потенциальные приложения включают в себя:

• Фонарики

• Портативные вентиляторы

• Маленькие электронные устройства

• Ручные измерительные приборы

• Простые потребительские товары

• Одноэлементное оборудование со съемными батареями

Устройство по-прежнему должно поддерживать физический размер и текущие требования защищаемой ячейки.

Продукты, в которых пользователи обращаются с аккумулятором

Защищенным элементом может быть проще управлять, когда пользователи должны снимать, заменять, транспортировать или заряжать аккумулятор.

Схема защиты может уменьшить последствия некоторых распространенных ошибок, но не устраняет необходимости правильного обращения. Аккумулятор по-прежнему необходимо защищать от воды, сдавливания, перегрева и несовместимого зарядного оборудования.

Приложения с низким и средним током

Защищенные ячейки часто являются практичным выбором для приложений, где ток потребления находится в пределах пределов платы защиты.

Для оборудования с более высоким током плата защиты может отключить ячейку во время запуска или пиковых нагрузок. Поэтому характеристики постоянного и пикового тока необходимо сравнивать с фактической нагрузкой устройства.

Когда защищенные клетки могут оказаться непригодными

Защищенная ячейка может оказаться неприемлемой, если:

• Батарейный отсек имеет очень ограниченное пространство.

• Устройство требует высокого пускового тока.

• Плата защиты может отключиться во время нормальной работы.

• Несколько ячеек необходимо соединить последовательно.

• Пакету требуется расширенная балансировка ячеек.

• Для аккумулятора требуется настроенная внешняя BMS.

Варианты использования незащищенной батареи 18650

Многоэлементные аккумуляторные батареи OEM

Незащищенные элементы обычно используются в аккумуляторных блоках серий 2S, 3S и более высоких серий.

В этой структуре:

• Ячейки выбираются и сопоставляются перед сборкой

• BMS выбирается в зависимости от количества серий.

• Каждая группа серий контролируется

• Зарядное устройство соответствует полной комплектации.

• Добавлена ​​изоляция и механическая поддержка.

• Готовый пакет тестируется как единая система

Такой подход позволяет избежать установки отдельной защитной платы на каждый элемент и дает разработчику больший контроль над всей архитектурой батареи.

Сильноточные аккумуляторные блоки

Незащищенные элементы могут быть предпочтительными для сильноточных приложений, если выбранный элемент рассчитан на требуемую нагрузку.

Возможные приложения включают в себя:

• Промышленное портативное оборудование

• Робототехника

• Электроинструменты

• Дроны

• Портативные устройства с высоким разрядом

• Мотоприводное оборудование

• Индивидуальные аккумуляторные блоки

Отсутствие платы защиты на уровне ячейки не означает автоматически, что ячейка может выдерживать большой ток. Фактическая производительность зависит от:

• Модель ячейки

• Максимальный непрерывный ток разряда

• Пиковый ток

• Внутреннее сопротивление

• Температура ячейки

• Текущий рейтинг БМС

• Конструкция с шиной или никелевой полосой

• Размер разъема и провода

• Условия охлаждения

При выборе сильноточной батареи следует также сравнивать непрерывный ток, пиковый ток, падение напряжения и температурные пределы, как описано в разделе как выбрать аккумулятор 18650 с высоким потреблением тока.

Компактная конструкция аккумуляторной батареи

Незащищенные ячейки зачастую проще использовать в условиях ограниченного пространства, поскольку они обычно остаются ближе к стандартным размерам 18650.

Их можно сложить в компактную упаковку, в которую входят:

• Пользовательские серии и параллельные конфигурации

• Специальная система BMS

• Встроенные датчики температуры

• Пользовательские соединители

• Изолированные держатели ячеек или структурные опоры

• Специально построенный корпус

Меньший формат ячеек не снижает потребности в защите. Это повышает важность правильного механического и электрического проектирования.

Защищенные и незащищенные аккумуляторы 18650: какие выбрать?

Выбирайте защищенную ячейку, когда:

• В устройстве используется одна съемная ячейка.

• Изделие не имеет проверенной внешней схемы защиты.

• Пользователь может обрабатывать ячейку напрямую.

• Рабочий ток находится в пределах, установленных схемой защиты.

• Ячейка соответствует батарейному отсеку.

• Система зарядки поддерживает химический состав клеток.

Выбирайте незащищенную ячейку, когда:

• Элементы будут собраны в профессионально разработанный аккумуляторный блок.

• В комплект входит подходящая BMS.

• Конструкция требует высокого тока или компактных размеров.

• Несколько ячеек должны быть согласованы и управляться как одна система.

• Пакет будет сварен, изолирован, закрыт и протестирован квалифицированным персоналом.

Особенности проектирования аккумуляторных блоков 18650

Сопоставьте ячейки перед сборкой

Не смешивайте ячейки с разными:

• Бренды

• Модели

• Мощности

• Внутренние сопротивления

• Возраст

• История зарядов

• Характеристики разряда

Элементы, соединенные в один блок, должны быть максимально точно совмещены. Плохое согласование может увеличить дисбаланс, уменьшить полезную емкость и создать большую нагрузку на BMS. Практический процесс сравнения емкости, внутреннего сопротивления, напряжения, возраста и стабильности партии описан в соответствие ячеек аккумулятору 18650.

Выберите BMS в соответствии с пакетом

BMS должна соответствовать:

• Количество ячеек последовательно

• Непрерывный ток разряда

• Пиковый ток разряда

• Зарядный ток

• Клеточная химия

• Требования к балансировке

• Требования к контролю температуры

• Требования к связи

• Пороги защиты

Система BMS, разработанная для литий-ионного блока 3S, не должна использоваться в качестве общего решения для другого количества серий или химического состава. Для блоков с несколькими ячейками количество серий BMS, номинальный ток, пороги защиты и функции балансировки должны быть выбраны как одна конструкция; эти требования описаны в Проект BMS для аккумуляторной батареи 18650.

Обеспечьте механическую и электрическую защиту

В комплект аккумуляторной батареи должны входить подходящие:

• Держатели ячеек или структурные опоры

• Изоляционная бумага

• Изолирующие кольца положительных клемм

• Никелевые полоски или одобренные межсоединения

• Защита проводов и разъемов

• Устойчивость к вибрации

• Предотвращение короткого замыкания

• Защита корпуса

• Защита от обратной полярности, где это необходимо

Ячейкам не следует позволять тереться друг о друга или свободно перемещаться внутри корпуса.

Подберите зарядное устройство к полному комплекту

Зарядное устройство должно соответствовать химическому составу аккумуляторной батареи, количеству серий, зарядному напряжению и зарядному току.

BMS обеспечивает защиту и мониторинг, но не заменяет подходящее зарядное устройство. Зарядное устройство по-прежнему должно соответствовать химическому составу аккумулятора, количеству серий, зарядному напряжению и току; тот Руководство по зарядке Safe 18650 подробно описывает этапы и время зарядки.

Распространенные ошибки при использовании защищенных и незащищенных аккумуляторов 18650

Предполагая, что каждая защищенная ячейка имеет одинаковую защиту

Платы защиты различаются по предельным значениям тока, пороговым значениям напряжения, размерам и способам устранения неисправностей.

Выбор защищенной ячейки без проверки ее размеров

Дополнительная цепь может сделать элемент слишком длинным для батарейного отсека или непригодным для держателя батареи.

Подключение незащищенной ячейки напрямую к устройству

Незащищенный аккумулятор следует использовать только в системе с подходящей защитой от заряда, разряда и короткого замыкания.

Смешивание защищенных и незащищенных клеток

Не смешивайте два типа в одном аккумуляторном блоке. Их размеры, сопротивление, поведение по току и характеристики защиты могут различаться.

Обход BMS

Обход BMS позволяет снять защиту от перезаряда, переразряда, перегрузки по току и температуры. Любую неисправность BMS следует исследовать, а не обходить.

Выбор ячеек только по емкости

Более высокая емкость не делает элемент автоматически подходящим для данного применения. Допустимый ток, внутреннее сопротивление, тепловые характеристики, размеры и совместимость с BMS одинаково важны. Емкость и внутреннее сопротивление следует проверять с помощью Емкость аккумулятора 18650 и проверка работоспособности, а не только на основании этикетки емкости.

Считать «защищенным» означает полную безопасность

Защищенный аккумулятор все равно может быть поврежден в результате удара, тепла, воды, неправильной зарядки или неправильного хранения. Схема защиты снижает определенные электрические риски, но не может устранить каждую механическую или системную проблему.

Часто задаваемые вопросы о защищенных и незащищенных батареях 18650

Являются ли защищенные аккумуляторы 18650 безопаснее?

Защищенные элементы обеспечивают дополнительную защиту от таких условий, как перезарядка, чрезмерная разрядка, чрезмерный ток и короткое замыкание. Как правило, ими легче управлять в подходящих одноэлементных приложениях, но для них все равно требуется совместимое зарядное устройство и правильно спроектированное оборудование.

Всем ли батареям 18650 нужна схема защиты?

Ответ зависит от приложения. Для одного съемного элемента может потребоваться встроенная схема защиты, если устройство не имеет внешней защиты. В многоэлементном аккумуляторном блоке обычно используются согласованные элементы с BMS на уровне пакета.

Есть ли у защищенных аккумуляторов 18650 BMS?

В большинстве защищенных одноэлементных батарей 18650 используется более простая схема защиты или PCM, а не полноценная многоячеечная BMS. BMS обычно контролирует и управляет несколькими последовательно соединенными ячейками.

Могу ли я использовать незащищенную батарею 18650?

Вы можете использовать его в правильно спроектированном устройстве или аккумуляторной батарее с соответствующей защитой от зарядки, разрядки, короткого замыкания и температуры. Незащищенный элемент не следует использовать в качестве запасной батареи без проверки системы защиты оборудования.

Можно ли использовать защищенные батареи 18650 в аккумуляторном блоке?

Их можно использовать только в том случае, если их размеры, ограничения по току, характеристики защиты и метод подключения совместимы с конструкцией блока. Для многих индивидуальных пакетов из нескольких ячеек более практичными являются согласованные незащищенные ячейки с одной подходящей BMS.

Являются ли незащищенные батареи 18650 лучшими для сильноточных приложений?

Они могут быть более подходящими для сильноточных аккумуляторных блоков, поскольку в них нет отдельной платы защиты элементов, ограничивающей путь тока. Однако фактическая токовая нагрузка по-прежнему зависит от модели ячейки, BMS, межсоединений, проводки, разъемов и тепловой конструкции.

Защищены ли батареи 18650 дольше?

Многие защищенные ячейки длиннее стандартных незащищенных ячеек из-за дополнительной схемы защиты и упаковки. Точные размеры зависят от модели и должны быть проверены перед интеграцией.

Могу ли я зарядить защищенный аккумулятор 18650 любым зарядным устройством 18650?

Нет. Зарядное устройство должно соответствовать химическому составу аккумулятора, зарядному напряжению и допустимому зарядному току. Схема защиты не заменяет контролируемый процесс зарядки зарядного устройства.

Могу ли я смешивать защищенные и незащищенные клетки?

Это не рекомендуется. Ячейки могут иметь различную длину, электрическое сопротивление, пределы тока и поведение при неисправности. Их не следует объединять в одном пакете без особой инженерной причины и процесса проверки.

Специальная конструкция аккумуляторной батареи 18650 со встроенной защитой

Для коммерческих продуктов выбор между защищенными и незащищенными элементами следует делать вместе с BMS, зарядным устройством, корпусом и условиями эксплуатации.

ZERNE может поддерживать проекты, включающие:

• Выбор ячейки

• Последовательная и параллельная конфигурация

• Возможности и текущее планирование

• Выбор BMS или PCM

• Дизайн интерфейса зарядки

• Настройка разъема и кабеля

• Сопоставление ячеек

• Механическая изоляция

• Сборка аккумуляторной батареи

• Пример разработки

• Тестирование заряда и разряда

• Сертификация и транспортная документация

Чтобы получить комплексное решение, ознакомьтесь с предложениями ZERNE. Возможности аккумуляторной батареи 18650 или индивидуальные решения для аккумуляторов 18650 и LiPo.

Заключение

Защищенные и незащищенные аккумуляторы 18650 служат разным целям.

Защищенная ячейка 18650 обычно более удобна для автономных приложений с одной ячейкой, поскольку она включает базовую защиту на уровне ячейки. Незащищенный элемент часто больше подходит для профессионально разработанного аккумуляторного блока, где BMS управляет всей системой.

Правильный выбор зависит от структуры устройства, текущих требований, доступного пространства, системы зарядки, доступа пользователя и архитектуры защиты. Поэтому выбор ячейки должен осуществляться вместе с BMS, зарядным устройством, межсоединениями, корпусом и необходимыми испытаниями на безопасность.