Lượt xem: 0 Tác giả: Nhóm nội dung kỹ thuật về pin ZERNE Thời gian xuất bản: 2026-09-04 Nguồn gốc: Địa điểm
Bạn có thể sạc pin 18650 bằng USB không?
Câu trả lời là có—nhưng chỉ khi USB được sử dụng làm nguồn điện đầu vào cho mạch sạc lithium-ion phù hợp. Cáp USB, bộ chuyển đổi điện thoại hoặc cổng USB-C không tự động cung cấp cấu hình sạc được kiểm soát theo yêu cầu của ô 18650.
Pin 18650 yêu cầu điều kiện sạc phù hợp với thành phần hóa học, dải điện áp, yêu cầu dòng điện và cấu trúc bảo vệ của nó. Hệ thống sạc có thể bao gồm đầu vào USB, IC sạc, giai đoạn chuyển đổi nguồn, PCM hoặc BMS, cảm biến nhiệt độ, đầu nối và bộ pin.
Đối với người tiêu dùng, câu hỏi chính là liệu mô-đun sạc USB cụ thể có tương thích với pin hay không. Đối với các kỹ sư OEM, câu hỏi quan trọng hơn là liệu kiến trúc sạc hoàn chỉnh được cấp nguồn bằng USB có còn an toàn, ổn định và có thể lặp lại bên trong thiết bị hoàn chỉnh hay không.
Các nguyên tắc cơ bản của việc sạc lithium-ion được trình bày trong quá trình sạc pin 18650 an toàn . Bài viết này tập trung vào các quyết định thiết kế hệ thống đằng sau việc sạc 18650 được cấp nguồn bằng USB.
Có, nhưng USB phải cung cấp mạch sạc tương thích thay vì kết nối trực tiếp với pin.
Một hệ thống sạc 18650 được cấp nguồn bằng USB chính xác phải:
sử dụng USB làm nguồn điện đầu vào;
điều chỉnh dòng điện và điện áp sạc;
khớp với số lượng ô trong chuỗi;
hỗ trợ hóa học lithium-ion chính xác;
bao gồm các chức năng bảo vệ hoặc quản lý pin phù hợp;
kiểm soát nhiệt độ sạc;
cung cấp việc chấm dứt phí chính xác;
sử dụng các đầu nối, cáp và thiết kế vỏ tương thích.
Không kết nối trực tiếp ô 18650 trần với:
cáp USB;
bộ sạc điện thoại;
bộ đổi nguồn USB-C;
cổng USB máy tính;
nguồn điện chưa được cấu hình;
một mô-đun pin chung với thông số kỹ thuật không xác định.
Sự khác biệt thực tế rất đơn giản:
Thành phần |
Chức năng chính |
|---|---|
Bộ chuyển đổi USB hoặc cổng USB |
Cung cấp nguồn điện đầu vào |
IC sạc |
Kiểm soát quá trình sạc pin |
Bộ chuyển đổi DC-DC |
Điều chỉnh điện áp hoặc dòng điện khi cần thiết |
PCM hoặc BMS |
Cung cấp chức năng bảo vệ và quản lý |
Tế bào hoặc gói 18650 |
Lưu trữ năng lượng điện |
USB có thể là một phần của hệ thống sạc 18650 an toàn, nhưng chỉ USB thì không phải là bộ sạc.
Hệ thống 18650 cấp nguồn USB thông thường tuân theo cấu trúc sau:
Nguồn điện USB ↓ Bảo vệ đầu vào và quản lý nguồn ↓ IC sạc Li-Ion ↓ PCM hoặc BMS ↓ Pin hoặc Bộ pin 18650Sự sắp xếp chính xác phụ thuộc vào việc pin có:
một ô 18650 tiêu chuẩn;
một số ô được kết nối song song;
một gói loạt nhiều ô;
pin có thể tháo rời;
một bộ pin OEM tích hợp;
một pin thông minh có chức năng liên lạc.
Một thiết bị tiêu dùng nhỏ gọn có thể kết hợp đầu nối USB, IC sạc và mạch bảo vệ trên một PCB. Pin OEM lớn hơn có thể sử dụng bảng sạc riêng, hệ thống quản lý pin và đầu nối tùy chỉnh.
Mạch sạc phải được đánh giá là một phần của hệ thống hoàn chỉnh. Mô-đun hoạt động với một ô 18650 được bảo vệ có thể không phù hợp với bộ pin 2S hoặc 3S.
Nguồn điện USB thường cung cấp điện áp đầu ra xác định và dòng điện tối đa khả dụng. Nó không tự động biết:
trạng thái sạc của pin;
tính chất hóa học của pin;
điện áp sạc cần thiết;
dòng sạc chính xác;
khi nào nên dừng sạc;
liệu nhiệt độ tế bào có thể chấp nhận được hay không;
liệu pin có tình trạng bất thường hay không.
IC sạc lithium-ion chịu trách nhiệm kiểm soát các tình trạng này. Tùy thuộc vào mạch, nó có thể quản lý:
nạp lại một tế bào được xả sâu;
sạc dòng không đổi;
sạc điện áp không đổi;
quy định dòng điện phí;
chấm dứt phí;
điều chỉnh nhiệt;
giới hạn dòng điện đầu vào;
chỉ báo trạng thái sạc.
Do đó, bộ chuyển đổi USB là nguồn điện ngược dòng. Mạch sạc là thiết bị chuyển đổi đầu vào đó thành quy trình sạc pin được kiểm soát.
Sự khác biệt này đặc biệt quan trọng khi sử dụng bộ sạc điện thoại. Bộ sạc điện thoại có thể cung cấp năng lượng cho mạch sạc tương thích nhưng không nên coi nó như bộ sạc phổ thông cho pin 18650 trần.
Câu hỏi về điện đầu tiên không phải là liệu pin có được dán nhãn '18650' hay không mà là cách cấu hình các tế bào.
Một ô 18650 hoặc một nhóm song song được thiết kế để hoạt động như một nhóm nối tiếp, có thể sử dụng mạch sạc lithium-ion một ô.
Mạch vẫn phải khớp:
hóa học tế bào;
điện áp sạc tối đa của tế bào;
dòng sạc cần thiết;
dung lượng tế bào song song;
sự sắp xếp bảo vệ;
tải hoạt động của thiết bị.
Mạch sạc một cell không tự động phù hợp với mọi cell 18650.
Gói 2S, 3S hoặc lớn hơn yêu cầu kiến trúc sạc được thiết kế cho số lượng ô được kết nối nối tiếp.
Hệ thống có thể yêu cầu:
bộ sạc đa cell;
một BMS;
giám sát điện áp di động;
cân bằng;
tầng chuyển đổi điện áp đầu vào phù hợp;
bộ sạc tương thích với tổng điện áp của gói.
Không nên sử dụng mô-đun sạc USB một ô để sạc gói dòng nhiều ô.
Đối với bộ pin OEM, cấu hình ô phải được xác nhận trước khi chọn bộ sạc, BMS, đầu nối hoặc đầu vào USB. Có sẵn Giải pháp pin lithium 18650 có thể được đánh giá theo yêu cầu về điện áp, công suất và đóng gói của thiết bị.
Định dạng 18650 mô tả hình dạng vật lý của một ô hình trụ. Nó không tự xác định hóa học hoặc điện áp sạc.
Nhiều pin 18650 sử dụng hóa chất lithium-ion thông thường và thường được chỉ định với điện áp danh định khoảng 3,6 V hoặc 3,7 V. Điện áp sạc tối đa của chúng thường vào khoảng 4,2 V trên mỗi pin, nhưng giá trị thực tế phải được xác nhận từ bảng dữ liệu pin đã được phê duyệt.
Các tế bào hình trụ khác có thể sử dụng hóa học khác nhau, chẳng hạn như lithium iron phosphate. Những tế bào này yêu cầu các điều kiện sạc khác nhau.
Trước khi phê duyệt mạch sạc dùng nguồn USB, hãy xác minh:
hóa học tế bào;
điện áp danh định;
điện áp sạc tối đa;
điện áp phóng tối thiểu;
dòng sạc khuyến nghị;
nhiệt độ sạc cho phép;
điều kiện bảo quản và vận hành.
Không bao giờ nên chọn bộ sạc chỉ vì kích thước pin vật lý là như nhau. Hai ô có cùng kích thước 18650 có thể yêu cầu các thông số sạc khác nhau.
Dòng sạc ảnh hưởng đến thời gian sạc, nhiệt độ, độ lão hóa của pin và nhu cầu năng lượng của hệ thống.
Dòng sạc chính xác phụ thuộc vào:
dung lượng tế bào;
thông số kỹ thuật của nhà sản xuất tế bào;
thời gian sạc mong muốn;
điều kiện nhiệt;
Khả năng đầu vào USB;
giới hạn IC sạc;
tải thiết bị trong quá trình sạc;
cấu hình bộ pin.
Đối với nhóm pin song song, dòng sạc có thể cần được đánh giá theo tổng công suất và dòng điện do nhà sản xuất khuyến nghị cho nhóm hoàn chỉnh.
Dòng điện phía USB không nhất thiết phải bằng dòng sạc phía pin. Khi sử dụng chuyển đổi điện áp, dòng điện đầu vào phụ thuộc vào hiệu suất và điện áp hoạt động.
Ước tính công suất cơ bản là:
Công suất đầu vào ≈ Công suất sạc pin ÷ Hiệu suất chuyển đổiHoặc:
Pinput ≈ (Vpin × Icharge) ÷ ηỞ đâu:
Pinput là công suất đầu vào gần đúng;
Vbattery là điện áp sạc pin;
Icharge là dòng sạc phía pin;
η là hiệu suất chuyển đổi.
Nếu thiết bị hoạt động trong khi đang sạc thì nguồn USB cũng phải cung cấp cho tải thiết bị:
Tổng công suất đầu vào ≈ Công suất sạc + Công suất vận hành thiết bị + Tổn thất chuyển đổiBộ chuyển đổi được dán nhãn có dòng điện đầu ra USB cao không có nghĩa là pin phải được sạc ở dòng điện đó. Thông số kỹ thuật của IC sạc và tế bào sẽ xác định dòng điện thích hợp ở phía pin.
USB-C là một chuẩn kết nối và giao diện. USB-C Power Delivery cũng có thể điều chỉnh các cấu hình nguồn khác nhau giữa nguồn và ổ cắm tương thích.
Cả USB-C và USB-C PD đều không thay thế được mạch sạc lithium-ion.
Thiết kế sạc USB-C có thể yêu cầu:
Bảo vệ cổng USB-C;
cấu hình vai trò quyền lực;
bộ điều khiển chìm hoặc đàm phán PD nếu có;
bảo vệ quá áp đầu vào;
điều khiển dòng điện đầu vào;
IC sạc lithium-ion;
tầng chuyển đổi DC-DC phù hợp;
Tích hợp BMS hoặc PCM;
giám sát nhiệt.
Nguồn PD USB-C có thể cung cấp điện áp cao hơn sau khi đàm phán thành công. Điện áp cao hơn đó phải được chuyển đến giai đoạn chuyển đổi nguồn hoặc sạc tương thích. Nó không nên được áp dụng trực tiếp vào một tế bào 18650.
Đối với thiết bị một ô đơn giản, đầu vào USB được điều chỉnh có thể cấp nguồn cho IC sạc một ô. Đối với bộ pin lớn hơn, USB-C PD có thể được sử dụng làm nguồn điện ngược dòng cho bộ sạc phức tạp hơn nhưng bộ sạc vẫn phải được thiết kế cho cấu hình dòng của pin.
Nguyên tắc thiết kế đúng là:
USB-C xác định cách nguồn điện đi vào sản phẩm. Mạch sạc xác định cách sạc pin.
IC sạc và hệ thống bảo vệ hoặc quản lý thực hiện các chức năng khác nhau.
PCM có thể cung cấp sự bảo vệ cơ bản như:
bảo vệ quá tải;
bảo vệ xả quá mức;
bảo vệ quá dòng;
bảo vệ ngắn mạch.
BMS tiên tiến hơn có thể hỗ trợ thêm:
giám sát điện áp di động;
cân bằng;
cảm biến nhiệt độ;
đo dòng điện;
ước tính tình trạng phí;
giao tiếp với thiết bị chủ;
điều khiển sạc và xả.
BMS không tự động thay thế bộ sạc lithium-ion tương thích. Nó có thể ngắt kết nối pin khi xảy ra tình trạng bất thường, nhưng hệ thống sạc vẫn cần cung cấp cấu hình dòng điện và điện áp chính xác.
Hệ thống bảo vệ phải được quy định cùng với:
số lượng tế bào;
cấu hình nối tiếp và song song;
dòng điện liên tục;
dòng điện cực đại;
dòng sạc;
yêu cầu về cảm biến nhiệt độ;
sơ đồ chân của đầu nối;
yêu cầu giao tiếp.
Sự khác biệt giữa bảo vệ cơ bản và quản lý nâng cao được giải thích trong Lựa chọn PCM và BMS cho bộ pin lithium.
Đối với các ô 18650 được bảo vệ và không được bảo vệ, phương pháp sạc vẫn phải tương thích với thiết kế ô và gói. Ô được bảo vệ không đảm bảo an toàn cho kết nối USB không phù hợp.
Pin sử dụng nguồn USB cũng là một vấn đề về cơ khí và thiết kế giao diện.
Nhóm sản phẩm nên xác định:
loại đầu nối USB;
yêu cầu năng lượng đầu vào;
loại cáp;
chiều dài cáp;
giữ đầu nối;
vị trí cảng;
bảo vệ xâm nhập;
bảo vệ phân cực ngược hoặc kết nối sai;
tách giao diện sạc và xả;
giảm căng thẳng;
truy cập dịch vụ.
Cáp và đầu nối có thể ảnh hưởng đến hiện tượng sụt áp, tăng nhiệt độ và độ tin cậy lâu dài. Một đầu nối nhỏ có thể đủ điện cho nguyên mẫu nhưng không phù hợp về mặt cơ học để sử dụng trong sản xuất nhiều lần.
Cổng USB cũng cần được kiểm tra so với vỏ:
Có đủ khoảng trống xung quanh đầu nối không?
Cáp có thể uốn cong mà không làm căng PCB không?
Cổng có bị ẩm hoặc bụi không?
Người dùng có thể cắm đầu nối không chính xác không?
Cáp có ảnh hưởng đến pin không?
Cổng có gần các bộ phận sinh nhiệt không?
Những câu hỏi này rất quan trọng khi đầu nối USB được lắp trực tiếp trên bộ pin tùy chỉnh hoặc bên trong một thiết bị nhỏ gọn.
Quá trình sạc tạo ra nhiệt trong pin, IC sạc, các bộ phận chuyển đổi nguồn, đầu nối và cáp.
Nhiệt độ có thể tăng do:
dòng sạc cao;
tổn thất chuyển đổi;
vận hành thiết bị đồng thời;
tản nhiệt kém;
không gian bao vây hạn chế;
các bộ phận sinh nhiệt gần đó;
nhiệt độ môi trường cao;
tế bào già hoặc có sức đề kháng cao.
Thiết kế tản nhiệt nên xem xét:
dòng sạc;
diện tích đồng PCB;
xếp hạng nhiệt độ thành phần;
nhiệt độ pin;
vật liệu bao vây;
luồng không khí hoặc dẫn nhiệt;
sạc trong khi vận hành;
vị trí cảm biến nhiệt độ;
giới hạn nhiệt độ sạc.
Mạch sạc hoạt động tốt trên băng ghế mở có thể nóng hơn bên trong thành phẩm. Do đó, việc xác nhận OEM phải được thực hiện với pin, bộ sạc, vỏ, cáp và tải thiết bị cuối cùng.
Mô-đun sạc USB sẵn có có thể hữu ích trong quá trình tạo nguyên mẫu ban đầu, nhưng nó không tự động được coi là một giải pháp sản xuất.
Trước khi sử dụng mô-đun, hãy xác nhận:
hỗ trợ hóa học tế bào;
cấu hình loạt được hỗ trợ;
dung lượng pin tối đa;
phạm vi dòng sạc;
cài đặt điện áp sạc;
chức năng bảo vệ;
hành vi nhiệt;
dải điện áp đầu vào;
yêu cầu về đầu nối và cáp;
tài liệu sản xuất;
tính sẵn có của thành phần.
Thiết kế OEM tùy chỉnh có thể phù hợp hơn khi sản phẩm yêu cầu:
giao diện USB-C đặc biệt;
một bộ pin nhiều cell;
sạc trong khi vận hành;
dòng sạc cao;
một bao vây nhỏ gọn;
giao tiếp BMS tùy chỉnh;
giám sát nhiệt độ;
một đầu nối và cáp cố định;
truy xuất nguồn gốc sản xuất;
kiểm soát thành phần dài hạn.
Pin, bộ sạc và hệ thống bảo vệ phải được phê duyệt là một hệ thống chứ không phải là các bộ phận không liên quan.
Nên thử nghiệm thiết kế 18650 được cấp nguồn bằng USB với cấu hình đã hoàn thiện.
Kiểm tra:
Điện áp đầu vào USB;
giới hạn dòng điện đầu vào;
điện áp sạc;
dòng sạc phía pin;
chấm dứt phí;
gói phân cực;
sụt áp;
dòng điện dự phòng;
tải thiết bị trong quá trình sạc;
khởi động lại hành vi sau khi kết nối lại USB.
Kiểm tra các chức năng áp dụng:
bảo vệ quá tải;
bảo vệ xả quá mức;
bảo vệ quá dòng;
bảo vệ ngắn mạch;
bảo vệ quá nhiệt;
bảo vệ sạc dưới nhiệt độ;
phản ứng mất cân bằng tế bào;
hành vi giao tiếp.
Các thử nghiệm bảo vệ phải được thực hiện bởi nhân viên có trình độ bằng cách sử dụng quy trình thử nghiệm đã được phê duyệt và các biện pháp kiểm soát an toàn phù hợp. Không thực hiện đoản mạch, chọc thủng, mở hoặc buộc phải phục hồi pin lithium theo cách thủ công.
Đo lường:
nhiệt độ tế bào;
nhiệt độ IC sạc;
nhiệt độ BMS;
Nhiệt độ đầu nối USB;
nhiệt độ đầu cáp;
nhiệt độ bề mặt vỏ bọc;
nhiệt độ trong quá trình sạc và vận hành đồng thời.
Kiểm tra pin bên trong thành phẩm trong quá trình:
hoạt động bình thường;
hoạt động tải tối đa;
khởi động;
tắt máy;
chế độ chờ;
kết nối và ngắt kết nối USB lặp đi lặp lại;
sạc trong khi vận hành;
điều kiện nhiệt độ môi trường thực tế.
Thử nghiệm chuẩn có thể vượt qua trong khi thiết bị hoàn thiện vẫn bị sụt điện áp, tích tụ nhiệt, căng đầu nối hoặc tắt đột ngột.
Cáp USB cung cấp năng lượng nhưng không điều chỉnh quá trình sạc của tế bào.
Bộ chuyển đổi điện thoại có thể cấp nguồn cho mạch sạc tương thích nhưng nó không tự động phù hợp để kết nối trực tiếp với ô 18650.
Bộ sạc 1S không phù hợp với bộ pin dòng 2S, 3S hoặc lớn hơn trừ khi kiến trúc hoàn chỉnh được thiết kế riêng cho cấu hình đó.
USB-C PD có thể đàm phán cấu hình nguồn đầu vào nhưng không tự thực hiện việc kiểm soát sạc pin cần thiết.
BMS có thể cung cấp chức năng giám sát và bảo vệ nhưng không nhất thiết phải cung cấp cấu hình sạc đầy đủ theo yêu cầu của pin.
Định dạng 18650 không xác định thành phần hóa học của tế bào, điện áp sạc hoặc dòng sạc được khuyến nghị.
Nguồn USB phải hỗ trợ cả nhu cầu tải thiết bị và sạc pin khi sản phẩm vừa hoạt động vừa sạc.
Hoạt động về nhiệt, ứng suất của đầu nối và cách định tuyến cáp có thể thay đổi đáng kể sau khi hệ thống sạc được lắp vào sản phẩm cuối cùng.
Không. Không được kết nối trực tiếp cáp USB hoặc bộ chuyển đổi với pin 18650 trần. Pin yêu cầu mạch sạc lithium-ion tương thích để kiểm soát điện áp, dòng điện và điểm kết thúc sạc.
Nguồn USB 5 V có thể cấp nguồn cho mạch sạc pin đơn phù hợp nhưng không được kết nối trực tiếp với pin. Mạch sạc phải điều chỉnh đầu vào và cung cấp cấu hình sạc phía pin chính xác.
USB-C PD có thể cung cấp nguồn điện đầu vào cho kiến trúc sạc pin tương thích. Nó không thay thế IC sạc, bộ chuyển đổi DC-DC hoặc BMS theo yêu cầu của cấu hình pin.
Chỉ khi mô-đun và hệ thống sạc hoàn chỉnh được thiết kế riêng cho cấu hình dòng đó. Không nên sử dụng mô-đun sạc một ô cho gói dòng nhiều ô.
Đúng. Khả năng bảo vệ được tích hợp trong tế bào không loại bỏ nhu cầu về bộ sạc tương thích. Hệ thống sạc vẫn phải phù hợp với các yêu cầu về hóa học, điện áp và dòng điện của tế bào.
Bộ sạc điện thoại có thể được sử dụng làm nguồn đầu vào cho mạch sạc tương thích. Không nên kết nối trực tiếp với pin 18650 hoặc sử dụng nó để thay thế cho bộ sạc pin lithium-ion.
Nó có thể phù hợp để tạo mẫu sớm sau khi các thông số kỹ thuật của nó được xác minh. Đối với sản xuất, mô-đun phải được xác nhận với tế bào cuối cùng, BMS, vỏ, đầu nối, tải thiết bị và điều kiện sạc.
Cung cấp:
hóa học tế bào;
cấu hình nối tiếp và song song;
điện áp danh định;
dung tích;
mục tiêu thời gian sạc;
loại đầu vào USB;
dòng sạc;
dòng điện thiết bị bình thường và cao điểm;
yêu cầu sạc trong khi vận hành;
hạn chế về đầu nối và vỏ bọc;
nhiệt độ hoạt động;
BMS hoặc yêu cầu liên lạc.
USB có thể được sử dụng để sạc pin 18650, nhưng cổng USB chỉ là khởi đầu của kiến trúc sạc.
Một hệ thống đáng tin cậy phải phù hợp với thành phần hóa học của pin, cấu hình tế bào, điện áp sạc, dòng điện, hệ thống bảo vệ, giao diện USB, thiết kế nhiệt và tải thiết bị. USB-C và USB-C PD có thể cải thiện tính linh hoạt của đầu vào nhưng chúng không thay thế IC sạc hoặc BMS mà bộ pin yêu cầu.
Đối với các ứng dụng OEM, toàn bộ pin, mạch sạc, hệ thống bảo vệ, đầu nối và vỏ phải được xác nhận cùng nhau. Cách tiếp cận này giúp ngăn ngừa các mối nguy hiểm khi kết nối trực tiếp, sạc không ổn định, quá nhiệt và không tương thích giữa mẫu được phê duyệt và thiết bị sản xuất cuối cùng.
