Літій-іонний акумулятор 18650: розміри. Акумулятор 18650: застосування

Літій-іонні акумулятори 18650 останнім часом стають все більш популярними. За своїми технічними характеристиками вони випереджають всім відомі пальчикові акумулятори. Поняття «пальчикові» і «мізинчикові», застосовувані для загальновідомих розмірів батарейок, з точки зору правильної термінології невірні. Всі акумулятори, поза залежності від габаритів, мають свої коди, що позначають їх розмір. Так, 18650 – це теж код. Ось і весь секрет.

Типорозмір акумулятора 18650

В даному пятизначном код виражені ширина і довжина батарейки, де перші дві цифри - це ширина (діаметр) в мм, а три останні - довжина в мм з десятими частками. Існує помилкова думка, що нуль в кінці даного коду позначає циліндричну форму акумулятора (існують акумулятори різної форми). Таке точне позначення довжини акумулятора не обов'язково. При вказівці його розміру часто обмежуються першими чотирма цифрами (1865). До речі, пальчикові та мізинчикові батарейки також мають свій код – 14500 і 10440. Крім цифрового коду, розмір також може позначатися літерами. Наприклад, два вищеназваних розміру акумуляторів мають альтернативні літерні коди – АА (пальчикові) і ААА (мізинчикові). Існує безліч буквених і цифрових кодів, що позначають розміри різних елементів живлення: CR123 (16340), А (17500), A Fat (18500), 4/3 A (17670) і т. д.


Щодо акумулятора 18650 дане позначення розміру є неточним. Потрібно враховувати й інші параметри. На розмір акумулятора 18650 може впливати, наприклад, наявність вбудованої спеціальної плати (контролера заряду). У деяких акумуляторів в цьому випадку довжина може бути трохи більше. Нерідкі випадки, коли акумулятор просто не поміщається в відсік того приладу, де його хочуть використовувати, незважаючи на те, що даний прилад (наприклад, батарейний блок електронної сигарети) орієнтований на роботу саме з акумуляторами такого типу.

Тривалість використання літій-іонного акумулятора 18650

Час, який даний акумулятор здатний відпрацювати, залежить від такого поняття, як «міліампери в годину» (mAh). Для великих акумуляторів, наприклад автомобільних, застосовується термін «ампер на годину». Для акумулятора 18650 mAh це похідна величина. Один ампер дорівнює 1000 міліампер. Міліампер на годину – це струм, який може дати акумулятор протягом умовного години використання. Іншими словами, якщо розділити цю величину на певну кількість годин, можна дізнатися час роботи елемента живлення. Наприклад, акумулятор має ємність 3000 mAh. Це означає, що на дві години роботи він буде видавати 1500 міліампер. На чотири – 750. Акумулятор з наведеного прикладу повністю розрядиться після 10 годин роботи, коли його ємність досягне 300 міліампер (межа глибокого розряду). Подібні підрахунки дають лише приблизне уявлення про час роботи акумулятора. Його реальний час роботи залежить від того, з яким навантаженням йому доводиться мати справу, тобто від приладу, який він повинен забезпечити харчуванням.

Струм, напруга і потужність

Перед тим як зупинитися на загальному описі технічних характеристик літій-іонних акумуляторів 18650 і пересторог в роботі з ними, коротко дамо визначення вищеназваним поняттям. Струм (максимальний струм розряду, токоотдача) виражається в амперах і маркується на акумуляторі літерою «А». Напруга виражається у вольтах і позначається буквою «V». На багатьох елементах живлення можна зустріти такі позначення. Для літій-іонного акумулятора напруга завжди дорівнює 3.7 вольт, а струм може бути різним. Потужність акумулятора як головний параметр його сили виражається добутком напруги і струму (вольти потрібно помножити на ампери).

Опис плюсів і мінусів літій-іонного акумулятора

Головний мінус акумуляторів розміру 18650 вироблених за літій-іонної технології, полягає в тому, що у них невеликий діапазон робочих температур. Нормальна робота літій-іонного акумулятора можлива тільки в межах від -20 до +20 градусів Цельсія. Якщо ж він використовується або заряджається при температурах нижче або вище означених, це його псує. Для порівняння, нікель-кадмієві та нікель-метал-гидридні акумулятори мають більш широкий діапазон температур – від -40 до +40. Але, на відміну від останніх, літій-іонні батареї мають більш високу номінальну напругу – 3.7 вольта проти 1.2 вольт у нікелевих елементів живлення. Також літій-іонні акумулятори практично не схильні поширеним серед багатьох видів акумуляторів ефектів саморозряду і пам'яті. Саморозряд – це втрата енергії зарядженої при просте. Ефект пам'яті виникає у деяких видів акумуляторів в результаті систематичної зарядки після повної розрядки. Тобто він розвивається на акумуляторах, які висаджуються не повністю. При ефекті пам'яті батарейка «запам'ятовує» ту ступінь розряду, після якої її починають заряджати, і розряджається, дійшовши до цієї межі в наступному циклі. Її справжня ємність на той момент насправді більше. Якщо є плата, що відображає рівень заряду батареї, то вона теж буде показувати розряд. Даний ефект розвивається не відразу, а поступово. Він може розвинутися і в умовах, коли акумулятор постійно працює від електричної мережі, тобто безперервно заряджається.
Саморозряд і ефект пам'яті виявляються у літій-іонних акумуляторів вкрай незначно. Є ще один момент, на який слід звернути увагу: такі акумулятори не можна зберігати в розрядженому стані, інакше вони швидко виходять з ладу.

Обережності в роботі з літій-іонним акумулятором

Багато види акумуляторів схильні спалахування і вибухів. Це залежить від хімічної складової внутрішнього пристрою акумулятора. Для літій-іонних акумуляторів розміру 18650 подібна проблема стоїть досить гостро. Нерідкі випадки, коли користувачі електронних сигарет отримують серйозні опіки на руках і обличчі, а то й більше серйозні травми. Оскільки літій-іонні акумулятори наявні в ноутбуках, планшетах і стільникових телефонах, нерідкі випадки їх займання. На першому місці серед причин виникнення подібних інцидентів варто, звичайно, неякісна (дешева) складання акумулятора. Однак у випадку з електронними сигаретами вибух літій-іонного акумулятора легко спровокувати самостійно, навіть якщо акумулятор не з дешевих. Для цього треба трохи розбиратися в тому, що таке електричний опір. Якщо пояснити це поняття найбільш простою мовою, то це параметр, який визначає вимоги провідника до елемента живлення. Чим нижчий опір провідника, тим більше струму (ампер) повинен віддавати акумулятор. Якщо опір дуже низька, то акумулятор буде працювати з таким провідником у велике навантаження. Опір може бути настільки низькими, що це спровокує позамежну навантаження на батарею та її подальший вибух або займання. Іншими словами, це буде коротке замикання. Оскільки електронні сигарети працюють за принципом випаровування, при якому не обійтися без нагрівального елемента (спіралі розжарювання), невмілі користувачі можуть помилково змусити акумулятор працювати з нагрівальним елементом з вкрай низьким опором. Знаючи токоотдачу конкретного акумулятора і опір провідника, за допомогою нескладних обчислень за формулою закону Ома можна визначити, чи впорається даний акумулятор з конкретним провідником. Дані небезпечні явища відбуваються не завжди і не у всіх випадках. Технології захисту акумуляторів постійно удосконалюються. Багато акумулятори мають усередині спеціальний контролер заряду, здатний вчасно знеструмити акумулятор при появі короткого замикання. Це захищені акумулятори.

Пристрій літій-іонного акумулятора

В основі пристрою акумулятора 18650 лежить електроліт – спеціальна рідина, в якій відбуваються хімічні реакції. Дані хімічні реакції є оборотними. На цьому заснований принцип дії будь-якого акумулятора. Говорячи простою мовою, формула таких реакцій може протікати як зліва направо (розряд), так і справа наліво (заряд). Такі реакції відбуваються між катодом і анодом елемента. Катод - це негативний електрод (мінус), анод – позитивний електрод (плюс) джерела живлення. Між ними в момент реакції утворюється електричний струм. Хімічні реакції розряду і заряду між катодом і анодом - це процеси окислення і відновлення, але це вже зовсім інша історія. Заглиблюватися в процес електролізу ми не станемо. Струм утворюється в той момент, коли катод і анод починають взаємодіяти, тобто до плюса і мінуса батарейки підключають що-небудь. Катод і анод повинні бути электропроводимыми. Під час порушення умов експлуатації в електроліті з'являються молекули хімічних елементів, які замикають катод і анод, що призводить до внутрішніх коротких замикань. Внаслідок цього температура батареї збільшується і з'являється більше молекул, замикаючих плюс і мінус. Весь цей процес як сніжний ком набуває швидкість в геометричній прогресії. Без можливості виведення електроліту назовні (корпус акумулятора герметичний) виникає теплове розширення, збільшує внутрішній тиск. Що відбувається далі, можна зрозуміти і без коментарів.

Зарядка літій-іонного акумулятора

В якості зарядки акумулятора 18650 підійдуть будь-які пристрої, призначені для батарейок даного формату. Головне, при зарядці не міняти правильну полярність. Розташовувати акумулятори в слотах зарядного пристрою потрібно точно у відповідності з позначеннями плюса і мінуса. Не зайвим буде ознайомитися з іншими заходами безпеки при використанні для зарядки акумулятора 18650 які завжди вказані на його корпусі. Найкращим варіантом для заряду літій-іонних акумуляторів буде використання більш дорогих зарядних пристроїв з тонкою настройкою процесу заряду. Багато з них мають функцію заряду акумуляторів за методом CC/CV, що розшифровується як постійний струм, постійне напруження. Цей метод хороший тим, що він може зарядити акумулятор більше, ніж це роблять звичайні зарядні пристрої. Пов'язано це з таким понятим, як перезаряд. Під час зарядки або розрядки акумулятора його напруга змінюється. При зарядці збільшується, при розрядці зменшується. Номінальні 3.7 вольт – це усереднене значення. Є два ефекту, що згубно впливають на акумулятор – перезаряд і перерозряд. Існують порогові значення на заряд і розряд акумулятора. Якщо напруга елемента живлення виходить за ці межі, то акумулятор отримує перезаряд або перерозряд в залежності від того, заряджається він або розряджається. При звичайному режимі зарядки для 18650 Li-ion зарядний пристрій і контролер заряду всередині самої батареї (якщо такий є) зчитують покази по напрузі акумулятора і відсікають заряд по досягненні порогу щоб уникнути перезаряду. При цьому акумулятор насправді не заряджається повністю. Його ємність може дозволити йому зарядитися ще, але порогове значення не дає це зробити. Принцип зарядки методом CC/CV влаштований так, що подається на заряд струм не відсікається, а різко знижується, не даючи внутрішньому напрузі акумулятора вийти за порогове значення. Таким чином, елемент живлення заряджається повністю без отримання перезаряду.

Види літій-іонних акумуляторів

Види акумуляторів 18650 Li-ion: літій-залізо-фосфатні (LFP); літій-марганцеві (IMR); літій-кобальтові (ICR); літій-полімерні (LiPo). Усі види, крім останнього, мають циліндричну форму і можуть бути виконані у форматі 18650. Літій-полімерні акумулятори відрізняються тим, що у них немає конкретної форми. Пов'язано це з тим, що вони мають твердий електроліт (полімер). Саме за рахунок такого незвичайного властивості електроліту дані акумулятори часто використовуються в планшетах і стільникових телефонах.

Застосування літій-іонних акумуляторів

Як вже було сказано, літій-іонні акумулятори розміру 18650 широко застосовуються в електронних сигаретах. Вони можуть бути вбудованими в батарейний блок або знімними, тобто встановлюватися у нього окремо. Їх також може бути кілька, з'єднаних паралельно або послідовно. Літій-іонні акумулятори давно знайшли своє застосування і в пристрої різних батарей, наприклад батарей для ноутбуків. Такі батареї являють собою ланцюг декількох з'єднаних між собою акумулятора 18650 всередині єдиного корпусу. Такі батареї можна також зустріти і в якості ємних пауер банків – портативних зарядних пристроїв. Область застосування самих батарей досить широка: від названих зарядних пристроїв до складових елементів сучасних великих механізмів (автомобільних або авационных). При цьому кількість літій-іонних акумуляторів 18650 складових єдину батарею, може варіюватися від декількох одиниць до сотень. Варто згадати і про літій-полімерних акумуляторів. Вони хоч і не випускаються в форматі 18650 Li-ion, але є найпоширенішими, так як використовуються в планшетах і стільникових телефонах.