Проверьте свой аккумулятор 18650 на защиту от пожара: инструкция

Защита 18650 действительно защищает? Как проверить?

Защита 18650 действительно защищает? Как проверить?

Сработает ли защита на короткое замыкание, перезаряд и глубокий разряд у Li-ion 18650 с защитой (PCM — круглой печатной платой, PСB), которые мы покупаем, например, для фонариков, игрушек или вейпа? Всё это можно проверить, следуя руководству по тесту безопасности литий-ионных аккумуляторов.

👇 Узнайте, как проверить, безопасен ли аккумулятор типа 18650 с установленной схемой защиты или его аналоги (21700, 20700, 26650, 18350, 26700, AA Li-ion 3.7V, AAA Li-ion 3.7V и другие).

От небрежного отношения к Li-ion и безответственного подхода при экспериментах могут быть травмы! Это реальность.

⚠️ ВНИМАНИЕ: Эксперименты с литий-ионными аккумуляторами могут быть опасны. Неправильное обращение может привести к возгоранию, взрыву и выделению токсичных веществ. Проводите эксперименты только на открытом воздухе, вдали от легковоспламеняющихся материалов, используя средства индивидуальной защиты (очки, перчатки). Автор руководства не несёт ответственности за любые последствия, возникшие в результате выполнения описанных ниже действий.

Защита 18650 — печатная плата PCB (process control block) или PCM (protection circuit module).

Что нужно из материалов и инструментов?

• Литий-ионный аккумулятор с защитой (которую и нужно проверить).
• Мультиметр. С его помощью мы измерим напряжение и ток.
• Источник питания с регулируемым напряжением и током. Опытные пользователи используют для этого блок питания компьютера. Он нужен для теста на перезаряд и проверки наличия защитной схемы. Как производитель аккумуляторов, мы рекомендуем использовать лабораторный блок питания. Например, источник питания RD RK6006-C (Реклама: ООО "АЛИБАБА.КОМ (РУ)" ИНН: 7703380158). У него есть отечественные аналоги (ищите на habr). Но это дорогое устройство. Можно подумать над вариантами подешевле — напишите в комментариях ваши варианты, а то нам каждую ссылку нужно теперь маркировать 🤣.
• Нагрузка для разряда аккумулятора. Исходя из номинала 3,7В элементов 18650 (у LiFePO4, например, напряжение другое — имейте ввиду), это либо резистор (для разряда током 0.5А можно использовать резистор 7.5 Ом и мощностью 2 Вт или 3 Вт; для разряда током 1А можно использовать резистор 3.9 Ом и мощностью 5 Вт или 10 Вт), либо лампочка 2-3 Вт на 6V или 12V (чем выше напряжение, тем больше ток разряда — нужно следить за температурой аккумулятора и не греть его).
• Провода с зажимами типа «крокодил» для подключения к аккумулятору (обычно есть в наборе мультиметра).
• Наждачная бумага для зачистки контактов аккумулятора.
• СИЗы — защитные очки для глаз и перчатки для рук.
• Негорючий контейнер (например, металлическое ведро с песком или керамическая плитка) для проведения теста на короткое замыкание.
• Термостойкий контейнер с крышкой (опционально) для наблюдения за аккумулятором после тестов. В быту это старая ненужная кастрюля или железное ведро с железной крышкой.

На корпусе элемента 18650 с защитой указано, что она сработает на короткое замыкание (short circuit), перезарядку (overcharge) и глубокий разряд (discharge). Но сработает ли?

Шаги для каждого эксперимента

Прежде всего, нужно измерить напряжение каждого элемента. Оно должно находиться в диапазоне между 2.5В и 4.2В. Но хорошие производители отправляют новые элементы в продажу только с половинным 50% зарядом — то есть с напряжением в районе 3,8В-3,9В для литий-ионных 3,7В-ячеек по требованию безопасной транспортировки.

💥 Если напряжение менее 2.5В на элементе, то это либо иной тип (Li4Ti5O12, LiFePO4 или даже никелевый), либо он бракованный.

Создаём нагрузку лампочкой, чтобы проверить, работает ли защита от глубокого разряда.

1. Проверка защиты от глубокого разряда менее 2.5В.

1. Подключите мультиметр к элементу для измерения напряжения.
2. Подключите нагрузку к аккумулятору. Выберите нагрузку, которая обеспечит умеренный разряд (например, лампа накаливания 6В от фонарика для стандартного элемента INR/ICR18650).
3. Контролируйте напряжение аккумулятора. Когда напряжение упадёт до 2.5В, защитная схема должна отключить аккумулятор.
4. 💥 Если аккумулятор продолжает разряжаться ниже 2.5В, то защитная схема отсутствует или неисправна.
5. Отключите нагрузку, как только напряжение достигнет 2.5В и станет очевидно, что защитной схемы нет/неисправна.

При достижении 4.2В аккумулятор должен перестать брать заряд, снизив ток потребления почти до 0А.

2. Тест на перезаряд (подключение к 12В источнику).

⚠️ ВНИМАНИЕ: Этот тест потенциально опасен из-за вероятного брака даже в качественном элементе. Проводите его с крайней осторожностью и только на открытом воздухе на свой страх и риск.

1. Убедитесь, что аккумулятор полностью заряжен.
2. В течение короткого времени (не более 1 минуты) на открытом пространстве подключите аккумулятор к источнику питания 12В через амперметр, контролируя ток.
3. Наблюдайте за аккумулятором. Обращайте внимание на изменение температуры, вздутие, дым.
4. 💥 Если наблюдаются какие-либо признаки неисправности, немедленно отключите зарядку аккумулятора.
5. Через минуту теста, если всё хорошо, то отключите аккумулятор от источника питания.
6. Поместите аккумулятор в термостойкий контейнер с крышкой для наблюдения в течение нескольких часов.

Проверяем с безопасного расстояния и вне помещения, остановит ли защита ток при коротком замыкании.

3. Тест на короткое замыкание

⚠️ ВНИМАНИЕ: Этот тест чрезвычайно опасен в случае брака или низкого качества элемента. Проводите его с максимальной осторожностью и только на открытом воздухе, используя защитный контейнер.

1. Полностью зарядите аккумулятор.
2. На открытом пространстве поместите аккумулятор в защитный контейнер.
3. Из безопасного места, используя как можно более толстый провод, кратковременно (на секунду) замкните контакты аккумулятора, например, включением цепи (а не сидя рядом с элементом) и наблюдайте за реакцией аккумулятора.
4. Защитная схема должна мгновенно отключить аккумулятор. Вы не должны наблюдать никакого тока, проходящего через цепь короткого замыкания. Аккумулятор может немного нагреться из-за внутреннего сопротивления, но этот нагрев должен быть незначительным и быстро прекратиться.
5. Не прикасайтесь к аккумулятору после короткого замыкания, он может быть очень горячим, если схема защиты неисправна!
6. Оставьте аккумулятор в защитном контейнере на несколько часов для наблюдения.
7. Защитная схема должна восстановиться после снятия короткого замыкания. Это означает, что после отключения провода, которым вы создали короткое замыкание, аккумулятор снова начнёт работать нормально. Однако, в удешевлённых китайских элементах применяют простейшие типы защиты, которые срабатывают однократно и требуют перезарядки аккумулятора специальным зарядным устройством для восстановления.
8. 💥 Если защита неисправна, ток не прерывается, элемент греется или даже дымится, то использование такого аккумулятора опасно.

Меры предосторожности

Всегда используйте защитные очки и перчатки при нештатных экспериментах с Li-ion-батареями. Проверяйте на открытом воздухе, вдали от легковоспламеняющихся материалов. В случае воспламенения тушите песком.

Не оставляйте аккумулятор без присмотра во время проведения экспериментов и не пытайтесь восстановить поврежденные аккумуляторы — это расходник.

Утилизируйте аккумуляторы надлежащим образом (карта пунктов приёма в РФ).

Какие результаты?

• Проверка наличия защитной схемы. Если аккумулятор разряжается ниже 2,5V, защитная схема отсутствует или неисправна. Чаще всего в дешёвых китайских элементах это бутафория, которая ничего не стоит.
• Тест на перезаряд. Наблюдается вздутие, дым, сильный нагрев — всё это свидетельствуют о неисправности аккумулятора или отсутствии защиты от перезаряда. Обычно такую защиту имеют даже самые дешёвые 18650.
• Тест на короткое замыкание. Ток не прерывается, сильный нагрев и дальнейший тепловой разгон с самовоспламенением свидетельствуют о неисправности защиты аккумулятора или даже отсутствии системы предохранителя от короткого замыкания.

Для проверки соединять элементы 18650 допускается пайкой с как можно более коротким касанием паяльника, иначе можно повредить поверхностные материалы электродов. Для сборки батареи с целью эксплуатации используйте точечную сварку.

Дополнительно:

Такие тесты проводят для проверки партии. Берут 1-2 ячейки для выявления обмана производителя или подделки под бренд. Их в дальнейшем разбирают и смотрят, какие именно компоненты установлены в защите.

✅ Здесь главное не пренебрегать безопасностью, так как неисправные или бракованные Li-ion могут устроить пожар.

Например, мы в нашем производстве используем специальные огнеупорные контейнеры для аккумуляторов. Такие можно приобрести в специализированных магазинах.

Также мы привели руководство максимально к бытовым условиям тестирования. В лабораторных условиях нашего НИОКР мы полагаемся на дорогостоящие установки, в которых предусмотрена автоматизация безопасности. А само тестирование выполняется под наблюдением опытных инженеров.

☝ Важно! Исправная работа системы защиты аккумулятора в тестах не гарантирует его абсолютную безопасность. Данные тесты являются лишь одним из способов оценки рисков, связанных с использованием литий-ионных аккумуляторов.

🔻 С этой статьёй также читают: