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).
⚠️ 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.
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.
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.
1. Проверка защиты от глубокого разряда менее 2.5В.
- Подключите мультиметр к элементу для измерения напряжения.
- Подключите нагрузку к аккумулятору. Выберите нагрузку, которая обеспечит умеренный разряд (например, лампа накаливания 6В от фонарика для стандартного элемента INR/ICR18650).
- Контролируйте напряжение аккумулятора. Когда напряжение упадёт до 2.5В, защитная схема должна отключить аккумулятор.
- 💥 Если аккумулятор продолжает разряжаться ниже 2.5В, то защитная схема отсутствует или неисправна.
- Отключите нагрузку, как только напряжение достигнет 2.5В и станет очевидно, что защитной схемы нет/неисправна.
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.
- Убедитесь, что аккумулятор полностью заряжен.
- В течение короткого времени (не более 1 минуты) на открытом пространстве подключите аккумулятор к источнику питания 12В через амперметр, контролируя ток.
- Наблюдайте за аккумулятором. Обращайте внимание на изменение температуры, вздутие, дым.
- 💥 Если наблюдаются какие-либо признаки неисправности, немедленно отключите зарядку аккумулятора.
- Через минуту теста, если всё хорошо, то отключите аккумулятор от источника питания.
- Поместите аккумулятор в термостойкий контейнер с крышкой для наблюдения в течение нескольких часов.
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.
- Полностью зарядите аккумулятор.
- На открытом пространстве поместите аккумулятор в защитный контейнер.
- 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.
- 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.
- Не прикасайтесь к аккумулятору после короткого замыкания, он может быть очень горячим, если схема защиты неисправна!
- Оставьте аккумулятор в защитном контейнере на несколько часов для наблюдения.
- 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.
- 💥 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.
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.