Полный гид по самодельным внешним батареям на базе аккумуляторов 18650.
Введение
Литий-ионные аккумуляторы 18650 давно стали стандартом в портативной электронике, включая ноутбуки, электровелосипеды и даже профессиональное оборудование. Однако их популярность выходит далеко за рамки серийных устройств: всё больше инженеров, разработчиков и радиолюбителей собирают внешние аккумуляторы своими руками, используя ячейки 18650. Это позволяет гибко подбирать ёмкость, выходное напряжение, зарядные схемы и системы защиты.
Данная статья представляет собой технически обоснованный гид по проектированию и сборке таких решений, включая схемотехнику, выбор компонентов, аспекты безопасности и проверку работоспособности.
1. Особенности аккумуляторов 18650
Аккумулятор формата 18650 представляет собой цилиндрический элемент с типичными параметрами:
- Номинальное напряжение: 3.6–3.7 В
- Ёмкость: 1800–3500 мА*ч
- Максимальный ток: от 5 А до 30 А в зависимости от модели
- Размеры: 18 мм × 65 мм
При проектировании необходимо учитывать допустимые пределы напряжений (заряд — до 4.2 В, разряд — не ниже 2.5 В) и термозащиту.
2. Планирование сборки внешнего аккумулятора
Перед началом сборки важно определиться с назначением:
- Питание USB-устройств (5 В)
- Зарядка ноутбуков (9–20 В)
- Мобильные проекты (Arduino, ESP32 и т.д.)
От цели зависит количество ячеек, тип BMS-контроллера и выбор платы преобразователя (step-up/step-down).
3. Схема соединения ячеек
Используются два основных типа соединения:
- Параллельное (1SxP) — увеличение ёмкости и тока, напряжение остается на уровне номинального для используемого аккумулятора
- Последовательное (xS1P) — увеличение напряжения
При параллельной сборке важно использовать одинаковые по характеристикам элементы. При последовательной — строго обязательна балансировка и контроль заряда/разряда.
4. Платы BMS и защита аккумуляторов
Без системы управления зарядом (BMS) использование 18650 небезопасно. Основные функции BMS:
- Балансировка ячеек
- Защита от переразряда
- Защита от перезаряда
- Отключение при перегреве
Для самодельных power bank часто используют платы на базе TP4056 для 1S-сборок или универсальные BMS для 2S/3S/4S систем.
5. Зарядка и разрядка: USB и DC-DC модули
Для получения стандартного напряжения 5 В применяются преобразователи:
- Boost-конвертеры (step-up) — повышают напряжение от одной или двух ячеек
- Buck-конвертеры (step-down) — понижают напряжение при 2S/3S сборках
Важно контролировать не только напряжение, но и ток заряда. Для зарядки через USB популярны модули с TP4056, имеющие встроенную защиту и индикаторы.
6. Корпус и монтаж
Корпус влияет на теплоотвод, устойчивость и безопасность. На практике применяются:
- Пластиковые боксы с отсеками для 18650
- Металлические кожухи с вентиляцией
- 3D-печатные корпуса с посадочными местами
Для надёжности ячейки оборачиваются термоусадкой, а соединения защищаются изоляцией.
7. Тестирование аккумуляторов
Перед использованием ячейки необходимо проверить:
- Начальное напряжение (должно быть 3.6–3.8 В)
- Отсутствие физической деформации
- Ёмкость с помощью разрядных тестеров
- Внутреннее сопротивление (ESR)
Допускается разница не более 0.05 В между ячейками в параллели и не более 0.1 В — в последовательной сборке.
8. Пайка или держатели?
Держатели удобны для съёмной замены, но создают дополнительное сопротивление. Пайка — более надёжна, но требует аккуратности и использования термостойкого провода сечением не менее 0.75 мм². Контактные пластины можно припаивать с предварительным охлаждением элемента.
9. Расчёт выходной мощности
Полезная формула:
P = V × I
Например, сборка из 4 элементов 18650 с общей ёмкостью 12000 мА·ч и напряжением 3.7 В может обеспечить:
- При boost на 5 В — около 8 000 мА·ч полезной ёмкости
- Реальная мощность с учётом потерь — до 40–45 Вт·ч
10. Безопасность при эксплуатации
- Хранить сборки при температуре от 0 до +40 °C
- Не допускать короткого замыкания
- Не заряжать без BMS или TP4056
- Не использовать повреждённые ячейки
- Использовать предохранители или PTC
Заключение
Сборка самодельного внешнего аккумулятора на базе 18650 — это проект, требующий внимания к деталям, расчётам и безопасности. Грамотно подобранные элементы, правильно спроектированная схема и качественная сборка позволяют получить надёжный и долговечный источник питания для различных задач.
