Что произойдет, если перезарядить аккумулятор 18650? Риски и последствия.
Введение
Аккумуляторы формата 18650 широко применяются в электроинструменте, фонарях, ноутбуках и системах резервного питания. Их надёжность доказана, но эксплуатационные ошибки, в частности перезаряд, могут привести к разрушению структуры ячейки и термической нестабильности.
Перезаряд — это превышение верхнего порога напряжения (4,2 В), при котором химическая система литий-ионного элемента выходит из равновесия. Для инженеров важно понимать физику процесса и методы защиты.
Что происходит при перезаряде
Когда напряжение на ячейке превышает 4,25–4,3 В, электролит начинает разлагаться, а катод теряет стабильность.
Процессы включают:
-
выделение газов и повышение внутреннего давления;
-
рост температуры корпуса на 10–15 °C за минуту;
-
образование металлического лития на аноде;
-
пробой сепаратора и короткое замыкание.
Такая реакция называется тепловым разгоном (thermal runaway). Она может развиться лавинообразно — от локального нагрева до возгорания.
Инженерные последствия превышения напряжения
|
Параметр |
Пороговое значение |
Последствие |
|
Напряжение 4,25–4,30 В |
лёгкий перезаряд |
ускоренная деградация катода |
|
Напряжение 4,35–4,40 В |
сильный перезаряд |
вспучивание корпуса, газовыделение |
|
Напряжение 4,50 В и выше |
критический перезаряд |
термический разгон, разрушение элемента |
Уже при превышении номинала на 0,1 В ёмкость снижается на 10–15 % за первые 20 циклов, а сопротивление растёт вдвое.
Системы защиты от перезаряда
1. Плата BMS (Battery Management System).
Контролирует каждую ячейку и отключает питание при достижении 4,25 В.
2. Алгоритм CC-CV.
Обеспечивает двухфазный процесс: постоянный ток до порога 4,2 В и удержание напряжения с постепенным снижением тока.
3. Балансировка.
Уравнивает напряжение между ячейками сборки, предотвращая накопление разницы.
4. Термоконтроль.
Датчики NTC или термореле отключают заряд при превышении +50 °C.
5. Защищённые элементы (Protected 18650).
Встроенная микросхема с отсечкой по напряжению и температуре.
Преимущества инженерной защиты
-
предотвращение перегрева и возгорания;
-
продление срока службы ячеек до 1000 циклов;
-
сохранение стабильной ёмкости при эксплуатации;
-
безопасность при параллельной и последовательной сборке;
-
соответствие стандартам ГОСТ IEC 62133-2:2022.
Недостатки при отсутствии защиты
-
ускоренное старение электродов;
-
потеря более 50 % ёмкости после 10 перезарядов;
-
тепловой пробой и короткое замыкание;
-
деформация корпуса;
-
риск возгорания при хранении в заряженном состоянии.
Практические рекомендации инженерам и разработчикам
-
Используйте зарядные устройства с контролем CC-CV и точной отсечкой 4,2 В ±0,05 В.
-
Подбирайте BMS с током балансировки не менее 60 мА и температурным датчиком.
-
Устанавливайте термодатчики ближе к положительному полюсу аккумулятора — зона максимального нагрева.
-
Для тестов используйте имитационные нагрузки, а не прямое подключение источника.
-
При проектировании блоков питания закладывайте запас по току не менее 20 % от расчётного.
Особенности проектирования систем на 18650
Современные сборки могут содержать от 3 до 200 элементов. Даже минимальная разбалансировка (0,05 В) между ячейками приводит к накоплению напряжения на одной из них и её перезаряду.
Решение — активная балансировка, при которой избыточная энергия передаётся в соседние элементы. Это особенно важно для аккумуляторных блоков мощных устройств — электроинструментов, электровелосипедов, источников бесперебойного питания.
Заключение
Перезаряд аккумулятора 18650 приводит к необратимым химическим изменениям и разрушению внутренней структуры.
Контроль напряжения, температуры и применение BMS — обязательные меры для инженерных систем.
Соблюдение стандартов зарядки, использование алгоритма CC-CV и сертифицированных ячеек обеспечивает стабильность, безопасность и предсказуемость работы электроники на протяжении всего жизненного цикла.
