Разрядка аккумуляторов 18650: можно ли падать ниже 3.0 V?
Разряд литий-ионных аккумуляторов формата 18650 ниже допустимого предела приводит к деградации анода, росту внутреннего сопротивления и сокращению срока службы. Минимальное безопасное напряжение зависит от химии элемента и режима нагрузки. Инженерное проектирование схем защиты и балансировки позволяет избежать опасного глубокого разряда, сохраняя стабильность батарей даже при интенсивной эксплуатации.
1. Нормальные диапазоны напряжения
|
Химия |
Номинальное, В |
Максимальное, В |
Минимальное, В |
|
Li-ion (ICR/NMC/NCA) |
3.6–3.7 |
4.2 |
2.7–3.0 |
|
Li-ion (INR high-drain) |
3.6 |
4.2 |
2.5–2.7 |
|
LiFePO₄ |
3.2 |
3.6 |
2.0 |
|
Li-Polymer |
3.7 |
4.2 |
3.0 |
Падение напряжения ниже нижнего порога вызывает необратимые реакции между электродами и электролитом, что разрушает слой SEI (Solid Electrolyte Interphase) и приводит к ёмкостным потерям до 30 %.
2. Что происходит при глубоком разряде
-
Разрушение SEI-плёнки.
При напряжении <2.5 В литий реагирует с электролитом, формируя неустойчивые соединения.
-
Медный анод начинает растворяться.
Возникает эффект самовосстановления при зарядке, но с потерей ёмкости.
-
Рост внутреннего сопротивления.
Даже после восстановления элемент теряет мощность и нагревается сильнее.
-
Риск обратной полярности.
В сборках 3S–13S слабые ячейки могут сменить полярность, что разрушает всю батарею.
3. Минимальные допустимые уровни
-
Для бытовых устройств — не ниже 3.0 В.
-
Для промышленных систем с BMS — допускается кратковременное снижение до 2.7 В.
-
Для высокотоковых ячеек INR (Samsung 30Q, LG HG2) — до 2.5 В, но не чаще 1 % циклов.
-
Ниже 2.5 В происходит химическая деградация, необратимая даже после восстановления.
4. Методы защиты от глубокого разряда
-
Использование BMS-плат с отсечкой при 2.7–2.9 В.
-
Применение контроллеров защиты (DW01, HY2213, Seiko S-8254).
-
Контроль по нижнему порогу напряжения (UVP) с точностью ±0.05 В.
-
Мониторинг напряжения каждой ячейки в многосекционных сборках.
-
Использование индикаторов напряжения или модулей измерения SoC (State of Charge).
5. Практические рекомендации
-
Не разряжайте аккумуляторы «до отключения» устройства — порог срабатывания может быть ниже безопасного.
-
После полного разряда сразу зарядите элемент до 3.6–3.7 В.
-
Не храните батареи с напряжением <3.5 В.
-
В многосекционных сборках устанавливайте активную балансировку для равномерного разряда.
-
При проектировании используйте запас по напряжению (cut-off = 3.1 В).
6. Примеры элементов с различным порогом разряда
|
Модель |
Химия |
Минимум, В |
Циклы |
Особенности |
|
Samsung INR18650-30Q |
INR NMC |
2.5 |
800 |
высокотоковый, стабильный |
|
LG MJ1 |
NCA |
2.75 |
1000 |
энергоёмкий, чувствительный к разряду |
|
EVE INR18650-30V |
NMC |
2.7 |
1000 |
баланс тока и ёмкости |
|
Panasonic NCR18650PF |
NCA |
2.8 |
1000 |
стабильность при +45 °C |
|
Molicel P26A |
INR |
2.5 |
1200 |
допускает низкое напряжение кратковременно |
Все эти модели доступны на Альфакомпонент с сертификацией и техническими паспортами.
7. Хранение и восстановление
Если элемент был разряжен ниже 2.5 В:
-
не пытайтесь заряжать стандартным зарядным устройством;
-
используйте лабораторный источник с ограничением тока 0.05 C до достижения 3.0 В;
-
проверяйте внутреннее сопротивление (норма ≤ 80 мΩ);
-
при росте до >150 мΩ элемент считается деградировавшим.
Итог
Безопасный нижний предел для литий-ионных аккумуляторов 18650 — 2.7–3.0 В. Разряд ниже этого уровня вызывает деградацию анода и потерю ёмкости. Оптимальная эксплуатация достигается при использовании плат защиты, активной балансировки и контроле температуры. При соблюдении этих условий элементы сохраняют до 80 % ёмкости после 1000 циклов.
