Die Batteriespannung von 18650 verstehen: Von den Grundlagen bis zum Fortgeschrittenen

Die Lithium-Ionen-Batterie 18650 hat sich aufgrund ihrer hohen Energiedichte, langen Lebensdauer und Zuverlässigkeit zu einem beliebten Produkt entwickelt. 18650 Batteriespannung Eigenschaften sind entscheidend für die Optimierung von Leistung und Sicherheit. Begeben wir uns auf diese Reise der 18650-Batteriespannung.

Grundlagen zur Batteriespannung 18650

Bevor wir uns mit der Batteriespannung von 18650 befassen, ist es wichtig, die Grundspannung aus fortgeschrittenen Konzepten und Anwendungen zu verstehen.

18650 Nennspannung

Die Nennspannung einer 18650-Batterie beträgt normalerweise 3.6 V oder 3.7 V. Dies wird als „durchschnittliche“ Spannung der Zelle während des Entladezyklus bezeichnet.

Die Nennspannung unterscheidet sich bei verschiedenen Lithium-Ionen-Akkumodellen. Wenn auf einem Gerät beispielsweise die Angabe „3.7-V-Lithium-Ionen-Akku“ steht, bezieht sich dies auf die Nennspannung von 18650-Zellen.

Volle Ladespannung

Wenn eine 18650-Batterie vollständig geladen ist, erreicht ihre Spannung ungefähr 4.2 V. Dies ist die maximal sichere Spannung von Standardzellen des Typs 18650.

Entlade-Abschaltspannung

Die Entladeschlussspannung, auch Unterspannungsgrenze genannt, liegt bei 2.0er Akkus bei ca. 2.5 V bis 18650 V. Diese Spannung gilt als „leer“ und die 18650er Akkus sollten geladen werden.

Der Spannungsabfall unter die Entladeschlussspannung kann die 18650 Lithium-Ionen-Zellen beschädigen. Die Batteriemanagementsysteme sind jedoch mit einer Entladeschlussspannungsfunktion ausgestattet. 

Unterschiedliche Spannungen von 18650-Zellen mit unterschiedlichen Materialien

Die grundlegenden Spannungskenntnisse zu 18650-Zellen werden am Anfang des Artikels erwähnt. Sie sollten sich darüber im Klaren sein, dass unterschiedliche chemische Zusammensetzungen leichte Unterschiede in den Spannungseigenschaften aufweisen.

• Lithiumkobaltoxid (LiCoO2): Diese Zelle hat eine Nennspannung von 3.6V und ist für ihre hohe Energiedichte bekannt.
• Lithiummanganoxid (LiMn2O4): Diese Zellen bieten im Vergleich zu LiCoO2 thermische Stabilität mit einer Nennspannung von 3.7 V.
• Lithium-Nickel-Mangan-Kobaltoxid (NMC): Auch diese Zellen verfügen über eine Nennspannung von 3.6V bzw. 3.7V und bieten ein gutes Gleichgewicht zwischen Energiedichte und Leistungsvermögen.
• Lithiumeisenphosphat (LiFePO4): Diese Zellen haben eine niedrigere Nennspannung von etwa 3.2 V mit hervorragenden Sicherheitseigenschaften und langer Lebensdauer.

Wenn Sie ein System entwerfen, das eine höhere Spannung erfordert, können Sie LiMn2O4- oder NMC-Zellen anstelle von LiFePO4-Zellen bevorzugen.

18650 Batteriespannungsbereich

Nachdem wir die grundlegenden Spannungspunkte behandelt haben, wollen wir uns nun die verschiedenen Spannungsbereiche ansehen, die den Betrieb von 18650-Batterien charakterisieren.

Normaler Arbeitsspannungsbereich

Der normale Betriebsspannungsbereich einer 18650-Batterie liegt normalerweise zwischen 3.0 V und 4.2 V. Wenn Sie das Gerät mit eingeschalteter Batterie verwenden, nimmt die Spannung allmählich ab. Die Abnahmerate hängt von verschiedenen Faktoren ab, einschließlich des Entladestroms und der Kapazität der Batterie.

Sicherer Spannungsbereich

Der sichere Spannungsbereich für eine 18650-Batterie ist etwas breiter als ihr normaler Arbeitsbereich, der von 2.5 V bis 4.2 V reicht.

Obergrenze (4.2 V): Über dieser Spannung kommt es zu einem Elektrolytzerfall und einem thermischen Durchgehen.

Untergrenze (2.5 V): Die Chemie der Batterie kann sich irreversibel verändern, was zu einem Kapazitätsverlust führt, wenn die Spannung unter eine untere Grenzspannung fällt.

Seine Aufgabe besteht darin, Batteriemanagementsysteme zu entwickeln, die die Zellspannung jederzeit im sicheren Bereich halten.

Beziehung zwischen Spannung und Ladezustand (SOC) der Batterie

Der Ladezustand (SOC) einer Batterie gibt an, wie viel Energie im Vergleich zu ihrer vollen Kapazität in der Batterie gespeichert ist. Obwohl die Spannung mit dem SOC zusammenhängt, ist die Beziehung nicht linear.

Hier finden Sie eine allgemeine Anleitung zur Beziehung zwischen Spannung und SOC für eine typische 18650-Zelle.

Stromspannung	Ladezustand (SOC)
4.2V	100 % SOC
4.1V	~90 % Ladezustand
4.0V	~80 % Ladezustand
3.9V	~70 % Ladezustand
3.8V	~60 % Ladezustand
3.7V	~50 % Ladezustand
3.6V	~40 % Ladezustand
3.5V	~30 % Ladezustand
3.4V	~20 % Ladezustand
3.3V	~10 % Ladezustand
3.0V	~0 % Ladezustand

Diese Werte sind Näherungswerte und basieren auf der spezifischen Zellchemie und anderen Faktoren. Die Spannung fällt zu Beginn und am Ende des Entladezyklus schneller ab, im mittleren Bereich ist der Abfall langsamer.

Faktoren, die die Spannung von 18650-Zellen beeinflussen

Durch das Verständnis dieser Faktoren, die die Spannung von 18650-Zellen beeinflussen, können Sie das Batterieverhalten vorhersagen und batteriebetriebene Systeme optimieren.

Temperatur

Hohe Temperaturen (über 45 °C oder 113 °F) erhöhen den Innenwiderstand und die Spannung. Außerdem führen die chemischen Reaktionen in der Hochtemperaturumgebung zu einer schnelleren Selbstentladung.

Niedrige Temperaturen (unter 0 °C oder 32 °F) erhöhen auch den Innenwiderstand und geben weniger Kapazität frei, was zu einem merklichen Spannungsabfall führt.

Sie sollten 18650-Zellen während der Verwendung und Lagerung in einem Temperaturbereich von 20 °C bis 25 °C (68 °F bis 77 °F) halten.

interner Widerstand

Der Innenwiderstand ist ein Schlüsselfaktor, der die Batteriespannung beeinflusst. Mit zunehmender Lebensdauer einer Batterie steigt auch ihr Innenwiderstand. Ein höherer Innenwiderstand führt zu einem schnelleren Spannungsabfall unter Last und erhöht die Wärmeentwicklung. Der Innenwiderstand spielt eine wichtige Rolle für die Gesundheit und Leistungsfähigkeit der Batterie.

Entladungsrate

Die Entladerate beeinflusst die Spannung. Höhere Entladeraten (d. h. eine höhere Stromaufnahme) führen zu einem schnelleren Spannungsabfall, einem höheren Kapazitätsverbrauch und mehr Wärme.

Die Entladerate beeinflusst den Innenwiderstand und die Dynamik der elektrochemischen Reaktionen innerhalb der Zelle. Bei der Auswahl von 18650-Zellen für eine individuelle Lösung sollten wir die Entladerate berücksichtigen.

18650 Lebenszyklen

Wenn die Lebenszyklen die verbleibenden 70 % erreichen, fällt die Spannung von 18650 schneller ab und der Innenwiderstand wird höher. Sie sollten die Entsorgung gemäß den Anweisungen des Herstellers des kundenspezifischen Lithium-Ionen-Akkupacks vornehmen.

18650 Aufladen des Akkus

Die richtigen Lademethoden erhalten die Leistung und Lebensdauer von 18650-Batterien. Lassen Sie uns die wichtigsten Aspekte beim Laden dieser Zellen untersuchen.

Standard 18650 Ladespannung

Die Standardladespannung für die meisten 18650 Li-Ionen-Akkus beträgt 4.20 V ± 0.05 V. Leichtes Laden und Entladen verbessert jedoch die Zuverlässigkeit und Lebensdauer des Akkus. Sie sollten eine Ladelösung aus dem Hersteller von kundenspezifischen Batteriepacks.

In der folgenden Tabelle werden die Ladegerätspezifikationen für jeden Spannungstyp des Lithium-Ionen-Akkupacks detaillierter beschrieben.

Ladespezifikation	Maximaler Ladestrom des Ladegeräts	3.7V Li-Ionen-Akku
4.2V	2A	7.4V Li-Ionen-Akku
8.4V	1A	11.1V Li-Ionen-Akku
12.6V	4A	14.8V Li-Ionen-Akku
16.8V	4A	18V Li-Ionen-Akku
21V	4A	21.6V Li-Ionen-Akku
25.2V	2A	25.9V Li-Ionen-Akku
29.4V	2A	36V Li-Ionen-Akku
42V	5A	43.2V Li-Ionen-Akku
50.4V	8A	43.2-V-Li-Ionen-Akku
54.6V	4A	Lithium-Ionen-Akkupack-Spezifikationen

18650 Batterieentladung

Die Entladekurve einer 18650-Batterie veranschaulicht, wie sich die Spannung ändert. Eine typische Entladekurve für eine 18650-Lithium-Ionen-Batterie hat drei Hauptphasen.

Erster Tropfen: Beim Starten der Last kommt es aufgrund des Innenwiderstands der Batterie zu einem kleinen und schnellen Spannungsabfall.

Langsame Abnahme: Der Großteil des Entladezyklus ist durch einen allmählichen, nahezu linearen Spannungsabfall gekennzeichnet.

Schneller Abfall: Wenn die Batterie fast vollständig entladen ist, beginnt die Spannung schneller zu sinken.

Hier ist eine ungefähre Darstellung einer typischen Entladekurve:

• Startspannung: 4.2 V (100 % Ladung)
• Die Spannung bei 80% Ladung: ~3.9 V – 4.0 V
• Die Spannung bei 50% Ladung: ~3.6 V – 3.7 V
• Die Spannung bei 20% Ladung: ~3.3 V – 3.4 V
• Cut-off-Spannung: ~2.5 V – 3.0 V (0 % Ladung)

Sie werden feststellen, dass die genaue Form der Kurve von Faktoren wie Entladerate, Temperatur und der spezifischen Chemie der Zelle abhängt.

Häufig gestellte Fragen zur Batteriespannung 18650

F: Kann eine 3.7-V-Batterie eine 4.2-V-Batterie ersetzen?

A: 3.7 V ist die Nennspannung einer Lithiumbatterie und die maximale Ladespannung beträgt 4.2 V. Die Nennspannungen von 3.7 V und 4.2 V sind hinsichtlich Größe und Kapazität gleichwertig. Eine 3.7-V-Batterie kann eine 4.2-V-Batterie ersetzen.

F: Was ist die maximale Leistung der 18650-Batterie?

A: Die derzeitige maximale Kapazität der 18650-Batterie beträgt 3500 mAh. Die 3500 mAh LG MJ1 ist eine weithin erhältliche Zelle mit großer Kapazität.

F: Was passiert, wenn die Batteriespannung 4.2 V überschreitet?

A: Wenn die Batteriespannung 4.2 V überschreitet, kommt es zu einem Kurzschluss und der Akku wird beschädigt.

F: Wie viele 18650-Batterien werden für 12 Volt benötigt?

A: 3 in Reihe geschaltete NMC 18650-Zellen erzeugen 11.1 V, was dem in der Industrie genannten Wert von 12 V entspricht.

Wenn Sie suchen 18650-Akkus, kontaktieren Sie bitte CM Batteries.