Die 18650 Batteriespannung verstehen: Von den Grundlagen bis zur Expertise

Die Lithium-Ionen-Batterie XNUMX hat sich aufgrund ihrer hohen Energiedichte, langen Lebensdauer und Zuverlässigkeit als bewährte Größe etabliert. Das Verständnis der Spannungscharakteristik von XNUMX Batterien ist entscheidend für die Optimierung von Leistung und Sicherheit. Begeben wir uns auf diese Reise in die Welt der XNUMX Batteriespannung.

Grundlagen der 18650 Batteriespannung

Bevor wir uns in die Details der 18650 Batteriespannung stürzen, ist es wichtig, die grundlegende Spannung von fortgeschrittenen Konzepten und Anwendungen zu unterscheiden.

Nennspannung der 18650

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

Die Nennspannung unterscheidet sich je nach Lithium-Ionen-Batteriemodell. Wenn beispielsweise ein Gerät mit „3.7 V Lithium-Ionen-Batterie“ gekennzeichnet ist, bezieht sich dies auf die Nennspannung der 18650 Zellen.

Vollladespannung

Wenn eine 18650 Batterie vollständig geladen ist, erreicht ihre Spannung etwa 4.2 V. Dies ist die maximale sichere Spannung für Standard-18650-Zellen.

Entladeschlussspannung

Die Entladeschlussspannung, auch als untere Spannungsgrenze bekannt, liegt für 2.0 Batterien bei etwa 2.5 V bis 18650 V. Diese Spannung sollte als „leer“ betrachtet werden und die 18650 Batterien sollten geladen werden.

Ein Unterschreiten der Entladeschlussspannung kann die 18650 Lithium-Ionen-Zellen beschädigen. Allerdings sind Batteriemanagementsysteme mit einer Funktion für die Entladeschlussspannung ausgestattet. 

Unterschiedliche Spannungen von 18650 Zellen mit verschiedenen Materialien

Das grundlegende Wissen über Spannung wurde zu Beginn des Artikels für 18650 Zellen erwähnt. Sie sollten sich darüber im Klaren sein, dass unterschiedliche chemische Zusammensetzungen leichte Abweichungen in den Spannungscharakteristiken aufweisen.

• Lithium-Cobalt-Oxid (LiCoO2): Diese Zelle hat eine Nennspannung von 3.6 V und ist für ihre hohe Energiedichte bekannt.
• Lithium-Mangan-Oxid (LiMn2O4): Diese Zellen bieten im Vergleich zu LiCoO2 thermische Stabilität mit einer Nennspannung von 3.7 V.
• Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Oxid (NMC): Diese Zellen haben ebenfalls eine Nennspannung von 3.6 V oder 3.7 V und bieten eine gute Balance zwischen Energiedichte und Leistungsfähigkeit.
• Lithium-Eisenphosphat (LiFePO4): Diese Zellen haben eine niedrigere Nennspannung von etwa 3.2 V mit hervorragenden Sicherheitseigenschaften und langer Zyklenlebensdauer.

Wenn Sie ein System entwerfen, das eine höhere Spannung erfordert, könnten Sie sich für LiMn2O4- oder NMC-Zellen anstelle von LiFePO4-Zellen entscheiden.

Spannungsbereich der 18650 Batterie

Nachdem wir die grundlegenden Spannungspunkte behandelt haben, wollen wir die verschiedenen Spannungsbereiche erkunden, die den Betrieb von 18650 Batterien charakterisieren.

Normaler Arbeitsspannungsbereich

Der normale Arbeitsspannungsbereich einer 18650 Batterie liegt typischerweise zwischen 3.0 V und 4.2 V. Während Sie das mit der Batterie betriebene Gerät nutzen, sinkt die Spannung allmählich. Die Sinkrate hängt von verschiedenen Faktoren ab, darunter der Entladestrom und die Kapazität der Batterie.

Sicherer Spannungsbereich

Der sichere Spannungsbereich für eine 18650 Batterie ist etwas weiter gefasst als ihr normaler Arbeitsbereich und liegt zwischen 2.5 V und 4.2 V.

Obergrenze (4.2 V): Oberhalb dieser Spannung kann es zu Elektrolytzersetzung und thermischem Durchgehen kommen.

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

Seine Aufgabe ist es, Batteriemanagementsysteme zu entwerfen, die die Zellspannung jederzeit innerhalb des sicheren Bereichs halten.

Beziehung zwischen Spannung und Ladezustand (SOC) der Batterie

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

Hier ist ein allgemeiner Leitfaden für die Beziehung zwischen Spannung und SOC für eine typische 18650 Zelle.

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

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, mit einem allmählicheren Abfall im mittleren Bereich.

Faktoren, die die Spannung von 18650 Zellen beeinflussen

Das Verständnis dieser Faktoren, die die Spannung von 18650 Zellen beeinflussen, ermöglicht es, das Batterieverhalten vorherzusagen und batteriebetriebene Systeme zu optimieren.

Temperatur

Hohe Temperaturen (über 45°C) erhöhen den Innenwiderstand und die Spannung. Darüber hinaus führen chemische Reaktionen in Umgebungen mit hohen Temperaturen zu einer schnelleren Selbstentladung.

Niedrige Temperaturen (unter 0°C) erhöhen ebenfalls den Innenwiderstand und setzen weniger Kapazität mit einem merklichen Spannungsabfall frei.

Sie sollten 18650 Zellen während der Verwendung und Lagerung in einem Temperaturbereich von 20°C bis 25°C halten.

Innenwiderstand

Der Innenwiderstand ist ein entscheidender Faktor, der die Batteriespannung beeinflusst. Mit zunehmender Anzahl der Lebenszyklen der Batterie steigt ihr Innenwiderstand an. Ein höherer Innenwiderstand führt dazu, dass die Spannung unter Last schneller abfällt und die Wärmeentwicklung zunimmt. Der Innenwiderstand spielt eine wichtige Rolle für die Gesundheit und die Leistungsfähigkeit der Batterie.

Entladerate

Die Entladerate beeinflusst ihre Spannung. Höhere Entladeraten (d.h. Entnahme von mehr Strom) führen zu einem schnelleren Spannungsabfall, höherem Kapazitätsverbrauch und erhöhter Wärmeentwicklung.

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

Lebenszyklen der 18650

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

Laden der 18650 Batterie

Die richtigen Lademethoden erhalten die Leistung und Langlebigkeit von 18650 Batterien. Lassen Sie uns die wichtigsten Aspekte des Ladens dieser Zellen untersuchen.

Standard-Ladespannung für 18650

Die Standard-Ladespannung für die meisten 18650 Li-Ionen-Batterien beträgt 4.20 V ± 0.05 V. Kleine Lade- und Entladevorgänge können jedoch die Zuverlässigkeit und die Zyklenlebensdauer der Batterie verbessern. Sie sollten eine Ladelösung vom Hersteller kundenspezifischer Batteriepacks..

Die folgende Tabelle beschreibt detaillierter die Ladegerätspezifikationen für jeden Spannungstyp des Lithium-Ionen-Akkupacks.

Ladegerät-Spezifikation	Maximaler Ladegerät-Strom	Li-Ionen-Akkupack-Spezifikation
4.2V	2A	3.7V Li-Ionen-Akku
8.4V	1A	7.4V Li-Ionen-Akku
12.6V	4A	11.1V Li-Ionen-Akku
16.8V	4A	14.8V Li-Ionen-Akku
21V	4A	18V Li-Ionen-Akku
25.2V	2A	21.6V Li-Ionen-Akku
29.4V	2A	25.9V Li-Ionen-Akku
42V	5A	36V Li-Ionen-Akku
50.4V	8A	43.2V Li-Ionen-Akku
54.6V	4A	48.1-V-Li-Ionen-Batterie

Entladen einer 18650 Batterie

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

Anfänglicher Abfall: Wenn die Last einsetzt, gibt es einen kleinen, schnellen Spannungsabfall aufgrund des Innenwiderstands der Batterie.

Allmählicher Rückgang: Der Großteil des Entladezyklus ist durch einen allmählichen, nahezu linearen Spannungsabfall gekennzeichnet.

Schneller Abfall: Wenn sich die Batterie der vollständigen Entladung nähert, beginnt die Spannung schneller zu fallen.

Hier ist eine ungefähre Darstellung einer typischen Entladekurve:

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

Sie werden feststellen, dass die genaue Form der Kurve je nach Faktoren wie Entladerate, Temperatur und der spezifischen Chemie der Zelle variiert.

Häufig gestellte Fragen zur 18650 Batteriespannung

Kann eine 3.7V Batterie eine 4.2V Batterie ersetzen?

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 in Bezug auf Größe und Kapazität gleichwertig. Eine 3.7V Batterie kann eine 4.2V Batterie ersetzen.

Was ist die maximale Ausgangsleistung der 18650 Batterie?

Die derzeitige maximale Kapazität der 18650 Batterie beträgt 3500 mAh. Die 3500 mAh LG MJ1 ist eine weit verbreitete, großkapazitive Zelle.

Was passiert, wenn die Batteriespannung 4.2 V überschreitet?

Wenn die Batteriespannung 4.2 V überschreitet, führt dies zu einem Kurzschluss und beschädigt den Akkupack.

Wie viele 18650 Batterien werden für 12 Volt benötigt?

3 in Reihe geschaltete NMC 18650 Zellen erzeugen 11.1 V, was dem in der Industrie üblichen Namen 12 V entspricht.

Wenn Sie auf der Suche nach 18650 Akkupacks sind, kontaktieren Sie bitte CM Batteries.