Comprendre la tension des batteries 18650 : des bases aux applications avancées

La batterie lithium-ion XNUMX s’est imposée comme un acteur fiable grâce à sa grande densité énergétique, sa longue durée de vie et sa fiabilité. Comprendre les caractéristiques de tension des batteries XNUMX est essentiel pour optimiser leurs performances et leur sécurité. Partez avec nous à la découverte de la tension des batteries XNUMX.

Notions de base sur la tension des batteries 18650

Avant d’aborder des concepts plus avancés, il est important de comprendre les caractéristiques fondamentales de tension des cellules lithium-ion 18650.

18650 Tension nominale

La tension nominale d’une batterie 18650 est généralement de 3.6 V ou 3.7 V, ce qui correspond à la tension moyenne de fonctionnement pendant le cycle de décharge.

Cette valeur nominale est couramment utilisée pour classifier les modèles de batteries lithium-ion et définir les tensions des systèmes. Par exemple, lorsqu’un appareil est indiqué comme utilisant une « batterie lithium-ion 3.7 V », cela fait généralement référence à la tension nominale d’une cellule 18650.

Tension de charge complète

Lorsqu’une batterie 18650 est complètement chargée, sa tension atteint environ 4.2 V. Cela correspond à la tension maximale de charge sûre pour la plupart des cellules lithium-ion 18650 standard.

Tension de coupure de décharge

La tension de coupure de décharge, également appelée limite de basse tension, se situe généralement entre 2.0 V et 2.5 V pour les batteries 18650. Lorsque la tension atteint ce niveau, la batterie est considérée comme déchargée et doit être rechargée.

Une décharge en dessous de ce seuil peut endommager les cellules lithium-ion et réduire leur durée de vie. Dans les applications réelles de packs batteries, un système de gestion de batterie (BMS) intègre généralement une fonction de coupure de décharge afin d’éviter la décharge excessive. 

Différentes tensions de cellules 18650 avec différents matériaux

Les connaissances de base sur la tension mentionnées précédemment concernent principalement les cellules lithium-ion 18650 standard. Cependant, différentes chimies de batteries lithium peuvent présenter de légères variations dans leurs caractéristiques de tension.

• Oxyde de lithium-cobalt (LiCoO2):Cette cellule possède une tension nominale de 3.6 V et est reconnue pour sa densité énergétique élevée.
• Oxyde de lithium et de manganèse (LiMn2O4): Ces cellules offrent une meilleure stabilité thermique que les LiCoO₂ et présentent généralement une tension nominale de 2 V.
• Oxyde de lithium-nickel manganèse-cobalt (NMC):Ces cellules possèdent généralement une tension nominale de 3.6 V ou 3.7 V et offrent un bon équilibre entre densité énergétique et puissance.
• Phosphate de fer lithium (LiFePO4):Ces cellules présentent une tension nominale plus faible d’environ 3.2 V, mais offrent une excellente sécurité et une longue durée de vie en cycles.

Si vous concevez un système nécessitant une tension plus élevée, vous pouvez privilégier des cellules LiMn₂O₄ ou NMC plutôt que des cellules LiFePO₄.

Plage de tension de la batterie 18650

Maintenant que nous avons couvert les principes de base de la tension, explorons les différentes plages de tension qui caractérisent le fonctionnement des batteries 18650.

Plage de tension de fonctionnement normale

La plage de tension de fonctionnement normale d’une batterie 18650 se situe généralement entre 3.0 V et 4.2 V. Lorsque l’appareil alimenté par la batterie est utilisé, la tension diminue progressivement. La vitesse de diminution de la tension dépend de plusieurs facteurs, notamment le courant de décharge et la capacité de la batterie.

Plage de tension de sécurité

La plage de tension sûre d’une batterie 18650 est légèrement plus large que sa plage de fonctionnement normale, généralement de 2.5 V à 4.2 V.

Limite supérieure (4.2 V):Au-delà de cette tension, cela provoquera une dégradation de l'électrolyte et un emballement thermique.

Limite inférieure (2.5 V):La composition chimique de la batterie peut changer de manière irréversible, entraînant une perte de capacité lorsque la tension est inférieure à une limite de tension inférieure.

Son rôle est de concevoir des systèmes de gestion de batterie pour protéger la tension des cellules dans la plage de sécurité à tout moment.

Relation entre la tension et l'état de charge (SOC) de la batterie

L’état de charge (SOC) d’une batterie représente la quantité d’énergie stockée dans la batterie par rapport à sa capacité totale. Bien que la tension soit liée au SOC, cette relation n’est pas linéaire.

Voici un guide général de la relation entre la tension et le SOC pour une cellule 18650 typique.

Tension	État de charge (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

Ces valeurs sont approximatives et peuvent varier selon la chimie spécifique de la cellule et d’autres facteurs de fonctionnement. La tension diminue généralement plus rapidement au début et à la fin du cycle de décharge, tandis que la baisse est plus progressive dans la plage intermédiaire.

Facteurs affectant la tension des cellules 18650

La compréhension de ces facteurs affectant la tension des cellules 18650 permettra de prédire le comportement de la batterie et d’optimiser les systèmes alimentés par batterie.

Température

Les températures élevées (supérieures à 45°C ou 113°F) peuvent augmenter la résistance interne et la tension d’une batterie lithium-ion. De plus, les réactions chimiques s’accélèrent dans un environnement à haute température, ce qui entraîne une autodécharge plus rapide.

Les basses températures (inférieures à 0°C ou 32°F) peuvent également augmenter la résistance interne et réduire la capacité disponible. Par conséquent, la batterie peut présenter une chute de tension notable pendant son fonctionnement.

Pour des performances et une durée de vie optimales, les cellules 18650 doivent être maintenues dans une plage de température comprise entre 20°C et 25°C (68°F à 77°F) lors de l’utilisation et du stockage.

Résistance interne

La résistance interne est un facteur clé influençant la tension de la batterie. À mesure que le nombre de cycles de vie de la batterie augmente, sa résistance interne augmente également. Une résistance interne élevée entraîne une chute de tension plus rapide sous charge et génère davantage de chaleur. La résistance interne joue un rôle important dans la santé de la batterie et ses capacités de performance.

Taux de décharge

Le taux de décharge influence la tension de la batterie. Des taux de décharge plus élevés (c’est-à-dire un courant plus important) entraînent une chute de tension plus rapide, une consommation de capacité plus importante et une chaleur accrue.

Le taux de décharge influence également la résistance interne et la dynamique des réactions électrochimiques dans la cellule. Lors de la sélection de cellules 18650 pour une solution personnalisée, le taux de décharge doit être pris en compte avec attention.

Cycles de vie de la batterie 18650

Lorsque la batterie atteint environ 70 % de son cycle de vie, la tension chute plus rapidement et la résistance interne augmente. L’élimination ou le remplacement doit suivre les recommandations du fabricant de packs de batteries lithium-ion personnalisés.

18650 Charge de la batterie

Les bonnes méthodes de charge préservent les performances et la longévité des batteries 18650. Explorons les aspects clés de la charge de ces cellules.

Tension de charge standard 18650

La tension de charge standard pour la plupart des batteries Li-ion 18650 est de 4.20 V ± 0.05 V. Cependant, une légère charge et décharge amélioreront la fiabilité et la durée de vie de la batterie. Vous devriez envisager une solution de chargeur de la marque fabricant de blocs-batteries sur mesure.

Le tableau suivant décrit plus en détail les spécifications du chargeur pour chaque type de tension de batterie lithium-ion.

Spécifications du chargeur	Courant max du chargeur	Spécifications de la batterie Li-ion
4.2V	2A	Batterie lithium-ion 3.7 V
8.4V	1A	Batterie lithium-ion 7.4 V
12.6V	4A	Batterie lithium-ion 11.1 V
16.8V	4A	Batterie lithium-ion 14.8 V
21V	4A	Batterie lithium-ion 18 V
25.2V	2A	Batterie lithium-ion 21.6 V
29.4V	2A	Batterie lithium-ion 25.9 V
42V	5A	Batterie lithium-ion 36 V
50.4V	8A	Batterie lithium-ion 43.2 V
54.6V	4A	Batterie Li-ion 48.1 V

Décharge de la batterie 18650

La courbe de décharge d’une batterie 18650 montre comment la tension évolue pendant son utilisation. Une courbe de décharge typique d’une batterie lithium-ion 18650 comporte trois phases principales.

Dépôt initial: Lorsque la charge commence, une chute de tension rapide et légère se produit en raison de la résistance interne de la batterie.

Déclin progressif: La majeure partie du cycle de décharge se caractérise par un déclin progressif de la tension, presque linéaire.

Chute rapide: À mesure que la batterie approche de la décharge complète, la tension commence à chuter plus rapidement.

Voici une représentation approximative d’une courbe de décharge typique :

• Tension de démarrage: 4.2 V (charge à 100 %)
• La tension à 80% de charge: ~3.9 V – 4.0 V
• La tension à 50% de charge: ~3.6 V – 3.7 V
• La tension à 20% de charge: ~3.3 V – 3.4 V
• Tension de coupure: ~2.5 V – 3.0 V (charge à 0 %)

Vous remarquerez peut-être que la forme exacte de la courbe varie en fonction de facteurs tels que le taux de décharge, la température et la chimie spécifique de la cellule.

Questions fréquentes sur la tension des batteries 18650

Q : Une batterie 3.7 V peut-elle remplacer une batterie 4.2 V ?

R : 3.7 V est la tension nominale d’une batterie lithium et la tension maximale de charge est de 4.2 V. Les tensions nominales de 3.7 V et 4.2 V sont équivalentes en termes de taille et de capacité. Une batterie 3.7 V peut remplacer une batterie 4.2 V.

Q : Quelle est la capacité maximale d’une batterie 18650 ?

R : La capacité maximale actuelle d’une batterie 18650 est de 3500 mAh. La cellule LG MJ3500 de 1 mAh est largement disponible et à haute capacité.

Q : Que se passe-t-il si la tension de la batterie dépasse 4.2 V ?

R : Si la tension de la batterie dépasse 4.2 V, cela peut provoquer un court-circuit et endommager le pack de batterie.

Q : Combien de batteries 18650 sont nécessaires pour obtenir 12 volts ?

R : 3 cellules NMC 18650 connectées en série génèrent environ 11.1 V, ce qui est couramment appelé batterie 12 V dans l’industrie.

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