Na jednom článku 18650 najdete 3,6V, na jiném 3,7V, nabíječka ukazuje 4,2V a v datasheetu stojí 2,5V. Všechna ta čísla popisují stejný typ článku, jen každé říká něco jiného. Vysvětlíme, co které napětí znamená, kolik z něj vyčtete o stavu nabití, jak se sčítá v sériovém packu a jak ho správně změřit multimetrem.
Tři napětí, která stojí na každém článku
U běžného Li-ion článku pracujete se třemi hodnotami. Každá má v datasheetu výrobce vlastní řádek.
- Jmenovité napětí (3,6V nebo 3,7V) je průměrné napětí článku během vybíjení. Slouží k výpočtu energie (Wh = V × Ah) a k označování packů. Samotný článek na něm nikdy dlouho „nestojí“, napětí se během vybíjení plynule mění.
- Nabíjecí napětí (4,20V) je horní hranice. Například Samsung 25R a LG MJ1 mají v datasheetu 4,20V ±0,05V. Nabíječka dodává nejdřív konstantní proud, a když článek dosáhne 4,20V, drží napětí a proud postupně klesá. Při rychlejším nabíjení může výrobce horní mez snížit: EVE 50E má v datasheetu pro nabíjení proudem 1C mez 4,10V.
- Koncové (vybíjecí) napětí je dolní hranice, pod kterou by článek neměl klesnout. U většiny článků je to 2,5V (Samsung 25R, LG MJ1, DMEGC 25P, EVE 50E), u Samsungu 35E 2,65V. Do této hodnoty výrobce obvykle měří i kapacitu.
Rozsah mezi koncovým a nabíjecím napětím tedy odpovídá celé využitelné kapacitě, kterou výrobce uvádí. Nad horní mez článek nenabíjejte, pod dolní ho nevybíjejte.
Proč 3,6V a 3,7V označují totéž
Jmenovité napětí je zaokrouhlený průměr vybíjecí křivky. Ten se mírně liší podle chemie katody a vnitřního odporu článku, a tak jeden výrobce uvede 3,6V a jiný pro velmi podobný článek 3,7V. Rozdíl jedné desetiny voltu je spíš otázkou zvyklosti než skutečné odlišnosti.
Prakticky z toho plyne:
- článek označený 3,6V a článek označený 3,7V se nabíjejí stejně, do 4,20V, a vybíjejí ke stejné dolní hranici, kterou uvádí datasheet;
- pro výběr článku rozdíl mezi 3,6V a 3,7V nehraje roli, rozhoduje kapacita, vybíjecí proud a rozměr;
- pozor na podobné číslo u jiné chemie: primární lithiový článek Li-SOCl₂ má také 3,6V, ale není nabíjecí a nabíjet se nesmí (podrobně v článku /blog/primarni-lithiove-clanky-3-6v-jak-vybrat/).
Co napětí prozradí o stavu nabití
Napětí v klidu (bez zátěže a bez nabíjení) roste se stavem nabití, ale ne rovnoměrně. Velká část kapacity leží v ploché střední části křivky, kde se napětí mění jen o desetiny voltu. Proto napětím dobře poznáte „skoro plný“ a „skoro prázdný“ článek, ale střed odhadnete jen hrubě.
| Napětí v klidu | Orientační stav | Z čeho vycházíme |
|---|---|---|
| 4,20V | plně nabitý (těsně po nabití) | nabíjecí napětí 4,20V ±0,05V (Samsung 25R, LG MJ1) |
| mezi asi 3,7V a 4,2V | nabitý víc než napůl | nad hodnotou pro 50 % u Samsungu 25R (řádek níže) |
| 3,64–3,71V | zhruba polovina (Samsung 25R) | datasheet 25R: stav z výroby 50 ±5 % |
| 3,49–3,69V | částečně nabitý, stav z výroby (Samsung 35E) | datasheet 35E: expediční napětí 3,49–3,69V |
| pod asi 3,5V | spodní část kapacity, čas nabít | pod napětím, při kterém výrobci články expedují |
| 2,5V (35E: 2,65V) | vybitý podle výrobce | koncové napětí v datasheetu |
| pod 2,5V | podvybitý, nepoužívat bez posouzení | mimo rozsah výrobce |
Všimněte si, jak úzké jsou rozsahy: polovina kapacity Samsungu 25R odpovídá napětí 3,64–3,71V a stav z výroby u jiných modelů leží v podobném pásmu. Několik setin voltu tak odpovídá velkému kusu kapacity a každý model má křivku trochu jinou. Proto nelze z napětí přesně určit procenta u neznámého článku.
Z tabulky plyne i jedna praktická věc: nový článek nepřijde nabitý na 4,2V. Výrobci je expedují částečně nabité: Samsung 25R na 50 ±5 %, Samsung 35E při 3,49–3,69V a EVE 50E při 3,45–3,60V. Napětí zhruba 3,45–3,7V u nového článku je tedy v pořádku.
Co údaj z multimetru zkresluje
- Zátěž: při odběru proudu napětí klesá o úbytek na vnitřním odporu. Měřte proto bez zátěže.
- Čerstvé nabití nebo vybití: napětí se po odpojení ještě chvíli ustaluje. Pro co nejpřesnější odhad se doporučuje nechat článek v klidu několik hodin (orientačně aspoň 4 hodiny).
- Teplota: měřte článek při pokojové teplotě, ne hned po přinesení z mrazu nebo z horka.
- Stáří: napětí neříká nic o tom, kolik kapacity článek ještě má. Opotřebovaný článek ukáže po nabití také 4,2V. Kapacitu zjistíte jen měřením, viz /blog/jak-zmerit-kapacitu-li-ion-clanku/.
Napětí sériového packu
V sériovém zapojení se napětí článků sčítají, kapacita zůstává stejná jako u jednoho článku. Označení „4S“ znamená čtyři články v sérii (podrobně v článku /blog/co-znamena-4s2p-10s4p-zapojeni-clanku/). Stačí tedy vynásobit hodnoty jednoho článku počtem článků v sérii:
| Zapojení | Jmenovité (3,6V / 3,7V na článek) | Plně nabitý (4,20V) | Vybitý (2,5V) |
|---|---|---|---|
| 1S (jeden článek) | 3,6V / 3,7V | 4,2V | 2,5V |
| 3S | 10,8V / 11,1V | 12,6V | 7,5V |
| 4S | 14,4V / 14,8V | 16,8V | 10,0V |
| 5S | 18,0V / 18,5V | 21,0V | 12,5V |
Odtud pochází i dvojí označení baterií do robotických vysavačů. Například naše baterie Li-ion 14,4V / 14,8V 2600mAh je pack 4S1P z článků 18650: 14,4V a 14,8V je tentýž pack, jen spočítaný s 3,6V, nebo 3,7V na článek. Nabitý má kolem 16,8V. Podobně u nářadí: jmenovitých 18V odpovídá pěti článkům v sérii (5 × 3,6V), které by plně nabité měly 5 × 4,20V = 21V. Označení „20V MAX“ u některých značek uvádí maximální napětí bez zátěže, jmenovité napětí takové baterie je přitom 18V. Jmenovitým napětím 18V sem patří i náhradní baterie Makita BL1830 18V 3Ah.
Napětí celého packu je součet napětí článků a neprozradí, jestli jsou články vyrovnané. Pack o 14,8V může mít tři články na 3,9V a jeden na 3,1V. Hlídání jednotlivých článků je úkol ochranné elektroniky (BMS) v packu. Pack proto nerozebírejte a články v něm neměřte ani nedobíjejte jednotlivě.
Jak změřit napětí článku multimetrem
Stačí běžný digitální multimetr.
- Přepněte multimetr na stejnosměrné napětí (značka V se znakem ⎓ nebo „DCV“) a zvolte rozsah, který pokryje měřenou hodnotu: pro článek 20V, pro 4S pack také 20V, pro 5S pack vyšší rozsah.
- Černý hrot přiložte na záporný pól (dno článku), červený na kladný pól (horní konec s čepičkou).
- Odečtěte hodnotu. Záporné znaménko znamená jen prohozené hroty.
- Pro odhad stavu nabití měřte článek vyjmutý ze zařízení, mimo nabíječku a po chvíli v klidu.
Jak naložit s naměřenou hodnotou
- Kolem 4,1–4,2V: článek je nabitý. Pokud se chystáte skladovat déle, výrobci doporučují nižší stav nabití.
- Zhruba 3,5–3,8V: běžný stav, typický i pro nový článek z výroby.
- Pod 3,5V: článek nabijte vhodnou nabíječkou Li-ion, která nabíjí do 4,2V.
- Pod 2,5V: článek je podvybitý. Výrobci uvádějí, že podvybití může zhoršit vlastnosti článku, a podle výzkumů může nabíjení hluboce vybitého článku vést k vnitřnímu zkratu. Takový článek běžnou nabíječkou nenabíjejte. Podrobně to rozebíráme v článku /blog/hluboce-vybity-li-ion-clanek/.
- Kolem 0V nebo napětí, které rychle klesá: článek nepoužívejte a odevzdejte ho do zpětného odběru baterií.
Shrnutí
- 3,6V a 3,7V je jmenovité (průměrné) napětí, oba typy se nabíjejí do 4,20V.
- 4,20V je horní mez nabíjení, 2,5V (u některých článků 2,65V) dolní mez vybíjení. Konkrétní hodnoty vždy najdete v datasheetu článku.
- Napětí v klidu dává jen hrubý odhad stavu nabití; spolehlivě pozná hlavně „plný“ a „téměř prázdný“ článek. O zbývající kapacitě a opotřebení nevypovídá.
- Sériový pack má násobek napětí jednoho článku: 4S = 14,4V / 14,8V jmenovitě a 16,8V nabitý.
- Multimetr přepněte na stejnosměrné napětí, nikdy ne na proud.
Li-ion články najdete v kategoriích Li-ion baterie 18650 a Li-ion baterie 21700, například EVE ICR18650/26V s jmenovitým napětím 3,6V, nabíjecím 4,20V a koncovým 2,5V. Nabíječky pro články 18650 s nabíjecím napětím 4,2V najdete v kategorii Nabíječky baterií. Pokud si nejste jistí, jaké napětí potřebuje vaše zařízení, napište nám na obchod@baterie-roznov.cz nebo zavolejte na +420 735 346 075.