Тестирование Li-Ion аккумуляторов типоразмера 18650 - Запас Мощности

За три года работы, через магазин "Запас Мощности" прошло достаточно большое количество разнообразных защищенных Li-Ion аккумуляторов. С опытом, отсеиваются позиции, которые не соответствуют заявленным характеристикам и появляются более качественные варианты. Но, так получилось, что за все это время у нас не было ни одного сводного обзора Li-Ion аккумуляторов. Приходилось довольствоваться непроверенной информацией от производителя или основываться на статьях, размещенных на различных форумах в сети. К сожалению, таковых статей довольно мало, и, зачастую, все они написаны, как говорил мой лектор на кафедре военной подготовки,- "на языке вероятного противника". Тем, кто овладел таковым- повезло, а тем кто нет?

Поэтому, сегодня мы представляем обзор Li-Ion аккумуляторов типоразмера 18650. В основном, здесь будут рассмотрены Li-Ion аккумуляторы, которые продаются или продавались ранее в магазине Запас Мощности. Результатом данного обзора будет являться ответ на вопрос какие Li-Ion аккумуляторы лучше и у каких Li-Ion аккумуляторов заявленные характеристики наиболее соответствуют реальным.

Для тестирования были выбраны следующие Li-Ion аккумуляторы:

1. 18650 MagicShine 2200мАч. Защищенный Li-Ion аккумулятор типоразмера 18650, которым комплектуются подводные фонари MagicShine MJ-810/810E. Бренд на упаковке не указан.

2. 18650 TrustFire 2400мАч. Бюджетный защищенный Li-Ion аккумулятор типоразмера 18650 достаточно популярный в настоящее время.

3. 18650 TrustFire 2500мАч. Еще более бюджетная модель по сравнению с 18650 TrustFire 2400мАч. Довольно давно снята с продажи в магазине Запас Мощности, так как не отличалась стабильностью параметров от экземпляра к экземпляру и не выдерживала разряд большими токами.

4. 18650 KeepPower 2800мАч. Защищенный Li-Ion аккумулятор типоразмера 18650 компании KeepPower, которая собирает защищенные аккумуляторы из качественных промышленных ячеек известных брендов и плат защиты. С недавнего времени- mainstream в Запас Мощности, основан на аккумуляторе Samsung 2800мАч.

5. 18650 KeepPower 3100мАч. Топовый защищенный Li-Ion аккумулятор типоразмера 18650 компании KeepPower. Внутри стоит зеленый Panasonic 3100мАч.

6. 18650 SANYO UR18650F. Единственный в обзоре НЕЗАЩИЩЕННЫЙ Li-Ion аккумулятор. В настоящее время является одним из самых востребованных аккумуляторов типоразмера 18650. По заверениям компании «KeepPower», именно на этой Li-Ion ячейке основаны их защищенные Li-Ion аккумуляторы 18650 KeepPower 2600мАч, которые в ближайшее время поступят в продажу в магазине Запас Мощности.

Справедливости ради, надо отметить, что Li-Ion аккумуляторы TrustFire 2400 и TrustFire 2500 на момент тестирования были уже далеко не новыми и успели послужить в качестве рабочих экземпляров в различных фонарях. Поэтому, показатели более свежих аккумуляторов этих же моделей могут отличаться.
 
 
Стенд.

Для теста применялась четырехканальная электронная нагрузка, позволяющая разряжать заданным током до 4ех элементов питания одновременно.

Схема установки содержит четыре отдельных стабилизатора тока, выполненных на операционном усилителе LM324 и полевых транзисторах IRL3502. Возможные пределы изменения нагрузки – от 0 до 3 А на каждый элемент питания.

Методика.

 
Так как в большинстве случаев Li-Ion аккумуляторы типоразмера 18650 применяются в мощных (и не очень) светодиодных фонарях, то и токи, которыми мы будем тестировать наши экземпляры мы выберем исходя из тех токов, которые, обычно, протекают через аккумулятор, установленный в фонарь при повседневном использовании.
Надо заметить, что производители указывают емкость Li-Ion аккумулятора при разряде током 0,2C. Т.е. аккумулятор емкостью 3000мАч надо было бы тестировать током 600мА, а аккумулятор с емкостью 2000мАч,- током 440мА. Но это, во-первых, не практично, так как такие токи были в фонарях, которые выпускались два-три года назад. А во-вторых, просто не интересно... Вот 2-3 ампера, это интересно. Тем более, что у многих Li-Ion аккумуляторов наблюдается сильное падение емкости при увеличении разрядного тока. Вот это мы и проверим. Разряжать аккумуляторы будем тремя различными токами: 500мА,- минимальное значение, имеющее практический интерес; 2000мА,- значение близкое к верхнему потолку того, что можно увидеть сейчас в фонарях на светодиодах CREE XM-L или Luminus SST-50 (SST-90); и 3000мА- как предельно возможное значение для измерений на нашей регулируемой нагрузке. 
 
Все аккумуляторы заряжались в зарядных устройствах TrustFire TR-001. Это одно из самых популярных зарядных устройств для Li-Ion аккумуляторов, и так как нас интересуют именно практические показатели была выбрана именно эта модель ЗУ. Заряжались аккумуляторы до автоматического завершения процесса заряда.

Кстати, надо отметить, что аккумуляторы MagicShine 2200 и обе модели KeepPower целиком не влазят в зарядное устройство TR-001. Они превышают максимальную длину, на которую можно развести контактные площадки. Но в этом нет ничего страшного,- все эти аккумуляторы прекрасно заряжаются, будучи установленные в зарядное устройство под небольшим углом. И не надо их пытаться запихнуть в зарядник до конца,- тем самым вы можете повредить изолятор вокруг плюсового контакта.

Разряд проводился в 3 этапа: током 500мА, током 2000мА и током 3000мА. Тестер позволяет контролировать ток до 1мА. Замеры напряжения на аккумуляторах производятся с интервалом в 100мс. Все показатели записываются в csv файл на основании которого затем строятся разрядные кривые. Результаты представлены в мАч и в Вт*ч (Ватт-часы), которые показывают количество энергии, запасенной в аккумуляторе.

Так как все аккумуляторы, кроме одного, оснащены платами защиты, которые, теоретически :) должны отключать нагрузку от аккумулятора по достижении нижнего предельного напряжения в 2,7В, мы не стали вводить принудительное отключение по нижнему порогу. Но на аккумулятор SANYO UR18650F, у которого такой платы защиты нет, мы установили программное отключение нагрузки при достижении напряжения на аккумуляторе 2В. Был выбран именно порог в 2В, так как рекомендованное для Li-Ion аккумуляторов значение нижнего напряжение в 2,7В под нагрузкой оказывается просаженным как раз до тех самых 1,8-2,2В. Как только нагрузка снимается, напряжение на аккумуляторе восстанавливается до 2,7-3В.

Тестирование.
 
Разряд током 500мА.

В этом тесте аккумулятор 18650 MagicShine 2200мАч не принимал участие, так как эти аккумуляторы идут только с фонарями MagicShine и в свободной продаже отсутствуют. А в этих фонарях токи разряда явно превышают те самые 500мА.

Все показатели прогнозируемы.
Аккумуляторы TrustFire 2400 и TrustFire 2500 демонстрируют довольно сильную разницу заявленной емкости от реальной. KeepPower 2800мАч показал, что его емкость на 100мА отличается от заявленной в меньшую сторону. А вот аккумулятор KeepPower 3100мАч показал результат, который даже немного превышает заявленный показатель. SANYO UR18650F впечатляет очень ровной кривой (извиняюсь за каламбур) напряжения.

Все платы защиты отключили аккумуляторы вовремя,- минимальное напряжение не опустилось ниже 2,33В. SANYO отключился принудительно при 2 вольтах.

Разряд током 2000мА.

Это наиболее интересный режим, так как соответствует режимам каждодневной эксплуатации в большинстве мощных фонарей.

Все подопытные аккумуляторы выдержали тест достойно. MagicShine 2200 показал результат в 2060мАч. Оба TrustFire демонстрируют похожие результаты около 2200мАч. А KeepPower 3100мАч опять бьет все рекорды: 3130мАч при 2 амперах! Хотя до идеального графика SANYO им далеко. Емкость SANYO UR18650FM полностью соответствует заявленной.

мА*ч против Вт*ч
Многих может ввести в заблуждение мнимое увеличение емкости того же KeepPower 3100 при разряде током 2000мА по сравнению с разрядом током 500мА,- 3130мАч и 3100мАч соответственно. Но, как я говорил выше, емкость правильнее будет измерять не в Ампер*часах а Ватт*часах, так как последнее, также, учитывает падение напряжения на аккумуляторе а не просто время, в течении которого аккумулятор способен выдавать заданный ток. Так вот, в Ватт*часах мы видим реальную картину: емкость того же KeepPower 3100 при разряде 500мА и 2000мА составляет, соответственно, 11,08Вт*ч и 10,19Вт*ч, что полностью вписывается в теорию. Таким образом, можно сказать, что заявляя емкость своих аккумуляторов в мАч производители идут на маркетинговую хитрость, так как значения емкости в этой единице измерения ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ, а реальные приборы, особенно цифровые, потребляют совершенно реальную (фиксированную) мощность, которая измеряется в Ваттах. 

Разряд током 3000мА.

TrustFire 2500 сдался на 18й минуте. 

"Рваные" графики остальных аккумуляторов показывают влияние плат защиты на параметры аккумулятора. И только SANYO UR18650F, в очередной раз, показывает идеально ровный график и, опять, абсолютно точный показатель емкости. При этом падение емкости SANYO UR18650FM составило всего 0,13Вт*ч, тогда как аккумулятор  KeepPower 3100 "упал" с 10,19Вт*ч до 8,95Вт*ч.

Для проверки предположения о влиянии плат защиты на кривую разряда мы отключили схему защиты в Li-Ion аккумуляторе KeepPower 3100 от ячейки, на которой он собран. График разряда током 3000мАч Li-Ion аккумулятора Panasonic NCR18650A представлен ниже.

Как видно на графике, тот же самый аккумулятор KeepPower 3100 без платы защиты показывает ровную характеристику.

Ниже приведены сводные графики показывающие зависимость емкости Li-Ion аккумуляторов от тока разряда.

Графики еще раз подтверждают утверждение, что указывая емкость аккумуляторов в мАч производители лукавят. Последний сводный график показывает как емкость планомерно снижается при увеличении нагрузки.

Чуть позже мы подготовим обзор Li-Ion аккумуляторов типоразмеров 16340 и 14500