راهنمای کامل سری کردن باتری‌های لیتیوم-یون ۱۸۶۵۰ (پک ۲ سل، ۳ سل و ۴ سل) همراه با نقشه سیم‌کشی برد محافظ BMS

اگر قصد دارید باتری فرسوده دریل شارژی‌تان را با هزینه یک‌سوم باتری اورجینال نوسازی کنید، یک پاور پرتابل ۱۲ ولتی برای چراغ‌ها و اسپیکرها بسازید، منبع تغذیه بدون وقفه (UPS) برای مودم و روتر خود بسازید یا برای کوادکوپتر مسابقه‌ای‌تان پک باتری باکیفیت دست‌ساز طراحی کنید، سری کردن باتری ۱۸۶۵۰ همان مهارتی است که به آن نیاز دارید. باتری‌های لیتیوم-یون سایز ۱۸۶۵۰ به دلیل چگالی انرژی بالا، قیمت منطقی و قابلیت شارژ مجدد، پرکاربردترین سلول‌های استوانه‌ای در صنعت الکترونیک هستند؛ اما به دلیل نداشتن مکانیزم خود‌محدودکننده، ساخت پک‌های چند سل نیازمند دانش فنی دقیق و رعایت اصول ایمنی است.

در این مقاله از وبلاگ الکترواکسپرس، نحوه سری کردن باتری‌های ۱۸۶۵۰ را برای سه آرایش پرکاربرد ۲ سل (2S)، ۳ سل (3S) و ۴ سل (4S) با نقشه‌های تصویری، جدول‌های مقایسه‌ای، اصول اتصال برد محافظ BMS و روش‌های عیب‌یابی آموزش می‌دهیم. اگر به تازگی با باتری‌های لیتیومی آشنا شده‌اید، پیشنهاد می‌کنیم ابتدا مقاله‌های اصول ایمنی باتری‌های لیتیومی و فرق PCM و BMS چیست؟ را مطالعه کنید.

باتری ۱۸۶۵۰ و ولتاژهای کلیدی آن

سلول‌های ۱۸۶۵۰ استوانه‌ای (۱۸ میلی‌متر قطر، ۶۵ میلی‌متر طول) با شیمی NMC/NCA، ولتاژهای کلیدی زیر را دارند:

جدول ۱ – ولتاژهای کلیدی یک سلول ۱۸۶۵۰ لیتیوم-یون

برای روش‌های ارزیابی سلامت سلول‌ها به مقاله آزمون و تست تخصصی باتری لیتیومی مراجعه کنید.

تفاوت اتصال سری و موازی؛ کدام را کی انتخاب کنیم؟

• اتصال سری (Series - نماد S): مثبت هر سلول به منفی سلول بعدی وصل می‌شود. ولتاژها با هم جمع می‌شوند ولی ظرفیت ثابت می‌ماند. دو سلول ۳.۷V با ظرفیت ۲۵۰۰mAh به صورت سری، یک پک ۷.۴V با ظرفیت ۲۵۰۰mAh تولید می‌کنند.
• اتصال موازی (Parallel - نماد P): همه مثبت‌ها به هم و همه منفی‌ها به هم وصل می‌شوند. ظرفیت‌ها جمع می‌شوند ولی ولتاژ ثابت می‌ماند؛ یعنی ۳.۷V با ۷۵۰۰mAh برای سه سلول.

شکل ۱: در اتصال سری ولتاژ چند برابر و ظرفیت ثابت است؛ در اتصال موازی ظرفیت چند برابر و ولتاژ ثابت می‌ماند.

جدول ۲ – مقایسه رفتار اتصال سری و موازی با سه سلول (3s)

آماده‌سازی حیاتی: تطبیق سلول‌ها قبل از اتصال

در یک پک سری، جریان یکسانی از همه سلول‌ها عبور می‌کند؛ یک سلول ضعیف‌تر زودتر خالی می‌شود و در هر سیکل تحت فشار بیشتری قرار می‌گیرد؛ پدیده‌ای که به آن عدم تعادل و فرسودگی زنجیره‌ای می‌گویند. سه شرط پیش از سرهم‌بندی الزامی است:

1. یکسان‌سازی ولتاژ: اختلاف ولتاژ سلول‌ها باید کمتر از ۰.۰۵ تا ۰.۱ ولت باشد؛ در غیر این صورت هر سلول را جداگانه تا ۴.۱ ولت شارژ کنید.
2. یکسان‌سازی ظرفیت: سلول‌ها هم‌مدل، هم‌سن و هم‌برند باشند؛ هرگز سلول نو با کارکرده ترکیب نشود. برای سنجش ظرفیت از ماژول‌های تستر ظرفیت استفاده کنید.
3. تطبیق مقاومت داخلی (IR): سلول‌هایی با مقاومت داخلی بسیار نزدیک به هم؛ در کاربردهای پرتوان IR زیر ۱۵ میلی‌اهم برای سلول‌های High-Drain ضروری است. در صورت استفاده از سلول‌های کارکرده، راهنمای باتری لیتیومی استوک چیست؟ را ببینید.

۱. نحوه سری کردن باتری‌های ۱۸۶۵۰ به صورت ۲ سل (2S - 7.4 ولت)

پک دو سل ساده‌ترین آرایش سری است؛ دو سلول ۱۸۶۵۰ متوالی به هم وصل می‌شوند تا ولتاژ اسمی ۷.۴ ولت و حداکثر شارژ ۸.۴ ولت تولید کنند.

• مشخصات (سلول‌های ۲۵۰۰mAh): ولتاژ اسمی ۷.۴V / شارژ کامل ۸.۴V / قطع ۵.۵ تا ۶.۰V / ظرفیت ۲۵۰۰mAh / انرژی ۱۸.۵Wh / شارژر لیتیومی ۲ سل 8.4V-CC/CV.
• مراحل سیم‌کشی: 1. دو سلول را به ترتیب رفت‌وبرگشتی بچینید: سلول ۱ مثبت‌بالا، سلول ۲ مثبت‌پایین. 2. با نوار نیکل و دستگاه نقطه‌جوش، منفی سلول ۱ را به مثبت سلول ۲ در پایین وصل کنید (پل سری). 3. برد محافظ BMS 2S را وصل کنید: B- به منفی کل (بالای سلول ۲)، B1 به پل وسط (سیم بالانس)، B+ به مثبت کل (بالای سلول ۱)، و P+/P- به خروجی و ورودی شارژ. 4. ترتیب اتصال: اول B- سپس B1 و در آخر B+؛ پیش از مصرف، ولتاژهای واسط را با مولتی‌متر بسنجید.

شکل ۲: نقشه اتصالات پک 2S؛ سیم بالانس B1 ولتاژ نقطه وسط را به BMS می‌رساند تا هر سلول مستقل پایش شود.

کاربردها: اسپیکرهای بلوتوثی پرتابل، ماشین‌های کنترلی RC، چراغ‌قوه‌های دو سل، تغذیه میکروکنترلرها با رگولاتور سوئیچینگ ۵ ولت، جایگزین باتری‌های قدیمی ۶ ولتی سربی. برای ساخت این پک می‌توانید از ماژول شارژر ۲ سل 8.4V با ورودی Type-C و جاباتری‌های مخصوص ۱۸۶۵۰ الکترواکسپرس استفاده کنید.

۲. نحوه سری کردن باتری‌های ۱۸۶۵۰ به صورت ۳ سل (3S - 11.1 ولت)

پک سه سل پرکاربردترین آرایش پک‌های لیتیومی دست‌ساز است؛ ولتاژ اسمی ۱۱.۱ ولت و شارژ کامل ۱۲.۶ ولت آن با تمام تجهیزات ۱۲ ولتی از جمله دریل‌های شارژی، نوارهای LED و UPS مودم‌ها سازگار است.

• مشخصات (سلول‌های ۲۵۰۰mAh): ولتاژ اسمی ۱۱.۱V (گاهی ۱۰.۸V) / شارژ کامل ۱۲.۶V / قطع ۸.۲۵ تا ۹.۰V / ظرفیت ۲۵۰۰mAh / انرژی ۲۷.۷۵Wh / شارژر ۳ سل 12.6V-CC/CV / BMS با جریان ۲۰ تا ۴۰ آمپر برای ابزار شارژی.
• مراحل سیم‌کشی: 1. سه سلول را به ترتیب «مثبت‌بالا - مثبت‌پایین - مثبت‌بالا» بچینید و با اسپیسر محکم کنید. 2. پل اول (پایین): منفی سلول ۱ به مثبت سلول ۲ با نوار نیکل. 3. پل دوم (بالا): منفی سلول ۲ به مثبت سلول ۳ با نوار نیکل. مثبت سلول ۱ و منفی سلول ۳ ترمینال‌های اصلی آزاد باقی می‌مانند. 4. اتصالات BMS 3S: B- به منفی کل (پایین سلول ۳)، B1 به پل اول، B2 به پل دوم، B+ به مثبت کل (بالای سلول ۱)، و P+/P- به خروجی و شارژ. 5. عایق‌کاری کامل با چسب کاپتون و وارنیش حرارتی نهایی.

شکل ۳: نقشه اتصالات پک 3S با دو سیم بالانس B1 و B2؛ آرایش رفت‌وبرگشتی حداقل طول نوار نیکل را در پی دارد.

کاربردها: نوسازی باتری دریل و پیچ‌بند شارژی ۱۲ ولتی با وزن یک‌سوم و شارژدهی دوبرابر باتری‌های Ni-Cd قدیمی؛ نوارهای LED ۱۲ ولتی؛ UPS مودم و روتر برای حفظ اینترنت در قطعی برق (راهنمای جامع را در ساخت UPS DC برای روتر و مودم بخوانید)؛ کوادکوپترهای سایز متوسط FPV؛ یخچال‌های مسافرتی و پمپ‌های ۱۲ ولتی.

تجهیزات پیشنهادی: شارژر ۳ سل 12.6V Type-C جریان ۴ آمپر، جاباتری ۳ تایی با سیم و ماژول کامل UPS ۱۲ ولت مخصوص مودم.

۳. نحوه سری کردن باتری‌های ۱۸۶۵۰ به صورت ۴ سل (4S - 14.8 ولت)

پک چهار سل برای کاربردهای توان‌بالا و جریان‌های لحظه‌ای شدید ساخته می‌شود؛ ولتاژ اسمی ۱۴.۸ ولت و شارژ کامل ۱۶.۸ ولت، دستیابی به توان‌های بیش از ۱۰۰۰ وات را در جریان‌های معقول فراهم می‌سازد و به دلیل انرژی بالاتر، رعایت نکات ایمنی در آن حیاتی‌تر است.

• مشخصات (سلول‌های ۲۵۰۰mAh): ولتاژ اسمی ۱۴.۸V / شارژ کامل ۱۶.۸V / قطع ۱۱.۰ تا ۱۲.۰V / ظرفیت ۲۵۰۰mAh / انرژی ۳۷.۰Wh / شارژر 16.8V-CC/CV یا شارژر بالانس FPV / BMS با جریان متناسب با مصرف.
• مراحل سیم‌کشی: 1. چیدمان «مثبت‌بالا - مثبت‌پایین - مثبت‌بالا - مثبت‌پایین». 2. پل ۱ (پایین): منفی سلول ۱ به مثبت سلول ۲ | پل ۲ (بالا): منفی سلول ۲ به مثبت سلول ۳ | پل ۳ (پایین): منفی سلول ۳ به مثبت سلول ۴. 3. اتصالات BMS 4S: B- منفی کل (بالای سلول ۴) | B1 پل اول | B2 پل دوم | B3 پل سوم | B+ مثبت کل (بالای سلول ۱) | P+/P- خروجی و شارژ. 4. در کاربردهای جریان‌بالا (FPV)، کابل بالانس JST-XH 4S را نیز به صورت موازی اضافه کنید تا با شارژرهای بالانس هر سلول مستقل رصد شود. سیم‌های اصلی سیلیکونی AWG12–14 توصیه می‌شوند.

شکل ۴: نقشه اتصالات پک 4S با سه سیم بالانس B1/B2/B3؛ اتصالات حتماً با نقطه‌جوش و نوار نیکل ضخیم اجرا شوند.

کاربردها: کوادکوپترهای مسابقه‌ای و فری‌استایل FPV، ابزارهای شارژی پرقدرت نسل جدید، مانیتورهای میدانی و تجهیزات فیلم‌برداری پرتابل، پاورهای همراه پرتوان، باتری‌های کمکی خودرویی ۱۲ تا ۱۶ ولت. تجهیزات این آرایش از جمله شارژر ۴ سل 16.8V جریان ۴ آمپر ورودی Type-C، برد محافظ ۴ سل PD 100W و جاباتری ۴ تایی ۱۸۶۵۰ با سیم در الکترواکسپرس در دسترس هستند.

جدول ۳ – جدول مقایسه‌ای جامع آرایش‌های 2S، 3S و 4S باتری‌های لیتیومی 18650

چرا نصب برد محافظ BMS در پک‌های سری یک «الزام ایمنی» است؟

هیچ شارژری به تنهایی کافی نیست؛ شارژر فقط ولتاژ کلی پک را می‌بیند نه ولتاژ تک‌تک سلول‌ها. در یک پک ۳ سل بدون BMS، ولتاژ کل می‌تواند دقیقاً ۱۲.۶V باشد در حالی که سه سلول روی ۴.۳۵V - ۴.۲۵V - ۴.۰۰V ایستاده‌اند؛ سلول اول در چنین شرایطی وارد فرار حرارتی می‌شود و شارژر هیچ خطایی تشخیص نمی‌دهد. برد محافظ BMS پنج وظیفه حیاتی را هم‌زمان انجام می‌دهد:

1. محافظت از شارژ بیش از حد (Over-charge): قطع شارژ در صورت عبور ولتاژ هر سلول از ۴.۲۵ تا ۴.۳۵ ولت.
2. محافظت از تخلیه بیش از حد (Over-discharge): قطع خروجی در افت ولتاژ هر سلول به زیر ۲.۵ تا ۲.۸ ولت.
3. محافظت از اضافه جریان و اتصال کوتاه (Over-current): باز شدن فوری ماسفت‌ها در اتصال کوتاه یا جریان‌کشی بیش از حد.
4. بالانس سلول‌ها (Cell Balancing): تخلیه جزئی سلول‌های جلوتر تا همه سلول‌ها هم‌زمان به ۴.۲ ولت برسند.
5. کنترل دما (Thermal Protection): سنسور NTC در مدل‌های پیشرفته برای توقف شارژ و دشارژ در صورت داغ شدن باتری‌ها.

برای راهنمایی بیشتر مقاله کاربردی چرا BMS باتری را قطع می‌کند؟ و راهنمای کامل انتخاب ماژول BMS را مطالعه کنید.

شکل ۵: پنج لایه حفاظتی BMS ایمنی و طول عمر پک‌های لیتیومی سری را تضمین می‌کنند.

چک‌لیست ۶ اصل طلایی ایمنی و فنی

1. تطبیق ولتاژ: اختلاف ولتاژ سلول‌ها در زمان اتصال کمتر از ۰.۰۵ ولت؛ در صورت نیاز شارژ جداگانه تا هم‌سطح شوند.
2. تطبیق ظرفیت و مقاومت داخلی: سلول‌های هم‌مدل، هم‌سن و هم‌برند؛ هرگز سلول نو با کارکرده در یک پک سری ترکیب نشود.
3. نقطه‌جوش به جای هویه: حرارت هویه عایق داخلی سر سلول را ذوب می‌کند؛ در صورت اجبار لحیم‌کاری، هویه توان‌بالا (۸۰W+) و حداکثر ۳ ثانیه روی هر قطب.
4. حلقه عایق مقوایی و وارنیش حرارتی: لبه قطب مثبت سلول منفی است؛ حلقه عایق روی قطب مثبت تمام سلول‌ها نصب و در پایان کل پک وارنیش شود.
5. سیم‌کشی با نمره مناسب و عایق‌بندی: سیم‌های سیلیکونی متناسب با جریان ماکزیمم پک، چسب کاپتون و اسپیسر عایق برای تمام اتصالات.
6. شارژر اختصاصی همان تعداد سل: 2S 8.4v /12.6v 3s  / 16.8v4S با منطق CC/CV؛ هرگز از آداپتور معمولی با ولتاژ متفرقه برای شارژ مستقیم استفاده نشود.

شکل ۶: چک‌لیست ۶ اصل فنی و ایمنی پیش از سرهم‌بندی پک باتری ۱۸۶۵۰.

تجهیزات و ابزارهای موردنیاز ساخت پک حرفه‌ای

محصولات مرتبط در فروشگاه الکترواکسپرس

• انواع باتری‌های لیتیوم-یون ۱۸۶۵۰ باکیفیت
• ماژول شارژر ۲ سل 8.4V جریان ۴ آمپر
• ماژول شارژر ۳ سل 12.6V جریان ۴ آمپر
• ماژول شارژر ۴ سل 16.8V جریان ۴ آمپر
• ماژول همه‌کاره IP2369 برای ۲ تا ۶ سل با توان ۴۵ وات
• برد محافظ و فست‌شارژ ۴ سل PD 100W
• انواع جاباتری و هولدرهای مخصوص پک ۱۸۶۵۰
• ماژول‌های تستر ظرفیت و مقاومت داخلی باتری
• ماژول کامل UPS ۱۲ ولت مخصوص مودم

ابزارها و لوازم جانبی کارگاهی

دستگاه نقطه‌جوش باتری و نوار نیکل (عرض ۸–۱۰ میلی‌متر، ضخامت ۰.۱–۰.۱۵ میلی‌متر)؛ حلقه‌های عایق مقوایی قطب مثبت؛ وارنیش حرارتی سایز متناسب؛ چسب نسوز کاپتون و اسپیسرهای عایق پلاستیکی؛ سیم‌های سیلیکونی AWG12 تا AWG20؛ مولتی‌متر دیجیتال؛و محل کار با تهویه مناسب.

خطاهای رایج در ساخت پک‌های سری و روش عیب‌یابی

جدول ۴ – عیب‌یابی مشکلات رایج پک‌های دست‌ساز

پرسش‌های متداول (FAQ)

آیا می‌توانم سلول‌هایی با ظرفیت‌های متفاوت را با هم سری کنم؟

خیر، اکیداً توصیه نمی‌شود. در اتصال سری ظرفیت کل پک برابر ظرفیت ضعیف‌ترین سلول است و همان سلول در هر سیکل زودتر خالی و دیرتر پر می‌شود و به‌سرعت فرسوده خواهد شد؛ حتی ممکن است باعث عدم تعادل خطرناک شود.

اگر پک 3S را با آداپتور معمولی ۱۲ ولت شارژ کنم چه می‌شود؟

آداپتورهای معمولی بدون منطق CC/CV هستند و ممکن است حتی تا بیش از ۱۲ ولت نامشخص بروند یا برعکس پک را کمتر از ۷۰ درصد شارژ کنند. همواره از شارژر اختصاصی لیتیومی با ولتاژ دقیق همان پک (۱۲.۶ ولت برای 3S) استفاده کنید.

چرا روی شارژرها عبارت «CC/CV» نوشته شده است؟

به دو فاز شارژ لیتیوم اشاره دارد: فاز اول «جریان ثابت» تا رسیدن سلول‌ها به ۴.۲ ولت؛ سپس فاز دوم «ولتاژ ثابت» که جریان به‌تدریج کاهش می‌یابد تا باتری کامل پر شود. هر شارژری بدون این دو فاز برای باتری‌های لیتیومی نامناسب است.

لحیم‌کاری یا نقطه‌جوش؟ کدام برای من مناسب‌تر است؟

برای استفاده شخصی و محدود (یک یا دو پک)، لحیم‌کاری با هویه توان‌بالا (۸۰ تا ۱۰۰ وات) و تماس حداکثر ۳ ثانیه با هر قطب قابل‌قبول است؛ برای هرگونه استفاده حرفه‌ای، ابزارهای شارژی یا پهپادها، دستگاه نقطه‌جوش باتری تنها گزینه ایمن و استاندارد است.

عمر یک پک دست‌ساز چقدر است؟

با سلول‌های اورجینال و استفاده از BMS مناسب، بین ۳۰۰ تا ۸۰۰ سیکل کامل شارژ و دشارژ؛ رعایت شارژ تا ۸۰–۹۰ درصد و پرهیز از تخلیه کامل تا ولتاژهای بحرانی می‌تواند این طول عمر را تا دو برابر افزایش دهد.

می‌توانم با ماژول بوست از یک سلول خروجی ۱۲ ولت بسازم به جای ساخت پک ۳ سل؟

بله، اما در بارهای پرتوان مانند موتور دریل جریان ورودی چند برابر می‌شود و سلول زیر فشار سنگین می‌رود؛ ساخت پک سری برای بارهای سنگین بسیار کارآمدتر و بادوام‌تر است. راهنمای این موضوع را در چگونه باتری ۱۸۶۵۰ را به ۵، ۹ و ۱۲ ولت تبدیل کنیم؟ بخوانید.

جمع‌بندی؛ شروع پروژه بعدی شما

سری کردن باتری‌های ۱۸۶۵۰ برای ساخت پک‌های ۲ سل (۷.۴ ولت)، ۳ سل (۱۱.۱ ولت) و ۴ سل (۱۴.۸ ولت) یکی از سودمندترین مهارت‌ها در الکترونیک عملی است که ده‌ها وسیله قدیمی یا فرسوده را با هزینه‌ای ناچیز احیا می‌کند. کلید موفقیت و ایمنی این کار در سه چیز خلاصه می‌شود: تطبیق دقیق سلول‌ها قبل از اتصال، استفاده از برد محافظ BMS متناسب با ولتاژ و جریان پک، و شارژ انحصاری با شارژر اختصاصی همان تعداد سلول. برای نقشه اتصالات، مشخصات و سیم‌کشی‌ها، اشکال و جدول‌های این راهنما را در دسترس خود نگه دارید و هر مرحله را پیش از تست نهایی با مولتی‌متر بازبینی کنید.

کلیه اقلام موردنیاز شامل سلول‌های اورجینال ۱۸۶۵۰، ماژول‌های شارژ ۲ و ۳ و ۴ سلول، انواع هولدرها و بردهای محافظ در فروشگاه الکترواکسپرس در دسترس است و با ارسال سریع در اختیارتان قرار می‌گیرد. اگر در انتخاب تجهیزات مناسب برای پروژه خود به مشاوره نیاز دارید، از طریق بخش پشتیبانی سایت با کارشناسان ما در ارتباط باشید.

مقالات آموزشی مرتبط در وبلاگ الکترواکسپرس

• راهنمای اتصال باتری لیتیومی ۲ تا ۴ سلول به BMS؛ سیم‌کشی، انتخاب شارژر و عیب‌یابی
• فرق PCM و BMS چیست؟ راهنمای کامل برد محافظ و مدیریت باتری لیتیوم
• راهنمای کامل انتخاب ماژول BMS: چگونه از باتری‌های لیتیومی خود محافظت کنیم؟
• اصول ایمنی باتری‌های لیتیومی: چگونه خانه‌مان را آتش نزنیم؟
• آزمون و تست تخصصی باتری لیتیومی
• باتری لیتیومی استوک چیست؟ راهنمای خرید باتری استوک
• چرا BMS باتری را قطع می‌کند؟ عیب‌یابی شارژ نشدن و بالانس نبودن پک
• راهنمای کامل ساخت UPS DC برای روتر و مودم با ماژول‌های الکترواکسپرس
• چگونه باتری ۱۸۶۵۰ لیتیومی را به ۵، ۹ و ۱۲ ولت تبدیل کنیم؟
• راهنمای کامل لحیم‌کاری: آموزش اتصال اصولی قطعات الکترونیک

تاریخ انتشار: پاییز ۱۴۰۵ | منبع تصاویر و نگارش: واحد تولید محتوای فنی الکترواکسپرس | بازنشر با ذکر منبع بلامانع است.