Повербанк своими руками из 18650 и 21700: корпус, плата, элементы

Повербанк своими руками — это готовый корпус с платой, в который ставят от 4 до 16 аккумуляторов 18650 или 21700. В таком корпусе все элементы соединены параллельно, поэтому ёмкость просто складывается: 8 × 18650 по 3500 мАч дают 28 000 мАч, то есть около 100 Вт·ч. Роутер на 10 Вт от такого повербанка проработает примерно 8–9 часов.

Элементы нужны ёмкие, одной модели и одной партии: ток в повербанке маленький, а от ёмкости зависит всё. Подходящие модели собраны в разделе обычные аккумуляторы, ниже разбираем, какие из них брать и как собрать корпус без ошибок.

Какие бывают корпуса повербанка 18650 и 21700

Корпус — это коробка с держателями для элементов и платой, которая их заряжает и преобразует 3–4,2 В элементов в 5, 9 или 12 В на выходе. Корпуса отличаются тремя вещами.

• Количество и формат элементов. Чаще всего встречаются корпуса на 4, 6, 8 и 16 × 18650, под 21700 — на 4 или 8 элементов. Бывают корпуса и на 20 и больше элементов, но такой повербанк весит больше килограмма.
• Как держатся элементы. В корпусах с пружинными контактами элемент вставляют, как батарейку в фонарик. В других элементы нужно сварить никелевой лентой, а для этого нужен аппарат точечной сварки. Для первого повербанка берите корпус с держателями.
• Выходы. USB-A и USB-C для телефона. Для роутера нужен профиль 12 В в USB-C PD (к нему подключают кабель-триггер со штекером DC 5,5 × 2,1 мм) или отдельный выход DC 12 В.

Таблица посчитана для 18650 на 3500 мАч и 21700 на 5000 мАч. С элементами на 3200 мАч умножьте ёмкость и энергию на 0,91.

Сколько аккумуляторов нужно на повербанк

Энергия повербанка — это количество элементов × ёмкость одного в ампер-часах × 3,6 В. Восемь 18650 по 3,5 А·ч: 8 × 3,5 × 3,6 = 100,8 Вт·ч.

Число мАч на магазинном повербанке считают так же, при напряжении элемента 3,6–3,7 В, а не при 5 или 12 В на выходе. Поэтому «20 000 мАч» не означает 20 000 мАч для телефона: на выходе 5 В это около 12 000 мАч, остальное забирают преобразование и потери.

Сколько часов проработает роутер: энергия × КПД платы ÷ мощность роутера. КПД берём 85 %, тогда 100,8 × 0,85 ÷ 10 Вт ≈ 8,6 часа. Мощность своего роутера посмотрите на блоке питания (это максимум, реально он берёт меньше) или измерьте USB-тестером. Как считать точнее и чем ещё питать роутер, разобрано в статье повербанк для роутера.

Плата повербанка: на что смотреть

От платы зависит, что повербанк умеет, а от элементов — сколько он продержится.

• Мощность выхода. Платы в корпусах на одну параллельную группу обычно дают 18–22,5 Вт. Для роутера и телефона этого достаточно, большинству ноутбуков нужно 45 Вт и больше.
• 12 В для роутера. Проверьте в описании, что USB-C PD выдаёт именно 12 В, а не только 5 и 9 В, или что есть выход DC 12 В.
• Проходная зарядка. Плата должна питать нагрузку, пока заряжается сама. Но даже с ней у многих повербанков выход на мгновение пропадает, когда зарядка подключается или отключается, и роутер перезагружается. Если интернет не должен прерываться ни на секунду, нужен mini DC UPS, а не повербанк.
• Защита. От перезаряда, глубокого разряда, короткого замыкания и перегрева. Корпус без защиты не берите.
• КПД и нагрев. КПД платы зависит от нагрузки: на малом токе потери небольшие, а на максимальной мощности заметная часть энергии уходит в нагрев. Под долгой нагрузкой контроллер греется, и плата сама снижает мощность. Поэтому повербанк под нагрузкой не накрывайте и не ставьте у батареи отопления.

Почему в корпусе только параллельное соединение

Плата обычного корпуса рассчитана на одну группу элементов, то есть на 3–4,2 В. Все плюсы сходятся на одну шину, все минусы — на другую. Если соединить элементы последовательно, на плату придёт 7–17 В, и она сгорит.

Бывают корпуса на 2–4 последовательные группы с платами на 45 Вт и больше. В них есть балансировка групп, и именно она бывает слабым местом: у дешёвых плат защита отдельной группы бывает настроена неточно, и группы расходятся даже на качественных элементах. Для первого повербанка берите параллельный корпус.

Какие аккумуляторы ставить в повербанк

Ток на каждый элемент здесь маленький. Плата на 22,5 Вт забирает из группы около 7 A, на разряженной группе — до 9 A. В корпусе на 4 элемента это около 2 A на каждый, на 8 элементов — около 1 A. Ёмкие 18650 держат 6–10 A длительно, поэтому запас большой. Высокотоковые элементы сюда не нужны: у них меньше ёмкость (2000–3000 мАч против 3200–3500), а их сила в повербанке не пригодится.

Цена и наличие — в карточке товара. Все ёмкие 18650 собраны в разделе обычные 18650, все 21700 — в обычных 21700.

18650 или 21700. Для того же запаса энергии 21700 нужно меньше: четыре 21700 дают столько же, сколько шесть 18650. Зато корпусов под 18650 больше, и они компактнее. Формат выбирайте вместе с корпусом: 21700 в держатель для 18650 не влезет. Подробнее — в статье 18650 или 21700.

Разборка. Для повербанка это нормальный вариант: ток маленький, а разборка дешевле новых элементов. Условие одно: брать элементы с промером ёмкости и сопротивления, ставить в корпус близкие между собой и не смешивать с новыми. Выбор есть в разделе 18650 из разборки, а что это такое и как её проверяют, объяснено в статье что такое разборка.

Подготовка аккумуляторов

1. Одна модель, одна партия, одинаковое состояние. Новые с новыми, разборка с разборкой.
2. Осмотр. Плёнка целая, изоляционное кольцо на плюсе на месте, корпус без вмятин, ржавчины и следов протечки. Элемент с повреждением в сборку не идёт.
3. Одинаковое напряжение. Измерьте каждый элемент мультиметром. Разница между ними — не больше 0,05 В. Когда элементы с разным напряжением соединяются параллельно, более заряженный заряжает менее заряженный без всякого ограничения тока, и через контакты держателей может пойти несколько ампер. Проще всего зарядить каждый элемент отдельно в зарядном устройстве для Li-ion до полного и тогда ставить все вместе.

Сборка повербанка своими руками по шагам

1. Откройте корпус и найдите метки «+» и «−» у каждого гнезда. В большинстве корпусов все плюсы смотрят в одну сторону, но ориентируйтесь на метки, а не на соседний элемент.
2. Вставляйте элементы по одному, плюсом к «+». Один перевёрнутый элемент в параллельной группе — это короткое замыкание.
3. Ничего не паяйте к элементам. Если корпус требует соединения лентой, нужна точечная сварка, а не паяльник.
4. Закройте корпус и зарядите повербанк до полного под присмотром. Через 15–20 минут потрогайте корпус: тёплый — нормально, горячий — отключите зарядку и проверьте элементы.
5. Проверьте выходы: телефон заряжается, а на штекере кабеля-триггера мультиметр показывает 12 В и правильную полярность. Только после этого подключайте роутер.

Для оценки времени заряда: энергия ÷ мощность зарядки × 1,2. Корпус на 8 × 18650 (около 100 Вт·ч) от входа на 18 Вт заряжается примерно 6–7 часов.

Чего не делать

• Не смешивайте модели, партии, новые элементы и разборку в одном корпусе. Слабый или неисправный элемент в параллельной группе разряжает соседей и греется.
• Не покупайте 18650 «на 5000 мАч» и больше. Таких не бывает: настоящие 18650 имеют до 3500 мАч по даташиту, а реальная ёмкость таких «рекордсменов» намного ниже написанной.
• Не соединяйте элементы последовательно в корпусе для параллельных.
• Не паяйте провода и пластины к элементам: нагрев паяльником вредит элементу.
• Не берите корпус без платы защиты и не заряжайте его от самодельных источников в обход платы.
• Не ставьте элементы с порванной плёнкой, вмятинами, после падения, а также те, что долго лежали разряженными почти до нуля.
• Не оставляйте повербанк на зарядке без присмотра в первые циклы и не накрывайте его под нагрузкой.

Если роутер должен работать дольше суток или без перезагрузок, повербанк — не единственный вариант. Батарея на 12 В из трёх последовательных групп и BMS разобрана в статье сборка 12 В для роутера. А если собирать самостоятельно не хотите, батарею под задачу можно заказать у нас.