Повербанк своїми руками з 18650 і 21700: корпус, плата, елементи

Повербанк своїми руками — це готовий корпус із платою, у який ставлять від 4 до 16 елементів 18650 або 21700. У такому корпусі всі елементи з'єднані паралельно, тому ємність просто додається: 8 × 18650 по 3500 mAh дають 28 000 mAh, тобто близько 100 Вт·год. Роутер на 10 Вт від такого повербанка пропрацює приблизно 8–9 годин.

Елементи потрібні ємні, однієї моделі й однієї партії: струм у повербанку малий, а від ємності залежить усе. Підходящі моделі зібрані в розділі звичайні акумулятори, нижче розбираємо, які з них брати і як зібрати корпус без помилок.

Які бувають корпуси повербанка 18650 і 21700

Корпус — це коробка з тримачами для елементів і платою, яка їх заряджає і перетворює 3–4,2 В елементів на 5, 9 або 12 В на виході. Корпуси відрізняються трьома речами.

• Кількість і формат елементів. Найчастіше трапляються корпуси на 4, 6, 8 і 16 × 18650, під 21700 — на 4 або 8 елементів. Бувають корпуси й на 20 і більше елементів, але такий повербанк важить понад кілограм.
• Як тримаються елементи. У корпусах з пружинними контактами елемент вставляють, як батарейку в ліхтарик. В інших елементи треба зварити нікелевою стрічкою, а для цього потрібен апарат точкового зварювання. Для першого повербанка беріть корпус з тримачами.
• Виходи. USB-A і USB-C для телефона. Для роутера потрібен профіль 12 В в USB-C PD (до нього підключають кабель-тригер зі штекером DC 5,5 × 2,1 мм) або окремий вихід DC 12 В.

Таблиця порахована для 18650 на 3500 mAh і 21700 на 5000 mAh. З елементами на 3200 mAh помножте ємність і енергію на 0,91.

Скільки елементів потрібно: рахуємо Вт·год

Енергія повербанка — це кількість елементів × ємність одного в ампер-годинах × 3,6 В. Вісім 18650 по 3,5 А·год: 8 × 3,5 × 3,6 = 100,8 Вт·год.

Число mAh на магазинному повербанку рахують так само, при напрузі елемента 3,6–3,7 В, а не при 5 чи 12 В на виході. Тому «20 000 mAh» не означає 20 000 mAh для телефона: на виході 5 В це близько 12 000 mAh, решту забирають перетворення і втрати.

Скільки годин пропрацює роутер: енергія × ККД плати ÷ потужність роутера. ККД беремо 85 %, тоді 100,8 × 0,85 ÷ 10 Вт ≈ 8,6 години. Свою потужність роутера подивіться на блоці живлення (це максимум, реально він бере менше) або поміряйте USB-тестером. Як рахувати точніше і чим ще живити роутер, розібрано в статті повербанк для роутера.

Плата повербанка: на що дивитися

Від плати залежить, що повербанк уміє, а від елементів — скільки він протримає.

• Потужність виходу. Плати в корпусах на одну паралельну групу зазвичай дають 18–22,5 Вт. Для роутера і телефона цього достатньо, більшості ноутбуків потрібно 45 Вт і більше.
• 12 В для роутера. Перевірте в описі, що USB-C PD видає саме 12 В, а не лише 5 і 9 В, або що є вихід DC 12 В.
• Проходна зарядка. Плата має живити навантаження, поки заряджається сама. Але навіть з нею в багатьох повербанків вихід на мить зникає, коли зарядка підключається чи відключається, і роутер перезавантажується. Якщо інтернет не має перериватися ні на секунду, потрібен mini DC UPS, а не повербанк.
• Захист. Від перезаряду, глибокого розряду, короткого замикання і перегріву. Корпус без захисту не беріть.
• ККД і нагрів. ККД плати залежить від навантаження: на малому струмі втрати невеликі, а на максимальній потужності помітна частина енергії йде в нагрів. Під тривалим навантаженням контролер гріється, і плата сама знижує потужність. Тому повербанк під навантаженням не накривайте і не ставте біля батареї опалення.

Чому в корпусі тільки паралельне з'єднання

Плата звичайного корпусу розрахована на одну групу елементів, тобто на 3–4,2 В. Усі плюси сходяться на одну шину, усі мінуси — на іншу. Якщо з'єднати елементи послідовно, на плату прийде 7–17 В, і вона згорить.

Бувають корпуси на 2–4 послідовні групи з платами на 45 Вт і більше. У них є балансування груп, і саме воно буває слабким місцем: у дешевих плат захист окремої групи буває налаштований неточно, і групи розходяться навіть на якісних елементах. Для першого повербанка беріть паралельний корпус.

Які акумулятори ставити в повербанк

Струм на кожен елемент тут малий. Плата на 22,5 Вт забирає з групи близько 7 A, на розрядженій групі — до 9 A. У корпусі на 4 елементи це близько 2 A на кожен, на 8 елементів — близько 1 A. Ємні 18650 тримають 6–10 A тривало, тому запас великий. Високострумові елементи сюди не потрібні: вони мають меншу ємність (2000–3000 mAh проти 3200–3500), а їхня сила в повербанку не знадобиться.

Ціна і наявність — у картці товару. Усі ємні 18650 зібрані в розділі звичайні 18650, усі 21700 — у звичайних 21700.

18650 чи 21700. Для того самого запасу енергії 21700 потрібно менше: чотири 21700 дають стільки ж, скільки шість 18650. Зате корпусів під 18650 більше, і вони компактніші. Формат обирайте разом з корпусом: 21700 у тримач для 18650 не влізе. Докладніше — у статті 18650 чи 21700.

Розбірка. Для повербанка це нормальний варіант: струм малий, а розбірка дешевша за нові елементи. Умова одна: брати елементи з проміром ємності й опору, ставити в корпус близькі між собою і не змішувати з новими. Вибір є в розділі 18650 з розбірки, а що це таке і як її перевіряють, пояснено у статті що таке розбірка.

Підготовка елементів

1. Одна модель, одна партія, однаковий стан. Нові з новими, розбірка з розбіркою.
2. Огляд. Плівка ціла, ізоляційне кільце на плюсі на місці, корпус без вм'ятин, іржі й слідів протікання. Елемент з пошкодженням у збірку не йде.
3. Однакова напруга. Виміряйте кожен елемент мультиметром. Різниця між ними — не більше 0,05 В. Коли елементи з різною напругою з'єднуються паралельно, вищий заряджає нижчий без жодного обмеження струму, і через контакти тримачів може піти кілька ампер. Найпростіше зарядити кожен елемент окремо в зарядному пристрої для Li-ion до повного і тоді ставити всі разом.

Збірка повербанка крок за кроком

1. Відкрийте корпус і знайдіть позначки «+» і «−» біля кожного гнізда. У більшості корпусів усі плюси дивляться в один бік, але орієнтуйтеся на позначки, а не на сусідній елемент.
2. Вставляйте елементи по одному, плюсом до «+». Один перевернутий елемент у паралельній групі — це коротке замикання.
3. Нічого не паяйте до елементів. Якщо корпус вимагає з'єднання стрічкою, потрібне точкове зварювання, а не паяльник.
4. Закрийте корпус і зарядіть повербанк до повного під наглядом. Через 15–20 хвилин торкніться корпусу: теплий — нормально, гарячий — відключіть зарядку і перевірте елементи.
5. Перевірте виходи: телефон заряджається, а на штекері кабелю-тригера мультиметр показує 12 В і правильну полярність. Тільки після цього підключайте роутер.

Для оцінки часу заряду: енергія ÷ потужність зарядки × 1,2. Корпус на 8 × 18650 (близько 100 Вт·год) від входу на 18 Вт заряджається приблизно 6–7 годин.

Чого не робити

• Не змішуйте моделі, партії, нові елементи й розбірку в одному корпусі. Слабкий або несправний елемент у паралельній групі розряджає сусідів і гріється.
• Не купуйте 18650 «на 5000 mAh» і більше. Таких не буває: справжні 18650 мають до 3500 mAh за даташитом, а реальна ємність таких «рекордсменів» набагато нижча за написану.
• Не з'єднуйте елементи послідовно в корпусі для паралельних.
• Не паяйте дроти й пластини до елементів: нагрів паяльником шкодить елементу.
• Не беріть корпус без плати захисту і не заряджайте його від саморобних джерел в обхід плати.
• Не ставте елементи з порваною плівкою, вм'ятинами, після падіння, а також ті, що довго лежали розрядженими майже до нуля.
• Не лишайте повербанк на зарядці без нагляду в перші цикли і не накривайте його під навантаженням.

Якщо роутер має працювати довше за добу або без перезавантажень, повербанк — не єдиний варіант. Батарею на 12 В з трьох послідовних груп і BMS розібрано у статті збірка 12 В для роутера. А якщо збирати самі не хочете, батарею під задачу можна замовити в нас.