Питание от 18650: ёмкость, BMS и безопасность

18650 — самый ходовой литий-ионный «бочонок» на планете: из таких собраны ноутбучные аккумуляторы, павербанки, шуруповёрты и батареи электромобилей. Для нашего дела это идеальный кирпичик автономного питания: на горсти 18650 спокойно живёт MMDVM-хотспот на выезде или запасной банк под рацию. Но Li-ion не прощает небрежности — поэтому разговор пойдёт не только про ёмкость, а в первую очередь про безопасность. Дочитайте до выноски с красной полосой, она там не для красоты.

Что вообще такое 18650

Название — это просто размер: цилиндр диаметром 18 мм и длиной 65 мм (ноль на конце — «цилиндрическая форма»). Внутри — литий-ионная химия. Базовые цифры одной ячейки, которые надо вызубрить:

• Номинальное напряжение — 3.6–3.7 В (среднее за разряд).
• Полный заряд — 4.2 В. Выше — опасно.
• Нижний порог разряда — обычно 2.5–3.0 В. Ниже — ячейка деградирует, а то и умирает.

То есть рабочее «окно» одной банки — примерно от 3.0 до 4.2 вольта. Всё проектирование питания крутится вокруг того, чтобы из этого окна не выпадать.

Реальная ёмкость: где врут продавцы

Ёмкость измеряется в миллиампер-часах (мА·ч). На 2025–2026 годы честный потолок одной 18650 — около 3500 мА·ч, у топовых брендовых ячеек край ~3600 мА·ч. Типичный разброс по рынку:

• 1500–2000 — слабые/старые ячейки;
• 2100–2600 — стандарт;
• 2700–3200 — высокая ёмкость;
• 3300–3500 — практический максимум.

BMS / плата защиты — без неё не собираем

Голая ячейка ничем себя не контролирует. Между банками и нагрузкой ставят BMS (Battery Management System) или хотя бы простую плату защиты (PCM/PCB). Её работа — следить за напряжением и током и мгновенно рвать цепь MOSFET-ами, если что-то идёт не так:

• Защита от перезаряда — обрубает заряд при выходе за ~4.25 В. Перезаряд Li-ion ведёт прямо к возгоранию.
• Защита от переразряда — отключает нагрузку у нижнего порога (около 2.5 В), чтобы ячейка не «уехала в ноль».
• Защита от короткого замыкания и сверхтока — обрывает цепь при КЗ, когда ток лавиной идёт в нагрев.
• Контроль перегрева — у более серьёзных плат.

BMS выбирают по числу банок «в высоту» (последовательно): 1S — одна банка (3.7 В), 2S — две (7.4 В), 3S — три (11.1 В) и т.д. Параллель (несколько банок «в ширину» ради ёмкости) на номер S не влияет — это просто больше мА·ч на той же ступени напряжения.

Балансировка и подбор ячеек

В сборку из нескольких банок идут только одинаковые и подобранные ячейки: одна модель, близкая ёмкость, близкое внутреннее сопротивление, желательно один «возраст». Смешивать старую и новую, разные бренды, разную ёмкость — нельзя: при заряде/разряде они расходятся по напряжению, одна банка перегружается, и весь пакет деградирует ускоренно. Для многосекционных сборок берут балансировочный BMS (с балансиром) — он подтягивает банки друг к другу, чтобы они старели равномерно.

Зарядка: профиль CC/CV

Li-ion заряжают по алгоритму CC/CV — «постоянный ток / постоянное напряжение»:

1. CC (constant current) — зарядник держит фиксированный ток (например, 1 А), напряжение банки плавно растёт.
2. CV (constant voltage) — как только дошли до 4.2 В, напряжение фиксируется, а ток постепенно спадает почти до нуля. Тогда банка считается полной.

В DIY это закрывает копеечный модуль на чипе TP4056 (часто с USB-C): он сам реализует CC/CV до 4.2 В и нередко идёт в паре с защитой DW01 (от переразряда/КЗ). Это для одной банки (1S). Для многосекционных пакетов нужен зарядник под нужное число S — обычным USB-модулем 2S/3S не зарядить.

Как получить 5 В для хотспота

Raspberry Pi и MMDVM-хотспот питаются от 5 В, а одна 18650 даёт 3.0–4.2 В — это «гуляющие» вольты ниже и выше пятёрки. Напрямую соединять нельзя. Варианты:

Вариант 1: 1S + повышающий (boost) преобразователь

Одна банка → плата заряда/защиты (TP4056+защита) → повышающий DC-DC, который из 3.0–4.2 В делает стабильные 5 В. Популярный модуль — MT3608 (вход 2–24 В, выход до 28 В, ток до 2 А, реально комфортно ~1 А). Выход обязательно выставляют подстроечником на ровно 5.0 В по мультиметру до подключения Pi — иначе можно спалить плату.

Вариант 2: готовый UPS-модуль для Pi

Есть платы «всё в одном»: держатель под 1–4 банки 18650, заряд CC/CV, защита и boost на 5 В сразу на пины/USB Pi. Удобно для стационара и для бесперебойника, но качество модулей разное — смотрите на ток отдачи и наличие защиты.

Чек-лист безопасной сборки

1. Только брендовые ячейки с честной ёмкостью (2.0–3.5 А·ч), проверенные тестером.
2. В пакете — одинаковые подобранные банки.
3. Обязательная BMS/плата защиты под нужное число S, с балансиром для многосекционных.
4. Заряд по CC/CV, не выше 4.2 В на банку; для многосекционных — правильный балансирный зарядник.
5. Преобразователь на 5 В, выставленный по мультиметру, с запасом по току под ваш Pi.
6. Изоляция терминалов, защита от КЗ, контроль за нагревом; повреждённую ячейку — в утиль.