Обзор 8.4 вольтовых банок для велосипедных фар на базе 18650

Этот пост является развёрнутым ответом на комментарий в блоге Вадима Стеркина. Я постарался написать подробно, чтобы информация была не полезна не только Вадиму, но и другим случайным читателям.

Содержание

1. Общая информация по аккумуляторам 18650
2. Общая информация по 8.4 вольтовым банкам
3. Обзор корпусов
   • Обновление 2020 года: TrustFire EB02 / EB03
4. Важные примечания

Общая информация по аккумуляторам 18650

18650 - пожалуй, самый популярный формат литий-ионных (Li-Ion) аккумуляторов. Внешне они похожи на пальчиковые батареи, но существенно больше размером. Они применяются в фонарях, ноутбуках, и даже электромобилях.

Пара "народных" аккумуляторов 18650

Полностью заряженный 18650 выдаёт напряжение около 4.2 вольт, номинальное - 3.7 вольта, почти разряженный - около 3 вольт (пределы могут варьироваться в зависимости от химии аккумулятора и используемой платы защиты). Типичная ёмкость 18650 - от 2'000 мАч до 3'500 мАч. Массовые аккумуляторы способны выдавать непрерывный ток разряда около 4 А, некоторые - до 10 А, а специальные high-drain/high-discharge модели - вплоть до 30 A (например, Sony US18650VTC3).

Совет: если вы видите 18650 промаркированный более 30 А, то на 99% можете быть уверены, что это - подделка. В лучшем случае, непрерывно он сможет отдавать 20 А, а 30 А будет его максимальная пиковая нагрузка ("пульсовая" - несколько секунд).

Из других неплохих high-drain 18650 (20 А или выше, непрерывно) можно посмотреть на аккумы LG HB6, HD2 или HE2/HE4, Samsung INR18650 20R, AW IMR 18650. Если надо ещё больше (для дронов и других RC-штук) - то тут нужен будет уже литий-полимерный (LiPo, Li-Pol) аккумулятор. Специально разработанные high-drain LiPo аккумуляторы способны отдавать ток до 130 раз превышающий ёмкость (130C). Типичные аккумы для RC-моделей - 50C, т.е. для ёмкости в 5'000 мАч это будет: 5 x 50 = 250 A.

18650 расшифровывается как 18 мм, 65 мм, 0 - это, соответственно, диаметр аккумулятора, длина аккумулятора и форма (круг). Также у них бывает разный положительный конец: "плоский" ("flat top") или "выступающий" ("кнопочный", "button top"):

Слева - "плоский" ("flat top"),
справа - "выступающий" ("button top")

Размеры при этом у них одинаковые, но несложно сообразить, что "плоский" конец не всегда сможет влезть туда, куда влезает "выступающий".

18650 обладают низким саморазрядом (примерно 4% в месяц), т.е. могут долго лежать в заряженном состоянии. Но важно понимать, что это саморазряд только самого аккумулятора! Если аккумулятор вставлен куда угодно, даже если это просто блок с платой защиты, устройство будет потреблять какой-то ток, пусть малый, но - будет. За полгода такого лежания аккумулятор вполне может разрядиться в ноль. Поэтому, если вы планируете длительное хранение - выньте аккумуляторы из устройства.

18650 не имеет "эффекта памяти", т.е. его ёмкость не уменьшается, если начать его заряжать когда он ещё не разрядился до конца. Но почти все производители добавляют в состав электолита консервант, т.н. ингибитор, который позволяет лучше хранить аккумуляторы. Поэтому нужно придерживаться особого порядка подготовки к первому использованию - провести расконсервацию. Расконсервация заключается в нескольких полных циклах заряда-разряда (обычно 2-3) - это разрушает ингибитор, происходит расконсервация, и аккумулятор выходит на свою номинальную емкость. Если процедура расконсервации не производится, то происходит эффект схожий с "эффектом памяти".

Ёмкость 18650 со временем уменьшается (примерно 700 циклов разряда-заряда = потеря ёмкости на 20%). Оптимальные условия хранения 18650 достигаются при половинном заряде и температуре 0-10° C. 18650 стареют, даже если не используются. Соответственно, нет необходимости покупать аккумулятор "про запас" или чрезмерно увлекаться "экономией" его ресурса.

Особенно 18650 не любят полного разряда и перегрева (полный разряд моментально выведет 18650 из строя). Поэтому на практике вместо обычных "голых" 18650 используются т.н. "защищённые" (protected) варианты. На них дополнительно ставится несколько защитных систем, они включают в себя плату электроники и клапан выпуска давления - что обеспечивает защиту от перезаряда, глубокого разряда, перегрева и короткого замыкания.

Защищённый 18650 - видна маркировка

Выхлоп от клапана выпуска давления на защищённом 18650

Электронная плата на конце защищённого 18650

Неоднородности покрытия указывают на наличие дополнительных элементов защиты

Защищённый 18650 со снятой упаковкой

(рисунки отсюда).

Обычные (не защищённые) 18650 на практике не используются самостоятельно, а входят в состав других устройств (например, батарей ноутбуков, батарей велосипедных фар), где защитные функции выполняет отдельная плата, не связанная с самим аккумулятором.

Дополнительная защита увеличивает размеры аккумулятора, поэтому, строго говоря, защищённые 18650 не являются именно 18650 (т.е. 18 мм x 65 мм). Их реальные размеры примерно 19 мм x 67 мм. Но поскольку типичный обыватель не особо в этом разбирается, вы (почти) никогда не увидите в продаже аккумуляторов 19670 - вместо них продают "protected 18650".

Общая информация по 8.4 вольтовым банкам

Все велосипедные китайские фары с внешним аккумулятором штатно используют блоки из последовательно соединённых двух пальцев (2S, т.е. 2 serial) 18650 (что даёт 2 x 4.2 в. = 8.4 вольта при полном заряде, и 2 x 3 в. = 6 вольта при почти полном разряде).

Типичная стоковая банка на 4 пальца (2S2P)
Виден одиночный не винтовой разъём

"Папа"-разъём на фаре

Разъём имеет диаметр "штыка" 2.1 мм, диаметр внешней дырки 5.5 мм с общей длиной 10 мм и диаметром защитного кожуха в 10 мм. - это стандартный DC-разъём, одинаковый на всех китайских фарах.

Банки бывают на 2, 4 (самый распространённый), 6 и 8 пальцев, где каждая последовательно соединённая пара пальцев также соединяется параллельно (что даёт x1, x2 (для 2P - parallel), x3 (для 3P) и x4 (для 4P) ёмкость).

К примеру, если для банки используются пальцы ёмкостью 2'600 мАч, то банка 2S2P (на 4 пальца) даст суммарную ёмкость 2 x 2'600 мАч = 5'200 мАч. Зная, что фара на максимальной яркости потребляет, к примеру, 1.5 А (т.е. 1'500 мА), мы получим, что на максимальной яркости она будет работать не более 5'200 / 1'500 = 3.5 часов.

"Могучая" 2S4P банка учетверённой ёмкости - с 8 пальцами
(удвоенная ёмкость по сравнению со стоковой 2S2P/4 пальца)
4 x 2'600 мАч = 10'400 мАч

Как правило, банки в составе фар поставляются вместе с зарядным устройством и сумочкой, которую обычно вешают на раму велосипеда.

Зарядное устройство и нарамная сумка (банка вставлена)

Банки обычно собраны из незащищённых 18650, сваренных точечной сваркой, одетых в общую термоусадку и с платой-контроллером на одном конце или сбоку:

Как правило, такая банка заряжает все аккумуляторы одновременно и не способна балансировать зарядку. В результате со временем аккумуляторы в банке оказываются разбалансированными (какой-то оказывается заряжен существенно больше другого), так что вся банка теряет суммарную ёмкость, несмотря на то, что ёмкость отдельных пальцев в ней почти не изменяется.

Вместе с тем, китайцы продают и отдельные корпуса для сборок подобных банок. Например:

Один из вариантов разборных корпусов

В этом случае корпус уже сделан из пластика, с водозащитной резинкой по периметру крышки, без сумки, но с "ушами" и лентой-липучкой. Также опционально могут присутствовать индикаторы заряда и отдельный 5 вольтовый выход.

Как правило, такие корпуса имеют винтовой вариант стандартного DC-разъёма 2.1 мм x 5.5 мм x 10 мм. Оба варианта (винтовой и не винтовой) между собой полностью совместимы в любых комбинациях. Но винтовой всё же понадёжнее.

Что вы получаете с таким корпусом: возможность свободно вынимать пальцы (например, для вставки в ручной фонарь или в зарядник с индивидуальным зарядом каждого пальца - полезно при разбалансировке пальцев), возможность заряжать смартфон, не меняя пальцы (только для некоторых корпусов), индикацию заряда (только для некоторых корпусов). Из минусов - дополнительная цена, немного больший вес и размеры.

Защитные наклейки на раму

Все банки предназначены для установки на раму либо имея ушко для velcro-ремня (липучки), либо поставляясь вместе с сумочкой. Надо иметь в виду, что в любом случае покрытие рамы будет медленно, но верно протираться. Поэтому обычно имеет смысл либо вешать блок аккумуляторов в "безопасное" место (например - под седло), либо наклеивать на раму защитные наклейки от протирания, которые можно купить в любом большом вело-магазине. Обычно делаются из полиуретана, ПВХ, резины. Бывают как цветные, так и прозрачные. По стоимости от 200 рублей до пары тысяч.

Обзор корпусов

Я использовал несколько вариантов корпусов: Pannovo B-C04, Pannovo B-C18 (ребрендирован NiteFire B-C18), UltraFire, SolarStorm, ghtFi, noname. Все корпуса я покупал в разное время и в разных магазинах.

Первая пара:

Слева - Pannovo B-C04,
справа - Pannovo / NiteFire B-C18

Корпуса Pannovo конструктивно различны.

Модель B-C04 имеет только винтовой 8.4 в. штекер, не имеет индикации заряда, оснащена одним узким вертикальным ухом. Крышка накрывает корпус сверху, квадратная, имеет паз для позиционирования с одной стороны, не имеет резинки.

Модель B-C18 имеет винтовой 8.4 в. штекер и 5 в. USB разъём, а также индикатор заряда, оснащена двумя широкими ушами с горизонтальной вставкой ремешка. Крышка вставляется в корпус, прямоугольная, имеет резинку по периметру.

Отличия в конструкции крышки

Индикация заряда включается и выключается при нажатии на кнопку на крышке:

Сверху - индикация выключена,
снизу - включена

Стоит обратить внимание, что USB разъём работает только при включенной индикации заряда! Я неоднократно сталкивался с тем, что люди считают корпус "нерабочим" и "бракованным", потому что он не заряжает смартфон в обычном (выключенном) состоянии.

Разъём 8.4 вольта для фары работает всегда - вне зависимости от индикатора заряда.

Следующая пара:

Слева - UltraFire,
справа - SolarStorm

UltraFire и SolarStorm являются копией друг друга и отличаются только цветом пластика. Оба корпуса являются ребрендом ghtFi. Конструктивно они похожи на B-C18: имеют винтовой 8.4 в. штекер и 5 в. USB разъём, а также индикатор заряда, оснащены двумя широкими ушами с горизонтальной вставкой ремешка. Крышка вставляется в корпус, прямоугольная, имеет резинку по периметру.

Размеры идентичны,
крышки взаимозаменяемы

Индикатор заряда, USB и 8.4 в. разъёмы работают полностью аналогично Pannovo / NiteFire B-C18.

Однако, несмотря на внешнее сходство, размеры у B-C18 (Pannovo / NiteFire) и ghtFi (UltraFire / SolarStorm) различны. Во-первых, крышки не взаимозаменяемы, у них разный размер винта:

Pannovo и UltraFire:
слева - проваливается,
справа - не вставляется

Во-вторых, что более важно, оба корпуса Pannovo внутри существенно свободнее корпусов ghtFi:

Pannovo / NiteFire: пальцы входят свободно

Проблемные места корпуса UltraFire -
в этих позиция пальцы держатся трением,
их нужно выковыривать

Повреждение изоляции в проблемных местах корпуса UltraFire

Корпус SolarStorm -
на одной стороне всё в порядке с любыми пальцами,
обратите внимание на одинаковую высоту вставки
(с учётом "выступающего" и "плоского" конца)

Корпус SolarStorm, вторая сторона -
визуально видно, что правый палец сел не до конца

Я пробовал использовать как покупные защищённые аккумуляторы:

Размеры 3'000 мАч защищённого TrustFire

Так и незащищённые аккумуляторы, которые я выдрал из двух стоковых банок к фарам и обернул в термоусадку:

Размеры "полусамодельного" noname незащищённого аккумулятора

Термоусадку я использовал особо тонкую - специально для 18650:

Толщина не отличается.
Слева - самоделка,
справа - заводская.

Обычная термоусадка не подойдёт - она слишком толстая, т.к. предназначена для кабеля:

Слева - термоусадка из Чип и Дип,
справа - заводская.
На левом аккумуляторе видны следы от точечной сварки.

Обычная "синяя изолента" находится посередине - она толще заводской/специальной, но тоньше обычной термоусадки.

Я это к тому говорю, чтобы не подумали, что я слишком толсто обмотал свои аккумуляторы и поэтому нашёл несуществующий недостаток в корпусах. Как видно из фотографий выше, мои полусамодельные аккумуляторы имеют размеры меньше фабричных - и даже с ними возникает проблема с местом. "Кнопочный" конец заводских аккумуляторов также не спасает ситуацию. Более того, в корпуса Pannovo свободно влезали даже (более толстые) аккумуляторы, обёрнутые в обычную изоленту!

В итоге получается, что в зависимости от микроскопических допусков на UltraFire / SolarStorm / ghtFi можно получить три ситуации:

1. Все аккумуляторы вставятся нормально.
2. Одна пара встанет нормально, у второй пары один палец не законтачится. Результат - уменьшенная вдвое итоговая ёмкость, отсутствие работы пары пальцев.
3. Обе пары встанут криво. Результат - отсутствие напряжение, нерабочая сборка.

А также, в зависимости от силы и дурости упорства:

1. Аккумуляторы нормально вынимаются.
2. Аккумуляторы нужно выковыривать, выбивать, возможны повреждения изоляции.
3. Аккумуляторы уже не вынуть.

Сию проблему с теснотой я планирую решить с помощью такого девайса:

Бур для дремеля

Руки, правда, до этого ещё не дошли.

Обновлено в 2020 году

Не так давно компания TrustFire тоже выпустила свой вариант корпуса для 18650. TrustFire - это дочернее предприятие американского светодиодного гиганта Cree. И корпус у неё получился существенно круче обычных китайцев.

TrustFire EB02

Это вариант на 4 пальца (2x2). Есть ещё вариант TrustFire EB03 на 6 пальцев (2x3).

Качество чувствуется прям сразу, как только берёшь в руки. Цельнометаллический прижимной винт из анодированного алюминия с мягким ходом. Текстуированный и приятный на ощупь ударопрочный пластик (в предыдущих корпусах используется более дешёвый пластик, резьбовую вставку для прижимного винта вполне реально выломать). Облегчённый корпус с рёбрами жёсткости. Крайне удобная кнопочка. Проблем с посадкой аккумуляторов нет. Короче, по материалам и эргономике - полный зачёт.

Конструктивно корпус не совсем похож на предыдущие. Форма крышки другая. Кабель заметно короче. Видимо, предполагается крепление на вынос, либо использование удлинителя. Совершенно иные пазы под ремень.

Индикация заряда в корпусе TrustFire также выполняется иначе. На предыдущих корпусах один горящий зелёный светодиод означал близкое к разряду состояние (а три зелёных светодиода - полный заряд). В общем, чем больше горит светодиодов - тем больше заряд.

Почти полный аккумулятор на предыдущих корпусах

В корпусе же TrustFire сделано почти наоборот: один горящий зелёный светодиод означает почти полный заряд. Затем небольшой разряд показывается вторым (оранжевым) светодиодом. Сильный разряд показывается третьим (красным) светодиодом. Наконец, мигающий красный означает близкий к нулю заряд.

Почти полный аккумулятор на корпусe TrustFire

Около 50% аккумулятора на корпусe TrustFire

Функционально же индикация и USB-разъём работают идентично: по умолчанию и индикация, и USB выключены, включаются нажатием на кнопку. Повторное нажатие выключает индикацию и USB.

Обновлено: устаревшая информация

Что ещё сделано наоборот в TrustFire - вставка аккумуляторов. В предыдущих корпусах знак "плюс" означал, что нужно совместить плюс аккумулятора со знаком:

Правильная установка аккумуляторов в предыдущие корпуса

В корпусе же TrustFire сделано наоборот: знак "плюс" означает, что плюс аккумулятора нужно вставлять в ячейку:

Правильная установка аккумуляторов в корпус TrustFire

Признаю, мне сложно судить, поскольку я уже привык к предыдущим корпусам. Поэтому я не могу объективно сказать, что тут будет более интуитивным. Что точно могу сказать - я постоянно вставляю аккумуляторы неправильно.

Обновлено: я тут обзавёлся второй банкой TrustFire и должен сказать, что в ней маркировка сделана верно. А в первой банке - либо брак, либо подделка.

Слева - правильная маркировка (новая банка),
справа - ошибочная (старая банка)

К чести TrustFire, электроника у него тоже круче китайцев. Одного китайца я спалил, случайно начав закрывать крышку в неверной ориентации. С корпусом TrustFire же проблем никаких. Сколько раз я уже неправильно вставлял аккумуляторы, а ему хоть бы что.

Из странностей: если сразу после вставки аккумуляторов нажать на кнопку для включения индикации/USB - то 8.4 вольтовый выход на фару будет выключен! И включить его никак нельзя, кроме как заново открыть/закрыть крышку. Если же сразу после установки аккумуляторов подключить нагрузку (включить фару), то блок будет работать в обычном режиме: 8.4 вольтовый выход будет включен всегда, а USB/индикация будут включаться по кнопке.

Ещё один большой плюс корпусов TrustFire - у них пружины находятся с обоих концов:

Во всех предыдущих корпусах пружины находятся лишь с одного конца, а с другого - площадки-контакты:

Это означает, что в корпусах TrustFire аккумы зажимаются с двух сторон, что делает контакт намного надёжнее. В корпусах, где используется площадка, мощности пружины может не хватить для прижима аккума, поэтому при тряске, ударах контакт может пропадать. И хотя у меня лично никогда не было такой проблемы с любыми корпусами, но отзывы других людей говорят, что такая проблема может быть. В любом случае, такую проблему легко решить такими магнитиками:

Купить которые можно много где:

• В Леруа-Мерлен;
• На Ozon-е.

В целом, в 2020 году я рекомендую забыть про ранее обсуждавшиеся корпуса и покупать только TrustFire - даже несмотря на его более высокую цену.

Важные примечания

Стоит заметить, что корпус ghtFi также продаётся как noname во многих магазинах. Т.е. в заголовке не указывается название, просто что-то общее "8.4v 18650 Battery Case", но в фотографиях товара можно увидеть наклейку на дне.

Далее, корпуса SolarStorm и Pannovo B-C04 продавались под этим именем, но ничто более не указывает на производителя - нет ни наклейки на дне, ни боковой надписи, ни обозначения на фотографиях товара в магазине.

Более того, в интернете я натыкался и на другие фотографии ещё двух корпусов SolarStorm. Во-первых, это нечто с именем BC-01:

SolarStorm BC-01

Подозрительно похоже на Pannovo B-C04.

А также некий "SolarStorm Upgraded" или SolarStorm BC-2:

SolarStorm BC-2

Подозрительно похоже на Pannovo B-C18. Отличительной особенностью здесь является одинарный вертикальный паз на боковой стенке - против двойного паза у ghtFi и его ребрендов.

Слева - одинарный вертикальный паз у Pannovo / NiteFire,
справа: двойные вертикальные пазы у ghtFi / UltraFire / SolarStorm.

Я не имею в наличии двух дополнительно указанных моделей SolarStorm и не могу протестировать их. Но если они действительно являются ребрендом корпусов Pannovo, то можно ожидать отсутствие указанной проблемы с размером.

Вадим Стеркин, судя по всему, купил SolarStorm BC-2. Хотя на сайте не указано ни название, ни производитель (корпус продаётся как noname model KBT001734), но по фотографиям и нижней наклейке корпус опознать можно (смутно угадывается). Надеюсь, Вадим поделится с нами своим опытом использования.