Ghép pin 18650 nối tiếp, song song (2S, 3S, 2P): tính điện áp, dung lượng, chọn khay pin và bảo vệ

Cách ghép pin 18650 nối tiếp, song song: tính điện áp, dung lượng, Wh và thời gian dùng, đọc ký hiệu 2S 3S 2P, chọn khay pin, kiểm tra cân bằng trước khi ghép và cách sạc, bảo vệ.

Pin 18650 là loại pin Li-ion hình trụ dùng nhiều nhất cho thiết bị tự làm: một cell cấp nguồn cho ESP32 cả ngày, vài cell ghép lại chạy được động cơ 12 V, loa, đèn. Muốn có điện áp cao hơn thì nối tiếp, muốn dùng lâu hơn thì nối song song. Bài này giải thích cách tính điện áp, dung lượng, năng lượng của khối pin, đọc ký hiệu 2S, 3S, 2P, chọn khay pin phù hợp và những điều phải kiểm tra trước khi ghép để khối pin dùng bền, an toàn.

1. Pin 18650 là gì

Tên 18650 là kích thước: đường kính 18 mm, dài 65 mm. Các thông số cần nhớ của một cell Li-ion 18650:

• Điện áp danh định 3,6–3,7 V (mức trung bình khi dùng).
• Điện áp khi đầy 4,2 V. Không sạc quá mức này.
• Điện áp cạn: dừng dùng ở khoảng 3,0 V; xả dưới khoảng 2,5 V làm cell hỏng dần.
• Dung lượng thường 2000–3500 mAh với cell thật. Cell ghi 6000–9900 mAh là con số không đúng; đường kính 18 mm không chứa được dung lượng đó.
• Dòng xả tùy loại: cell dung lượng cao thường xả 5–10 A, cell chuyên dòng cao xả 15–30 A với dung lượng thấp hơn. Xem thông số của đúng mã cell.

Có hai kiểu đầu dương: đầu lồi (có núm) và đầu bằng. Cell có mạch bảo vệ gắn ở đáy dài hơn 65 mm vài milimét, có khay không lắp vừa. Khi mua khay, đối chiếu chiều dài cell đang dùng.

2. Nối tiếp và song song

• Nối tiếp (S, series): cực dương cell này nối cực âm cell kế tiếp. Điện áp cộng lại, dung lượng giữ nguyên. Ba cell nối tiếp gọi là 3S: 11,1 V danh định, 12,6 V khi đầy.
• Song song (P, parallel): các cực dương nối chung, các cực âm nối chung. Điện áp giữ nguyên, dung lượng và khả năng chịu dòng cộng lại. Hai cell song song gọi là 2P.
• Kết hợp nSmP: n cell nối tiếp, mỗi vị trí gồm m cell song song. Ví dụ 3S2P là 6 cell: điện áp như 3S, dung lượng gấp đôi.

Năng lượng của khối pin tính bằng Wh: điện áp danh định × dung lượng (Ah). Cùng một số cell thì năng lượng như nhau, cách ghép chỉ quyết định điện áp và dòng điện.

3. Tính thời gian dùng

Thời gian dùng ≈ năng lượng khối pin (Wh) × hiệu suất mạch nguồn ÷ công suất thiết bị (W). Ví dụ:

• Thiết bị ESP32 dùng trung bình 0,5 W (khoảng 100 mA ở 5 V), cấp từ một cell 2500 mAh (9,25 Wh) qua mạch tăng áp hiệu suất 85 %: 9,25 × 0,85 ÷ 0,5 ≈ 15,7 giờ.
• Cùng thiết bị, dùng khối 1S2P (18,5 Wh): khoảng 31 giờ.
• Động cơ 12 V tiêu thụ 6 W, dùng khối 3S1P (27,75 Wh), cấp trực tiếp: 27,75 ÷ 6 ≈ 4,6 giờ (thực tế ít hơn vì không xả cạn hoàn toàn).

Thiết bị cần 5 V hay 3,3 V thì chọn 1S (hoặc 1S2P) kèm mạch tăng áp, hạ áp; thiết bị cần 12 V thì chọn 3S. Chọn cấu hình theo điện áp thiết bị cần trước, rồi mới thêm nhánh song song để đủ thời gian dùng.

4. Chọn khay pin

Trong tên phân loại của shop, "1P, 2P, 3P, 4P" là số khe của khay (1 đến 4 cell), không phải số nhánh song song. Trước khi lắp pin, dùng đồng hồ vạn năng đo thông mạch giữa các tiếp điểm để biết khay đã nối tiếp sẵn các khe hay mỗi khe là riêng, rồi mới quyết định cách nối.

Khay lò xo hợp với dòng vừa phải (vài ampe). Tải dòng lớn hơn (động cơ mạnh, xe điện nhỏ) nên dùng khối pin hàn điểm bằng lá kẽm niken.

5. Kiểm tra trước khi ghép

1. Đo từng cell. Các cell ghép chung phải cùng loại, cùng dung lượng, cùng độ cũ. Điện áp chênh nhau không quá 0,05 V.
2. Cân bằng trước khi ghép. Cell cao hơn thì để thiết bị dùng bớt, cell thấp hơn thì sạc riêng cho bằng. Nhất là khi nối song song: hai cell lệch áp nhiều nối vào nhau sẽ có dòng lớn chạy từ cell cao sang cell thấp.
3. Kiểm tra khay như mục 4.
4. Lắp đúng cực. Đầu dương của cell vào phía có dấu +; đầu lò xo trong khay là cực âm.
5. Đo tổng. Khối nối tiếp phải bằng tổng điện áp các cell; khối song song bằng điện áp một cell. Sai thì có cell lắp ngược.

Không hàn mỏ hàn trực tiếp lên thân cell. Nhiệt của mỏ hàn truyền vào cell, làm hỏng lớp cách điện và các bộ phận an toàn bên trong. Dùng khay pin, hoặc nhờ nơi có máy hàn điểm ghép bằng lá kẽm niken.

6. Sạc và bảo vệ khối pin

• 1S và 1S nhiều nhánh song song: dùng mạch sạc 1S 4,2 V, ví dụ jack Type-C tích hợp mạch sạc pin 1S hoặc module pin 18650 có mạch sạc và tăng áp ra 5 V.
• 2S, 3S, 4S: dùng mạch sạc đúng số cell (8,4 V, 12,6 V, 16,8 V), kèm mạch bảo vệ BMS đúng số cell để theo dõi từng cell. Mạch sạc tăng áp từ cổng Type-C 5 V cho khối 2S, 3S, 4S được trình bày trong bài riêng cùng loạt bài này.
• Đặt cầu chì ở dây dương ra tải.
• Không sạc ở nhiệt độ dưới 0 °C, không sạc pin phồng hay móp.

7. Lỗi thường gặp

8. Xem thêm

• Sản phẩm: khay pin 18650 1 đến 4 khe, loại A, B, C, mạch sạc pin 2S, 3S, 4S cổng Type-C, module pin 18650 ra 5 V, 3,3 V, jack Type-C tích hợp mạch sạc pin 1S.
• Công suất và dung lượng pin: W, mAh, Wh tính thế nào.
• Mạch nối tiếp, song song, định luật Kirchhoff.
• Cấp nguồn ESP32 bằng pin 18650 sạc qua jack Type-C và đo điện áp pin 18650 bằng ESP32.

Cần tư vấn chọn khay, mạch sạc cho khối pin của bạn, liên hệ PYWORLD qua số 0915703319.