Типы и характеристики аккумуляторных батарей

Типы, сравнения, характеристики аккумуляторных батарей

Сравнение типов, преимущества, недостатки.

Наиболее распространенные типы на данный момент это:

  • Литий-ионные, подразделяющиеся еще на несколько подгрупп(см.таблицу)
  • Никель-цинковые
  • Алкалиновые(щелочные)
  • Никель-метал-гидридные
  • Никель-кадмиевые
  • Свинцово-кислотные
  • Литий полимерные

Таблица в конце статьи содержит информацию о том, какой аккумулятор лучше в той или иной ситуации применять.
Принятые сокращения в таблице:

1.Тип – тип аккумулятора

2.Напряжение – номинальное напряжение одного элемента, вольт

3.Вт*ч/кг – удельная плотность энергии

4.Темп. – температура эксплуатации, в °C

5.Ток Опт./Пик.* – Ток, оптимальный и пиковый для данного типа аккумулятора

6.Сопротивление – внутреннее сопротивление аккумулятора, чем меньше сопротивление, тем больший ток он может отдать

7.Ресурс – количество циклов заряд-разряд, до снижения ёмкости на 20%

8.Саморазряд – саморазряд за месяц, при температуре +20..+25 градусов цельсия

9.Перезаряд – стойкость к перезарядке

10.Время быстрой зарядки

11.Эффект памяти**  – эффект, когда не полностью разряженный аккумулятор, заряжается не на всю свою полную емкость, а на меньшую емкость, исходя из оставшегося заряда, т.е. аккумулятор разряженный до 40% – зарядится только на 60% своей ёмкости т.к. в аккумуляторе еще оставался заряд.

12.Год – год начала использования для коммерции

*Что такое 1C?

1C – это ток, зависимый от емкости аккумулятора, 100% емкость = 1C

Например, если емкость 3400mAh, то, следовательно 1C = 3,4 Ампера

**-Для устранения эффекта памяти зарядное устройство должно разрядить батарею , если батарея не была разряжена полностью.

**-Литиевые аккумуляторы также подвержены эффекту памяти, но этот эффект очень незначительный

 

 

Каким образом заряжают аккумуляторы:

  • Литиевые

Литиевые батареи заряжаются с использованием профиля CCCV (или  CC,CV).

CCCV – это аббревиатура от Constant Current Constant Voltage т.е. постоянный ток, постоянное напряжение.

Такие батареи не принимают заряд при отрицательных температурах.

Если элемент глубоко разряжен и его напряжение  ниже 2.8 вольт то его нельзя сразу же заряжать номинальным током(>0.1С), это сократит срок его службы, необходимо в начале зарядить малым током до определенного минимального напряжения – 3 вольта.

Далее один элемент должен заряжаться постоянным номинальным током 1C, напряжение батареи при этом будет  нарастать, как только напряжение элемента достигнет 4.2 вольт это значит что заряд достиг 70-ти %.

Затем к аккумулятору прилагается постоянное напряжение в 4.2 вольта, а сила зарядного тока  должна уменьшаться – от максимума до минимального значения – ~3% от номинального тока текущей зарядки.Когда сила тока уменьшается до минимального  значения это значит, что заряд окончен.


 

  • Никель-металлогидридные и никель-кадмиевые(одинаковый принцип зарядки)

Зарядка никель-металл-гидридных батарей осуществляется постоянным или импульсным током до появления напряжения на элементе до 1.4-1.6 вольт.

Для определения времени зарядки используется формула

 t=1.3*(ёмкость аккумулятора/ток заряда);

  • Ток капельной зарядки – 0.1C

При капельной зарядке идет постоянная подзарядка аккумулятора малым током без

контроля окончания зарядки, что снижает ресурс батареи, при этом от такого малого тока батарея не может сильно нагреться

Окончание капельной зарядки определяется по времени(Смотрите формулу)

  • Ток быстрой зарядки – 0.3C
  • Ток ускоренной зарядки – 0.75C – 1С

Признаки окончания зарядки:

-При полностью заряженном элементе напряжение на нем начинает падать(проявляется только на больших токах зарядки 0,5C – 1C) – этим можно определить окончание зарядки.

-Окончание зарядки по повышению температуры при большом зарядном токе, прилагаемая энергия от ЗУ будет преобразовываться в тепло, что резко повысит температуру и это будет свидетельствовать о завершении зарядки.

-Скорость роста напряжения будет минимальной по окончанию зарядки,для этого метода требуется измерение напряжение с высокой точностью, зарядное устройство прекратит зарядку и температура аккумулятора не успеет подняться.

 


  • Свинцово-кислотные

Свинцово-кислотные батареи заряжают током в 10% от емкости батареи по методу IU в два этапа:

1 .Заряд постоянным стабилизированным током в 10% от емкости, до достижения напряжения одной банки 2,35-2,4 вольта

Для нескольких ячеек:

Напряжение= (2,35-2,40)*число банок в аккумуляторной батарее.

2.Заряд постоянным стабилизированном напряжением(для шести банок – 14,1 -14,4 вольт), в это время  ток потребления должен постепенно снижается до такого количества, которое равно саморазряду аккумулятора и затем оставаться неизменным, неизменность потребляемого тока является признаком окончания зарядки.

Также есть ускоренный заряд повышенным током, но такой метод снижает ресурс батареи.

86% емкости автомобильной свинцово-кислотной батареи приходится на напряжение >=12 вольт, поэтому нет смысла разряжать её ниже 12-ти вольт.

 

Емкость, масимальная, разных типов аккумуляторных батарей:

(На китайских интернет-магазинах продаются аккумуляторы с запредельной емкостью, к примеру на 9800 миллиАмпер часов, на самом деле емкость таких аккумуляторов составляет 900 мА или ниже, вплоть до 200 мАч, или чуть выше 900 мАч.)

Максимальная ёмкость одного элемента литий-ионного аккумулятора 18650 – 3400 mAh.

Максимальная ёмкость одного элемента типа AA никель-металл-гидридного аккумулятора – 2600 mAh.

 

 

Таблица характеристик разных типов аккумуляторов:
 
 Тип Напряжение

Мин./Ном./Макс.

Вт*ч/кг Темп.

°C

Ток

Опт./Пик.

Сопр.

мОм,

Ресурс,

циклов

Саморазр.

%

в месяц

Пере-заряд,

устой-чивость

Время

быстрой

зарядки

Эффект

памяти

Год

начала

использ.

NiCd Никель-кадмиевый 1.0/1.2/1.37 30 -50..+40 1C/20C 100-200

при 6В

500 20% Средняя

 

 1 час Да  1960
NiMh

LSD NiMh

 Никель-металл-гидридный  1.0/1.2/1.4

Разряд ниже 1-го вольта испортит батарею

 100

LSD

NiMh:

95

 -40..+55

LSD NiMh устойчив к морозу – потеря мощности <12% при – 20°C

 0.5C/5C  0.02 Ом

один элемент типа AA

 300-800

LSD NiMh:

500-1500

 30%

LSD NiMh:

0.4%-1.25%

 Низкая

 

 2-4 часа Да  1990

LSD NiMh – с 2005

Lead Acid  Свинцово-кислотный  1.75/2/2.13  30-40  -30..+45  0.2C/5C  <100 при 12В  200-350  3-20%  Высокая,  8-16 часов Нет  1881
Li-Ion:

LiCoO2/ICR/LCO/

Li-cobalt

Кобальтат лития


LiMn2O4/IMR/

LMO/Li-manganese

Литий-марганцевая шпинель


LiNiCoAlO2/NCA/

Li-aluminum.

Используется в аккумуляторах мобильных телефонов.

NCR/NNP/

Nickel oxide

based New – термин Panasonic

Оксид Литий-никель-кобальта алюминия


LiNiMnCoO2/INR/

NMC

Оксид Литий-никель-марганец-кобальта


LiNiCoO2/NCO

 

 Литий-ионный ICR-2.5/3.7/4.2

IMR-2.5/3.9/4.2

NCA- 3.0/3.6/4.3

INR-2.5/3.6/4.2

Не рекомендуется разряжать литиевые батареи до конца

 

ICR – 195

IMR- 150

NCA-220

INR-205

 -10..+60  1C/>=2C  150-260

при 7.2В

ICR:500-

1000

IMR:300-700

NCA:1000-

1500

INR:1000-2000

 2%  Очень

низкая

 

 1-4

часа

Нет ICR – 1991

IMR- 1999

NCA-1999

INR-2008

Li-Pol  Литий-полимерный  3.2/3.7/4.2  100-265  0..+60  1C/>=2C  200-300 при

7.2В

 800-900  ~10%  Низкая

 

 2-4 часа Нет  –
LiFePO4
LFP/IFR/Li-phosphate
 Литий-железо-фосфатный  2/3.2/3.65  90-130  -30..+60  1C-10C/20C-50C  12  1000-2000  3-5%  Низкая

 

 15 минут(4C) Нет  1996

Развитие – с 2003 года

Rechargeable Alkaline Manganese

(RAM)

 Щелочная

перезаря-

жаемая батарея

 0.9/1.57/1.6  –  0..+65  0.2C/0.5C  0.15 Ом – элемент типа AA

200-2000 мОм при 6В

 25(

до  сниж.

емк-ти на

50%)

-100

 

 0.3%  Средняя  2-3 часа
Ni-Zn Никель-

цинковый

 0.9/1.65/1.85  60  -30..+40  –  – 100

до сниж.

емк-ти на

50%

 –  –  –  2009
LiTiO, Li4Ti5O12,

LTO

Титанат Лития

 

Литий-титанатный 1.9/2.15/2.4

Toshiba SCiB – 1.5/2.3/2.7V

30-110 -30..+55 3000-10000

Toshiba SCiB – до 15000

2-5% 6 минут

Безопасна зарядка током в 10C