Сравнительная таблица вторичных батарей
- Категория: Поддержка по аккумуляторным батареям
- Опубликовано 02.03.2016 05:14
- Автор: Abramova Olesya
Перезаряжаемые электрические батареи (аккумуляторные) играют важную роль в нашей жизни и многие повседневные дела были бы немыслимы без возможности подзарядки батареи. По мере развития технологий, все большее количество устройств оснащается аккумуляторами. Требования к современному аккумулятору включают в себя хороший показатель времени автономной работы, небольшую стоимость, долгий срок службы, достойные нагрузочные возможности, безопасность эксплуатации, простоту хранения и утилизации.
Наиболее распространенными аккумуляторными батареями являются свинцово-кислотные, никель-кадмиевые, никель-металл-гидридные и литий-ионные.
-
Свинцово-кислотные. Это самая старая электрохимическая система для перезаряжаемых батарей. Свинцово-кислотные батареи надежные, неприхотливые и экономичные, из недостатков – низкая удельная энергоемкость и ограниченный цикл жизни. Они используются для обеспечения движения инвалидных колясок и гольф-каров, для аварийного освещения и в качестве резервных источников питания, а также являются незаменимыми в качестве стартерных аккумуляторов для автомобилей. В связи с тем, что свинец является токсичным, эти аккумуляторы не могут быть утилизированы на обычной свалке.
-
Никель-кадмиевые. Проверенные временем никель-кадмиевые аккумуляторы используются там, где необходима долговечность, высокий ток разряда и стойкость к экстремальной температуре. NiCd батареи являются одними из самых стойких и долговечных, это единственная электрохимическая система, которая позволяет сверхбыструю зарядку с минимальным стрессом для батареи. Основные области применения: электроинструмент, медицинские приборы, источники питания для авиатранспорта. Из-за экологических проблем (кадмий очень токсичен) никель-кадмиевые аккумуляторы постепенно уступают свои роли другим электрохимическим системам.
-
Никель-металл-гидридные. Разработанный как замена неэкологичному NiCd аккумулятору, NiMH имеет в своем составе только умеренно токсичные металлы и обеспечивает более высокую удельную энергоемкость. NiMH аккумуляторы используются в медицинском оборудовании, гибридных силовых установках и промышленном оборудовании. Также выпускаются в типоразмерах АА и ААА для потребительского использования.
-
Литий-ионные. Будучи наиболее перспективной электрохимической системой, литий-ионная уже заменяет свинцово-кислотную и никель-кадмиевую во многих областях. Имея более чувствительную конструкцию, литий-ионные батареи нуждаются в дополнительных элементах безопасности. Они дороже, чем большинство других аккумуляторов, но большое количество циклов заряда/разряда и низкие эксплуатационные расходы дают неоспоримое преимущество в сфере перезаряжаемых источников питания.
Исследования в области вторичных электрических батарей не стоят на месте. Например, для тех же свинцово-кислотных аккумуляторов еще в 1970-х годах была разработана технология AGM (Absorbent Glass Mat), а в наше время они совершенствуется путем добавления углерода, что позволяет аккумулятору быстрее заряжаться и увеличивает срок его службы. Свинцово-кислотным батареям прогнозируют рост на рынке, но позиции литий-ионных батарей несмотря на это незыблемы. (Смотрите также: Типы литий-ионных аккумуляторов (Li-ion))
Standard Range AGM | Deep Cycle Range AGM | Gellyte Range GEL |
10 - 12 лет / 600 циклов | 10 - 12 лет / 700 циклов | 10 - 12 лет / 750 циклов |
универсальная серия AGM | для глубоких разрядов AGM | универсальная серия GEL |
В таблице 1 сравниваются характеристики четырех наиболее часто используемых аккумуляторных систем. Системы именуются по активному материалу, который в большинстве случаев является материалом катода. В литий-ионной системе помимо лития используется кобальт, марганец и фосфат.
В таблице отсутствует популярная литий-полимерная система. Она получила свое название от уникального сепаратора и электролита. После полного цикла разработки и усовершенствования эта система будет иметь большой потенциал.
Также в таблице отсутствуют литий-металлические батареи. Эта технология подлежит дополнительной доработке в связи с образованием дендритов, которые негативно влияют на безопасность батарей. После решения данной проблемы, литий-металлические аккумуляторы обязательно найдут свое применение благодаря необычайно высокой удельной энергоемкости и хорошей удельной мощности. Также на основе лития идут разработки других перспективных электрических батарей.
Стандартизация в изготовлении ячеек для литий-ионных аккумуляторов сделала их дешевыми и доступными. Наиболее распространенным является формат 18650, ячейка диаметром 18 мм и длиной 65 мм. Этот формат предлагает большое разнообразие, высокую удельную энергоемкость, самую низкую цену и наиболее надежный сервис. Более чем 2,5 млрд ячеек формата 18650 были произведены в 2013 году.
Развитие литий-ионной технологии очертило три категории для применения. Все они доступны в формате ячейки 18650. Энергетическая категория, с ячейками высокой емкости, мощностная категория, с ячейками оптимизированными под высокие показатели подключаемой нагрузки, и гибридная категория, которая является компромиссом для вышеперечисленных требований. Также существуют и другие категории, разработанные для широкого диапазона рабочих температур и для устройств с импульсным режимом работы.
AGM Deep Cycle |
GEL Deep Cycle | Литиевые (LiFePO4) |
10 лет / 400 циклов | 10 лет / 500 циклов | 20 лет / 2200 циклов |
универсальное применение | для циклических разрядов | для частых глубоких разрядов |
Спецификации |
Свинцово-кислотная |
NiCd |
NiMH |
Li-ion(1) |
||
Кобальт |
Марганец |
Фосфат |
||||
Удельная энергоемкость |
30-50 |
45-80 |
60-120 |
150-250 |
100-150 |
90-120 |
Внутреннее сопротивление |
Очень низкое |
Очень низкое |
Низкое |
Умеренное |
Низкое |
Очень низкое |
Количество циклов заряда/разряда(2)(с сохранением 80% емкости) |
200-300 |
1000(3) |
300-500(3) |
500-1000 |
500-1000 |
1000-2000 |
Время заряда(4)(часов) |
8-16 |
1-2 |
2-4 |
2-4 |
1-2 |
1-2 |
Стойкость к избыточному перезаряду |
Высокая |
Умеренная |
Низкая |
Низкая. Встроенная защита |
||
Саморазряд в месяц |
5% |
20%(5) |
30%(5) |
<5% Встроенная система защиты потребляет 3% |
||
Напряжение ячейки(номинальное) |
2В |
1.2В |
1.2В(6) |
3.6В(7) |
3.7В(7) |
3.2-3.3В |
Напряжение отсечки при заряде (вольт на ячейку) |
2.40В |
Система обнаружения полного заряда |
Обычно 4.20В Некоторые модели выше |
3.60В |
||
Напряжение отсечки при разряде (вольт на ячейку, 1С) |
1.75В |
1.00В |
2.50-3.00В |
2.50В |
||
Пиковый ток нагрузки (лучший результат) |
5С(8) 0.2С |
20С 1С |
5С 0.5С |
2С <1C |
>30C <10C |
>30C <10C |
Температура при заряде |
от -20° до 50°С |
от 0 до 45°С |
от 0 до 45°С(9) |
|||
Рабочая температура |
от -20° до 50°С |
от -20° до 65°С |
от -20° до 60°С |
|||
Техническое обслуживание |
3-6 месяцев(10) долив воды |
Полный цикл заряда/разряда каждые 90 дней |
Необслуживаемые |
|||
Требования безопасности
|
Термическая стабильность |
Термическая стабильность, предохранитель |
Обязательно наличие системы защиты(11) |
|||
В использовании |
Конец 1800-х |
1950 |
1990 |
1991 |
1996 |
1999 |
Токсичность |
Очень высокая |
Очень высокая |
Низкая |
|||
Стоимость |
Низкая |
Умеренная |
Высокая(12) |
Таблица 1: Характеристики наиболее часто используемых аккумуляторных батарей. Цифры основаны на средних рейтингах коммерческих моделей батарей. Специальные аккумуляторы с повышенными характеристиками в рейтинг не включались.
-
Сочетание кобальта, никеля, марганца и алюминия повышает плотность энергии до 250 Вт/кг.
-
Время жизни аккумулятора основано на глубине разрядов. Отсутствие глубоких разрядов продлевает жизненный цикл.
-
Указанная продолжительность жизни аккумулятора предусматривает регулярное техническое обслуживание, во избежание эффекта “памяти”.
-
Технология сверхбыстрой зарядки разработана специально. (Смотрите также: Быстрые и ультрабыстрые зарядные устройства)
-
Показатель саморазряда имеет самое высокое значение сразу после зарядки. NiCd аккумулятор теряет 10% заряда в течение первых 24 часов, затем теряет по 10% за каждые 30 дней. Высокая температура и большой возраст батареи увеличивают саморазряд.
-
Значение напряжения в 1,25 В является стандартным, но значение в 1,20 В распространено более широко. (Смотрите также: Номинальное напряжение аккумулятора: как избежать путаницы)
-
Производители могут указать более высокое напряжение, ссылаясь на низкое внутреннее сопротивление. Это является маркетинговым ходом.
-
Способны питать импульсное устройство большой мощности, но необходимо время для восстановления между импульсами.
-
Не рекомендуется заряжать литий-ионные аккумуляторы при температуре ниже точки замерзания. (Смотрите также: Зарядка аккумуляторных батарей в условиях низких и высоких температур)
-
Обслуживание заключается в восстановлении плотности электролита путем добавления дистиллированной воды во избежание сульфатизации.
-
Встроенная в литий-ионные аккумуляторы схема защиты отсекает напряжение ниже 2,20 В и выше 4,30 В; для литий-железо-фосфатных могут использоваться другие значения.
-
Литий-ионные аккумуляторы могут стоить дешевле свинцово-кислотных в перерасчете на цикл.