Как правильно выбрать Li-ion аккумуляторную батарею
Литий-ионная батарея – это накопитель энергии и автономный источник питания, состоящий из нескольких Li-ion аккумуляторов и BMS платы. Аккумуляторы используются разные: цилиндрические «банки», «призматики», «пакеты» всевозможных размеров. Из стандартных типоразмеров наиболее распространены цилиндрические элементы питания 18650 и 21700. Каждая батарея собирается из полностью идентичных элементов – одного форм-фактора, бренда, серии, с абсолютно одинаковыми характеристиками.
Количество аккумуляторов в сборке зависит от требуемой емкости и напряжения. Для получения необходимой емкости и увеличения разрядных токов элементы соединяют параллельно, а для суммирования напряжения – последовательно. Возможности использования Li-ion батарей практически не ограничены и охватывают все сферы – от применения в быту, строительстве, транспортной сфере и промышленности до авиационной и космической отрасли.
В частности, литий-ионные АКБ используют для автономного питания электротранспорта, медтехники, портативных электроинструментов и приборов, лодочных моторов, складской техники и других видов энергозависимого оборудования. Такие батареи входят в состав ИБП и автономных передвижных источников питания, используются при реализации инновационных стартапов и выручают во многих жизненных ситуациях.
Параметры выбора литий-ионных батарей
При выборе Li-ion батареи учитываются:
- Необходимое напряжение. Этот параметр зависит от рабочего напряжения потенциального потребителя энергии. Чтобы узнать, какое напряжение должно быть у требуемой аккумуляторной батареи, поищите информацию внутри посадочного места на оборудовании/электротранспорте/приборе или в прилагаемой к нему спецификации.
Емкость, необходимая для питания конкретного потребителя. Она также должна быть указана внутри посадочного места АКБ или в спецификации, прилагаемой к потенциальному потребителю энергии.- Габариты посадочного места – определяются замером и используются для корректировки емкости батареи, которая может вместиться в аккумуляторный отсек.
- Потенциальная нагрузка – оценивается с учетом предыдущих параметров и влияет на выбор аккумуляторов, из которых будет производиться сборка батареи. Мощность или энерговооруженность батареи в Вт·ч – это произведение напряжения и емкости. От нее зависит, как долго батарея на 1 заряде сможет питать оборудование конкретной мощности. Также важны допустимые значения тока разряда. Чтобы рассчитать энергопотребление оборудования, нужно разделить его мощность на рабочее напряжение.
- Особенности эксплуатации – температурный режим, является ли аккумуляторная батарея частью балласта, при каких нагрузках она будет применяться и т.д. Для использования на морозе лучше всего подходят аккумуляторы типа LiFePO4 и LTO. Для питания мощных потребителей, таких как портативные шуруповерты или моторы на персональном электротранспорте, нужны АКБ из высокотоковых элементов. Благодаря малому внутреннему сопротивлению они обеспечивают стабильно высокую токоотдачу и не греются при интенсивных нагрузках.
Виды Li-ion аккумуляторов
В вопросе, как правильно выбрать литий ионную АКБ, существенную роль играет технология изготовления элементов питания. В зависимости от используемых материалов катода и анода, Li-ion аккумуляторы бывают разных подвидов и имеют различия в характеристиках.
Например, преобладание в составе кобальта значительно увеличивает емкость, но ускоряет «старение» аккумуляторов. При добавлении в состав марганца возрастает устойчивость элементов питания к токовым нагрузкам, а сочетание в катоде никеля, марганца и кобальта позволяет компенсировать отдельные недостатки этих металлов и в полной мере использовать их преимущества.
В таблице приведены часто встречающиеся виды Li-ion аккумуляторов, их характеристики, плюсы и минусы:
|
Тип |
Параметры |
Преимущества |
Слабые стороны |
|
На основе литий-кобальта, LCO, ICR, LiCoO2 |
Напряжение 3,6 В (номинал), рабочий промежуток 3–4,2 В на элемент. Удельный запас энергии 150–240 Вт·ч/кг. Нагрузки по току – до 1С. |
Благодаря хорошему запасу энергии отлично подходят для смартфонов, ноутбуков, планшетов, цифровых камер, фотоаппаратов. |
Небольшой ресурс (500–1000 циклов), проблемы с термической стабильностью, невысокие разрядные токи. |
|
На основе литий-марганца, LNO, LMO, IMR, LiMn2O4 |
Вольтаж 3,7 В, работают в диапазоне 3–4,2 В на элемент. Запас энергии 100–150 Вт·ч/кг. Токоотдача – до 10С, импульсами – до 50С. |
Минимальное внутреннее сопротивление, солидная мощность, способность выдавать в нагрузку большие токи, термическая стабильность. Актуальность для мощных электроинструментов, медтехники, электротранспорта. |
Умеренная емкость, небольшой ресурс (300–500 циклов). |
|
На основе литий-никель-марганец-кобальт-оксида, NMC, INR, LiNiMnCoO2 |
Вольтаж 3,6–3,7 В, работают в промежутке 3–4,2 В. Удельная емкость 150–220 Вт·ч/кг. Токоотдача – 1С–2С, ресурс – 1000–2000 циклов. |
Оптимальное соотношение емкостно-мощностных параметров и ресурса. Универсальность. Минимальное внутреннее сопротивление, хорошая производительность, высокая токоотдача. Актуальность для мощной техники, электротранспорта, промышленного и медицинского оборудования. Большой выбор моделей, оптимизированных с акцентом на емкость или мощность. |
Не выявлены |
|
На основе литий-железо-фосфата, LFP, IFR, LiFePO4 |
В номинале 3,2–3,3 В, при работе 2,5–3,65 В. Запас энергии 90–120 Вт·ч/кг. Токоотдача – до 25С, ресурс – ˃2000 циклов. |
Минимальное внутреннее сопротивление, отличная токоотдача, устойчивая химическая структура, термическая стабильность, долговечность, выносливость, максимальная безопасность (не возгораются даже при прокалывании), устойчивость к глубоким разрядам и перезарядам. Сохранение работоспособности даже на морозе и в жару – от −30 до +60 C.. |
Меньшая энергоемкость и больший саморазряд, по сравнению с предыдущими типами. |
|
На основе литий-никель-кобальт-алюминий-оксида, NCA, NCR, LiNiCoAlO2 |
Вольтаж 3,6 В, работают в диапазоне 3–4,2 В на элемент. Запас энергии 200–260 Вт·ч/кг. Токоотдача – 1С. |
Солидная емкость. |
Цена, безопасность, скромный ресурс (до 500 циклов). |
|
Литий-титанатные, LTO, Li4Ti5O12 |
В номинале 2,4 В, работают при 1,8–2,75 В на элемент. Запас энергии 70–80 Вт·ч/кг. Токоотдача – до 10С, импульсно – до 30С. Служат 3000–7000 циклов и дольше. |
Быстрая зарядка, большие токи разряда, огромный ресурс, солидная производительность, безопасность, морозостойкость – при -30 °С сохраняется 80% емкости. Диапазон рабочих температур от −40 до +60 C. Подходят для систем аккумулирования энергии, ИБП, приборов уличного освещения с солнечными панелями, автономного питания электромоторов. |
Цена, емкость на единицу массы. |
Выводы
В вопросе, как правильно выбрать Li-ion батарею, нужно учесть необходимые технические характеристики АКБ и условия ее использования. Подходящую модель можно купить или собрать на заказ из аккумуляторов подходящего вам подвида, четко под заданные параметры. Компания VirtusTec проектирует и производит Li-ion батареи с 2015 года. Также мы предлагаем зарядные устройства и отдельные комплектующие для самостоятельной сборки АКБ под ваши задачи.
В предыдущей статье мы подробно рассказали о проектировании литий-ионных АКБ на заказ.
