Сравнительная таблица вторичных батарей

Содержание статьи

Сравнение аккумуляторов разных типов
Сравнительная таблица характеристик аккумуляторов
Сравнение Li-ion аккумуляторов разных типов
Выводы

Перезаряжаемые аккумуляторы (вторичные элементы питания) предназначены для циклической работы в режиме разряд-заряд, имеют хорошие показатели автономности и долгий срок службы. Технические характеристики химических источников тока зависят от их размеров и химического состава. На смену свинцово-кислотной технологии постепенно пришли никель-кадмиевые (NiCd), никель-металлгидридные (NiMH), литий-ионные (Li-ion) источники тока.

Сравнение аккумуляторов разных типов

В зависимости от типа химии вторичные батареи имеют определенные особенности и преимущества:

Свинцово-кислотные АКБ – отличаются низкой ценой, надежностью и неприхотливостью, но по циклическому ресурсу и удельной энергоемкости уступают конкурентам. Бывают обслуживаемого и необслуживаемого типа – соответственно, с жидким и гелеобразным электролитом. Используются в роли стартерных автомобильных аккумуляторов, тяговых АКБ для инвалидных колясок и гольфкаров, резервных источников питания. Из-за токсичности свинца требуют особых условий утилизации.
Никель-кадмиевые модели – они долговечны и устойчивы к температурным воздействиям, имеют высокий ток разряда и допускают сверхбыструю зарядку, но при этом обладают выраженным эффектом памяти. Преимущественная сфера использования NiCd элементов – медицинские приборы и электроинструменты. Из-за токсичности кадмия используются такие ХИТ все реже.
Никель-металлгидридные аккумуляторы – вторичные источники тока с хорошими эксплуатационными параметрами. Отличаются меньшей токсичностью и высокой плотностью энергии. Используются в гибридных силовых установках, медицинском и промышленном оборудовании. Производятся массово, в т. ч. в популярных форматах АА и ААА.
Литий-ионные модели – самые современные и высокотехнологичные. Применяются во многих сферах – для оснащения электрического транспорта, приборов, цифровой техники, ИБП. Для защиты от избыточного заряда, критического разряда, перегрева и короткого замыкания оснащаются защитными платами. Выдерживают высокие токовые нагрузки, имеют солидную энергоемкость, стабильное напряжение при разряде, широкий температурный диапазон и большой циклический ресурс – свыше 1000 циклов перезарядки.

Li-ion элементы производятся различной формы – цилиндрические, призматики, пакеты. Наиболее распространенный типоразмер цилиндрических аккумуляторов – 18650.Помимо лития, в таких элементах питания используется марганец, кобальт, фосфат железа. Отличия в составе также влияют на рабочие параметры ХИТ. В частности, литий-железо-фосфатные АКБ более морозоустойчивы, максимально стабильны, безопасны в применении и имеют увеличенный срок службы – более 2000 циклов.

Сравнительная таблица характеристик аккумуляторов

Мы привели в таблице типы аккумуляторов и их ключевые характеристики:

Критерий сравнения	Свинцово-кислотные	NiCd	NiMH	LiCoO2	LiMn2O4	LiFePO4
Годы появления в эксплуатации	Конец 1800-х	1950	1990	1991	1996	1999
Требования к техническому обслуживанию	Измерение уровня электролита и долив воды для профилактики сульфатизации – каждые 3–6 месяцев	Для профилактики эффекта памяти – каждые 90 дней необходим полный цикл разряд-заряд	Необслуживаемые, требуют только своевременной подзарядки
Циклический ресурс – количество циклов перезарядки до момента снижения емкости на 20%	200–300	1000	300–500	500–1000	300–700	1000–2000
Удельная энергоемкость, Вт·ч/кг	30–50	45–80	60–120	150–250	100–150	90–120
Номинальное напряжение	2 В	1,2 В	1,2 В	3,6 В	3,7 В	3,2–3,3 В
Напряжение отсечки при заряде (в расчете на каждый аккумулятор)	2,4 В	Используется система обнаружения 100% заряда	4,2 В, иногда выше	3,6 В
Напряжение отсечки при разряде	1,75 В	1 В	2,5–3 В	2,5 В
Саморазряд за месяц	5%	20%	30%	<5% Встроенная плата защиты потребляет 3%
Внутреннее сопротивление	Ничтожно малое	Ничтожно малое	Малое	Среднее	Малое	Очень малое
Время восполнения заряда	8–16 ч	1–2 ч	2–4 ч	2–4 ч	1–2 ч	1–2 ч
Пиковый ток нагрузки	5С	20С	5С	2С	˃30С	˃30С
Оптимальный ток нагрузки	0,2С	1С	0,5С	<1С	<10С	<10С
Устойчивость к перезаряду	Высокая	Средняя	Низкая	Для недопущения перезаряда используется плата защиты
Температурный диапазон для работы	-20 – +50 °С	-20 – +65 °С	-20 – +65 °С	-20 – +60 °С	-20 – +60 °С	-30 – +60 °С
Допустимые температуры для зарядки	-20 – +50 °С	0–45 °С	0–45 °С	0–45 °С	0–45 °С	0–45 °С
Уровень токсичности	Большой	Большой	Малый	Нетоксичны
Требования безопасности	Термически стабильны, из-за токсичности заряжаются в отдельном проветриваемом помещении	Термически стабильны, имеют предохранитель	Используется плата защиты от перезаряда, глубокого разряда и других критических состояний
Ценовая категория	Низкая	Средняя	Высокая, но в перерасчете на цикл работы – низкая.

Из приведенных в таблице видов аккумуляторов лучшими на данный момент считаются элементы категории Li-ion. Кроме приведенных в таблице вариантов литий-ионных ХИТ, в последние годы получили распространение и изделия других типов – литий-титанат (LTO, Li4Ti5O12), литий-никель-марганец-кобальт-оксид (NMC, LiNiMnCoO2) и др. Сравним характеристики различных версий Li-ion элементов в отдельной таблице.

Сравнение Li-ion аккумуляторов разных типов

Критерий сравнения	LiCoO2	LiMn2O4	NMC	LiFePO4	LiNiCoAlO2	LTO
Номинал напряжения, В	3,6	3,7–3,8	3,6–3,7	3,2–3,3	3,6	2,4
Диапазон рабочих напряжений, В	3–4,2	3–4,2	3–4,2 или выше	2,5–3,65	3–4,2	1,8–2,75
Удельная энерго- емкость, Вт·ч/кг	150–200, иногда до 240	100–150	150–220	90–120	200–260	70–80
С-рейтинг зарядки	0,7–1С	0,7–1С, максимум 3С	0,7–1С	1С	0,5С	1С, до 5С
С-рейтинг разрядки	1С	1С, но есть модели с 10С. Импульсно – до 50С	1С, у ряда моделей 2С	1С, у ряда моделей до 25С	1С	10С, импульсно до 30С
Циклический ресурс	500–1000	300–700	1000–2000	2000	500	3000–7000
Тепловой пробой	При 150 °С	При 250 °С	При 210 °С	При 270 °С	При 150 °С	Самые безопасные АКБ
Типичное применение	Фотоаппараты, цифровые камеры, смартфоны, ноутбуки, планшеты	Медицинское оборудование, электро-инструмент	Электро-транспорт, медицина	Везде, где нужны высокие токи нагрузки	Медицина, силовые агрегаты, техника	ИБП, уличное освещение, силовые агрегаты

Выводы

Аккумуляторные батареи и отдельные элементы питания выбираются в зависимости от необходимых характеристик. Лучшим набором рабочих параметров обладают Li-ion модели, причем они производятся с различным типом химии. Для автономного питания цифровой техники широко используются литий-кобальтовые элементы, характеризующиеся высокой плотностью энергии.

Литий-марганцевые ХИТ термически стабильны, допускают высокие токи заряда и разряда, поэтому успешно используются для питания мощных инструментов, электротранспорта, медицинского оборудования. Комбинация никеля, марганца и кобальта (NMC) обеспечивает Li-ion аккумуляторам отличные рабочие параметры и делает их лучшим выбором для мощных инструментов, персонального электротранспорта и различных силовых агрегатов.

Литий-железо-фосфатные АКБ имеют высокие значения силы тока, малое сопротивление и долгий срок службы. К тому же, они термически и химически стабильны, максимально безопасны в использовании и имеют широкий диапазон температур. Часто LiFePO4 применяются в качестве тяговых батарей для различных видов транспорта, складской техники, катеров, яхт, моторных лодок.

В нашей предыдущей статье рассказывается о BMS платах для электротранспорта.

Статья обновлена: 29 мая 2020 г.

29 мая 2020 г.
1379 просмотров
0 комментариев