Аккумуляторы. Справочник
Шрифт:
Никель-кадмиевые батареи имеют малое внутреннее сопротивление и умеренный саморазряд.
1.1.2. Никель-металлогидридный (Ni-MH)
Аккумуляторы никель-металлогидридного типа (Ni-MH) изначально предназначались для замены никель-кадмиевых батарей. Первые значимые результаты и разработки по этой теме появились только в 80-х годах XX века. В настоящее время аккумуляторы этого типа почти полностью заменили никель-кадмиевые и являются одним из самых распространенных видов аккумуляторов. По сравнению с никель-кадмиевыми, они имеют почти на 40 % большую энергетическую плотность, что позволяет значительно уменьшить размеры и вес батареи. Кроме того, эти аккумуляторы не содержат кадмий, и потому
Однако некоторые параметры еще оставляют желать лучшего. Так, ресурс их составляет всего 500 циклов разряда и заряда, к тому же саморазряд порой доходит до 10 % за сутки и до 30 % в месяц. Да и время заряда больше почти в два раза. Относительно большая цена тоже один из недостатков этих батарей. Новые никель-метал-логидридные аккумуляторы Sanyo Eneloop, созданные по технологии LSD (2006), практически нивелировали проблему саморазряда в этих аккумуляторах.
АКБ выдерживают до 1500 циклов заряда разряда, могут работать в условиях больших нагрузок, и саморазряд у них 15 % заметен через год хранения, а через 3 года хранения они разряжаются всего на 25 %.
В свое время казалось, что это весьма перспективные АКБ, но их шумно разрекламированные преимущества на деле не оправдали ожиданий потребителей из-за небольшого срока службы.
Отличительные преимущества современных Ni-MH батарей следующие:
• емкость примерно на 30 % больше емкости Ni-Cd батарей при тех же габаритах;
• они меньше склонны к эффекту памяти, чем Ni-Cd батареи (периодические циклы восстановления нужно выполнять реже);
• низкая токсичность (Ni-MH технология считается экологически чистой).
Недостатки Ni-MH батарей и аккумуляторов
К сожалению, Ni-MH батареи имеют свои недостатки. По сравнению с Ni-Cd батареями, у них меньший срок службы – около 500 циклов «заряда/разряда», более быстрый саморазряд (в 1,5–2 раза) и более высокая цена. Никель-гидридные (Nickel-Metal Hydride, Ni-MH) аккумуляторы считаются работоспособными до температуры окружающей среды —20 °C.
Под малой нагрузкой они способны обеспечить до 90 % от своей емкости при комнатной температуре (25 °C), однако под большой нагрузкой при этой же температуре стоит рассчитывать всего лишь на 40 % емкости. При температурах порядка 0 °C и малых токах разряда эти аккумуляторы обеспечивают порядка 95 % от своей емкости при комнатной температуре и около 90 % при больших токах.
Несмотря на значительное снижение емкости под большой нагрузкой при низких температурах, эти аккумуляторы рекомендованы при отрицательных температурах (до —3 °C) при малых токах разряда.
Потерю заряда вызывает и их старение. У изношенной батареи пластины электродов разбухают и начинают слипаться друг с другом, что приводит к повышению тока саморазряда. Укрупнение кристаллических образований в NiCd-батареях на основе никеля происходит в основном из-за слишком долгого нахождения ее в зарядном устройстве и многократного заряда без периодического полного разряда.
Разукрупнить кристаллические образования позволяет проведение такой процедуры, как тренировка, которую достаточно проводить один раз в 30–60 дней.
1.1.3. Литиевые аккумуляторы
Литиевые (Li-Metal) аккумуляторы имеют напряжение элемента 3 В и специфицируются для использования при температурах окружающей среды до —30 °C. Их рекламируют к применению (как имеющих наиболее высокую плотность энергии при комнатной температуре по сравнению с любыми другими типами аккумуляторов), однако это преимущество постепенно «сходит на нет» при понижении температуры.
При температуре около 0 °C емкость этих батарей падает примерно до 70 % от их емкости при комнатной температуре, при – 20 °C – до 55 %, а при – 30 °C можно рассчитывать примерно на 40 % емкости. Эти аккумуляторы
до сих пор считаются не безопасными при разгерметизации, и производители продолжают работать над их усовершенствованием.Ввиду специальных требований к режиму заряда и по соображениям безопасности все выпускаемые типы литиевых аккумуляторов доступны только в виде законченных батарей для определенных типов аппаратуры, в которые встроены предохранительные устройства и, зачастую, контроллеры заряда.
1.1.4. Литий-ионные (Li-Ion) АКБ
Разработка этих аккумуляторов началась в далеком 1912 году. Несмотря на это, на прилавках магазинов первые батареи этого типа появились в только в 70-х годах. Спустя 10 лет была предпринята попытка создать перезаряжаемую батарею, однако тогда это оказалось невозможным в связи с высокой опасностью при работе данных аккумуляторов.
В 1991 году от вполне реальных микровзрывов мобильных телефонов с литиевыми батареями пострадало несколько человек. Именно потому самые первые партии этих батарей, которые выпустили на рынок Японии, пришлось срочно отзывать из продажи. В связи с нестабильностью лития, разработчики направили свое внимание на неметаллические литиевые батареи, в которых использовались ионы лития. В очень короткие сроки, в течение того же 1991 года, на рынок были выпущены первые образцы литий-ионных аккумуляторов. Эти батареи имеют встроенную систему управления, которая позволяет ограничить напряжение и ток при работе батареи. Применение системы управления позволило обеспечить безопасность и долговечность аккумулятора, а также взять под контроль температуру батареи.
По состоянию на 2012 год технология изготовления литий-ионных батарей постоянно совершенствуется, так как применение аккумуляторов этого типа наиболее перспективно. Даже несмотря на довольно большую цену, преимуществ в использовании этих батарей столько, что они легко компенсируют затраченные средства.
Кроме того, литий-ионные батареи завоевывали позиции на рынке устройств мобильной связи. Это обусловлено такими их преимуществами, как:
• высокая плотность электрической энергии (вдвое большая, чем у Ni-Cd батареи того же размера, а значит, и вдвое меньшие габариты при той же емкости);
• медленный саморазряд («2–5 % в месяц плюс «3 % на питание встроенной электронной схемы защиты);
• отсутствие каких-либо требований к обслуживанию, за исключением требования длительного хранения в заряженном состоянии.
Но есть и недостатки: батареи некоторых производителей работают только при положительных температурах, все батареи дороги и подвержены процессу старения, даже если они не используются. Уменьшение емкости наблюдается примерно после одного года. После 2 лет хранения батарея часто становится неисправной. Поэтому не рекомендуется хранить Li-Ion аккумуляторы в течение длительного времени – нужно использовать их, пока они новые.
Li-Ion батареи повреждаются при заряде в «чужих» зарядных устройствах, а также при хранении в разряженном состоянии. Уменьшение емкости Li-Ion батарей необратимо, так как используемые в них токсичные материалы рассчитаны на работу только в течение определенного времени (к концу срока службы батареи токсичность применяемых в них веществ снижается).
Достоинства Li-Ion аккумуляторов
Прежде всего, это относительно большая емкость данных батарей, которая превышает емкость никелевых аккумуляторов на 20–30 %. Величина суточного саморазряда составляет не более 1 %, а в месяц не превышает 10 % (и это с расходом электроэнергии на питание встроенной системы управления). Большим достоинством является то, что Li-Ion батареи абсолютно не требуют обслуживания, так как в данном случае отсутствует эффект памяти. В результате есть возможность выполнять подзарядку батарей в любое удобное время, и совсем не обязательно ждать полной разрядки. Что касается долговечности, то здесь она тоже на высоком уровне и составляет около 1000 циклов разряда-заряда.