الليثيوم أيون مقابل NiMH: ما الفرق بينهما؟ أرسل إلينا مدير مشتريات أحد مصنعي المعدات الأصلية الأوروبيين ذات مرة صورة عبر البريد الإلكتروني جعلتني أشعر بالذهول: صينية من خلايا "AA" بحجم AA من جهاز ميداني - بعضها مكتوب عليه نيمه، بعض ليثيوم أيون-مختلطة كما لو كانت قابلة للتبديل. كان تقرير الفشل صريحًا: إعادة ضبط عشوائية، وخلايا منتفخة، وباب بطارية ذائب. هذا هو الفخ: يمكن أن تبدو متشابهة، ولكنها مختلفة كهربائياً وكيميائياً، ويمكن أن تعني المبادلة الخاطئة أي شيء بدءًا من "لن تعمل" إلى تلف الجهد الزائد أو حادثة سلامة الشحن. قاعدة عامة: اختر ليثيوم أيون لـ طاقة/طاقة عالية لكل وزن عندما يكون الجهاز + الشاحن مصممين لذلك؛ اختر نيمه لـ بدائل 1.2 فولت AA/AAA قوية وفعالة من حيث التكلفة.
بطارية كامادا باور 12 فولت 100 أمبير/ساعة لايف بو 4
المقارنة السريعة بين NiMH والليثيوم أيون
| الميزة | نيمه | ليثيوم أيون (ليثيوم أيون) |
|---|
| الجهد الاسمي | 1.2V لكل خلية | 3.6 فولت/3.7 فولت لكل خلية (نموذجي) |
| كثافة الطاقة | متوسط | عالية |
| التفريغ الذاتي | معتدلة (الأنواع منخفضة التفريغ الذاتي أفضل بكثير) | منخفضة (بشكل عام) |
| تأثير الذاكرة | الحد الأدنى (ليس مثل NiCd القديم) | لا شيء (لكن عمره مختلف) |
| دورة الحياة | ~حوالي 500-2000 دورة (يعتمد بشكل كبير على عمق التفريغ والتحكم في الشحن) | ~حوالي 300-1000+ دورة (تختلف على نطاق واسع حسب الكيمياء وحدود التصميم والملامح الحرارية) |
| التكلفة | أقل مقدمًا | أعلى مقدمًا (بالإضافة إلى تعقيدات الحماية/الشحن) |
إذا كنت تشتري من أجل برنامج، فإن صف الجهد وحده يجب أن يبطئ من سرعتك. 1.2 فولت مقابل 3.7 فولت ليس خطأ في التقريب. إنه نظام مختلف تماماً.
شرح الاختلافات الرئيسية
1. الجهد وكثافة الطاقة (الكبير)
لنبدأ بالجزء الذي يكسر المنتجات بهدوء.
معيار نيمه AA الخلية هي 1.2 فولت اسمي (قد يصل إلى 1.4 فولت تقريبًا بعد الشحن، ثم يستقر). معيار ليثيوم أيون الخلية هي 3.6 فولت/3.7 فولت اسمي (4.2 فولت مشحونة بالكامل لـ Li-ion الشائع).
إذن ماذا يحدث إذا أسقط شخص ما خلية ليثيوم أيون عادية بجهد 3.7 فولت في جهاز مصمم لـ 1.2 فولت NiMH؟
- في أفضل الحالات: يرفض الجهاز بدء التشغيل (إذا كان لديه حماية).
- الحالة الشائعة: هي يبدأ، ثم يسخن المنظمين بشكل مفرط أو يقلي الإلكترونيات الأمامية.
- الحالة الأسوأ: يصبح خطر الشحن لأن "شاحن" الجهاز ليس شاحن ليثيوم أيون.
ملاحظة سلامة EEAT (مهم): المرة الوحيدة التي يكون فيها "ليثيوم أيون AA" هو الوقت الوحيد الذي يكون فيه "ليثيوم أيون AA" آمنًا في فتحات AA هو عندما يكون 1.5 فولت منظم 1.5 فولت ليثيوم أيون AA-خلية ليثيوم أيون بالداخل، بالإضافة إلى منظم DC-DC التي تخرج حوالي 1.5 فولت. وهي مصممة خصيصًا لمحاكاة السلوك القلوي في الأجهزة التي تتوقع 1.5 فولت. عارية 14500 خلية (ليثيوم أيون بحجم AA) هي لا الشيء نفسه - لا يزال 3.7 فولت اسميًا تقريبًا.
والآن، كثافة الطاقة: فوز ليثيوم أيون. هذا هو السبب في أن الهواتف وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والطائرات بدون طيار والماسحات الضوئية المحمولة باليد ومعظم حزم البطاريات الحديثة هي بطاريات ليثيوم أيون (غالبًا ما تكون NMC/NCA أو LFP حسب التطبيق). تحصل على المزيد من الواط/ساعة لكل كيلوغرام ولكل لتر. بالنسبة للمشتري، يُترجم ذلك إلى
- أجهزة أخف وزناً,
- وقت تشغيل أطول بالوزن نفسه,
- أو العبوات الأصغر حجماً لوقت التشغيل نفسه.
NiMH أكبر حجمًا مقابل نفس الطاقة. إنها ليست "سيئة". إنه فقط لا يطارد نفس غلاف الأداء.
2. التفريغ الذاتي ومدة الصلاحية
إليك اختباراً ذهنياً سريعاً أستخدمه مع العملاء: اختبار الدرج.
تقوم بتركيب خلايا جديدة، ثم يوضع الجهاز في مستودع أو شاحنة خدمة أو درج قطع الغيار لمدة 6-12 شهرًا. ما الذي تعود إليه؟
- NiMH قياسي تاريخياً كان لديها تفريغ ذاتي ملحوظ. قد تسحبها وتجدها منخفضة أو مسطحة بشكل مزعج.
- تفريغ ذاتي منخفض (LSD) NiMH-تفكر في فئة "فئة Eneloop" التي غيرت هذه اللعبة. يمكن لـ LSD NiMH الاحتفاظ بالشحن بشكل أفضل بكثير من تصاميم NiMH الأقدم، مما يجعلها عملية لأجهزة التحكم عن بُعد وأجهزة الاستشعار والمعدات الاحتياطية.
- ليثيوم أيون بشكل عام تفريغ ذاتي منخفض، ولكن لها عدو مختلف: تقادم التقويم. حتى لو لم تقم بتدويرها كثيرًا، يمكن أن تؤدي حالة الشحن العالية + الحرارة إلى تقليل السعة بمرور الوقت.
إذن أيهما أفضل للأجهزة المستخدمة بشكل غير متكرر؟ في كثير من الأحيان ليثيوم أيون يبدو أفضل على "لا يزال لديه شحنة لاحقًا"، ولكن LSD NiMH يمكن أن يكون تنافسيًا بشكل مدهش - وأحيانًا أكثر تسامحًا في التخزين غير المنضبط.
نصيحة للمشتريات: إذا كانت قطع الغيار الخاصة بك تجلس لفترات طويلة، حدد LSD NiMH بشكل صريح. "NiMH" وحدها ليست مواصفات كاملة.
3. الشحن والسلامة (حرجة)
هذا هو المكان الذي يتضرر فيه الناس - حرفياً - إذا اختلط الأمر على الناس.
عدم توافق الشاحن غير قابل للتفاوض:
- شواحن NiMH غالبًا ما تستخدم الكشف عن ΔV (دلتا V) وسلوك درجة الحرارة لإنهاء الشحن.
- شواحن ليثيوم أيون الاستخدام CC/CV (تيار ثابت/جهد ثابت) مع حدود جهد دقيقة (عادةً 4.2 فولت لكل خلية في العديد من الكيميائيات) وتتطلب ضوابط حماية.
تحذير (يستحق التكرار): لا تضع ليثيوم أيون الخلايا في شاحن NiMH. ولا تفترض أن "الشاحن الذكي" يعني أنه يمكنه اكتشاف أي شيء بأمان. خوارزمية خاطئة + إنهاء خاطئ = ارتفاع درجة حرارة الخلية، أو تنفيس أو ما هو أسوأ من ذلك.
ملف السلامة:
- نيمه بشكل عام أكثر قوة وأقل عرضة لأنماط الفشل الدراماتيكية. يمكن أن ترتفع درجة حرارتها إذا أسيء استخدامها، ولكن من الصعب عادةً أن تؤدي إلى حدث كارثي.
- ليثيوم أيون ذات كثافة طاقة أعلى ويمكنها توصيل تيار عالٍ جدًا، وهو أمر رائع - إلى أن يساء إدارتها. وعادةً ما يتطلب دائرة الحماية / نظام إدارة البطارية (BMS) على مستوى العبوة (أو لوحة حماية ثنائي الفينيل متعدد الكلور على مستوى الخلية في التنسيقات الاستهلاكية) لمنع سيناريوهات الشحن الزائد والتفريغ الزائد والتيار الزائد والسيناريوهات الحرارية الهاربة.
من خلال خبرتنا في العمل مع العملاء الصناعيين، فإن معظم "حوادث الليثيوم أيون" لا تتعلق بكون الكيمياء "غير آمنة". إنها تتعلق ب تصميم النظام:: التحكم في الشحن والحماية الميكانيكية والإدارة الحرارية وجودة الخلايا.
أداء الطقس البارد هو المكان الذي يلاحظ فيه العملاء في العالم الحقيقي الفرق بسرعة.
في ظروف التجمد:
- نيمه يمكن أن تعاني في توصيل الطاقة والقدرة الفعالة. ترتفع المقاومة الداخلية ويمكنك أن ترى ترهلاً تحت الحمل.
- ليثيوم أيون عالي الجودة لا يزال بإمكانها توفير طاقة قوية، ولكنها ليست سحرية: فالبرودة تزيد من مقاومة الليثيوم أيون أيضًا. أيضاً, شحن ليثيوم أيون بارد خطر معروف - العديد من الأنظمة تحد من تيار الشحن عند درجات حرارة منخفضة لمنع طلاء الليثيوم.
إذا كنت تقوم بتحديد مواصفات المعدات الخارجية (أدوات الفحص، والماسحات الضوئية المحمولة، وأجهزة الاستشعار عن بُعد)، لا تسأل فقط "هل تعمل في درجة حرارة -10 درجة مئوية تحت الصفر؟ اسأل:
- ما هو تيار التفريغ عند درجة الحرارة
- ما هو حد الشحن عند درجة الحرارة
- وهل تطبقه الحزمة/المتحكم.
هل يمكنني استبدال NiMH بأيون الليثيوم؟
السيناريو أ: الإلكترونيات الاستهلاكية (AA/AAA)
أجب: نعم، ولكن فقط مع بطاريات ليثيوم أيون AA الخاصة المنظمة بجهد 1.5 فولت.
إذا كنت تقوم باستبدال AA/AAA في أجهزة التحكم عن بُعد، أو أجهزة التحكم، أو الألعاب، أو الإلكترونيات الأساسية، فإن المسار الآمن هو
- نيمه (خاصةً نيمه LSD NiMH)، أو
- 1.5 فولت منظم 1.5 فولت ليثيوم أيون AA مصممة لتحل محلها.
تحذير: افعل لا استخدام 14500 (3.7 فولت) ليثيوم أيون 14500 (3.7 فولت) في جهاز AA قياسي. الحجم نفسه لا يعني النظام الكهربائي نفسه.
بالنسبة للمشتريات: إذا كانت فرقك الميدانية تحتفظ بخلايا "بحجم AA" في صناديق في صناديق فأنت بحاجة إلى الانضباط في التعبئة والتغليف ووضع الملصقات. فالصناديق المختلطة هي الطريقة التي يحدث بها الفشل.
أجب: نعم، إنها ترقية شائعة، وغالباً ما تكون قفزة كبيرة في الأداء.
هذا هو المكان الذي تتألق فيه تقنية Li-ion:
- خرج طاقة أعلى,
- تباطؤ جهد أقل مع استنزاف الحزمة,
- قوة إلى وزن أفضل.
ولكنها تأتي مع متطلبات:
- يجب عليك التبديل إلى شاحن ليثيوم أيون مناسب,
- تأكد من أن المحرك/المتحكم يمكنه التعامل مع الجهد وذروة التيار,
- ومن الأفضل استخدام العبوات ذات الحماية المناسبة والتصميم الحراري المناسب.
تشبيه بسيط: إن الترقية إلى الليثيوم أيون هنا تشبه تبديل محرك ركاب بمحرك أداء. نتائج رائعة - إذا كانت مجموعة القيادة مصممة لذلك.
السيناريو (ج): مصابيح الحديقة الشمسية
الإجابة: عادةً لا.
تم تصميم معظم مصابيح الحدائق الشمسية حول 1.2 فولت نيمه 1.2 فولت سلوك الشحن ودوائر بسيطة للغاية. لا تتطابق عادةً مع طريقة الشحن أو الجهد الكهربي المتوقع.
ما لم تقم بإعادة تصميم السائق ودائرة الشحن, التزم ب NiMH. إنها رخيصة ومتوافقة وآمنة لتلك البنية.
أيهما يجب أن تشتري؟
اختر بطارية NiMH
اختر NiMH عندما:
- تقوم باستبدال البطاريات في الأجهزة المنزلية القياسية أو الأجهزة القديمة (أجهزة التحكم عن بُعد، والساعات، والألعاب القديمة، والملحقات الصناعية البسيطة),
- السلامة والمتانة أهم من كثافة الطاقة القصوى,
- الميزانية محدودة وتريد مصادر يمكن التنبؤ بها,
- لديك بالفعل بنية تحتية لشحن NiMH في الميدان.
ملاحظة المشتري: حدد LSD NiMH عندما يكون العمر الافتراضي مهمًا. فهو يقلل من مكالمات الصيانة وشكاوى "لماذا تعطّل هذا بالفعل؟
اختر بطارية ليثيوم أيون
اختر Li-ion عندما:
- الوزن مهم (الطائرات بدون طيار، ومعدات الفحص المحمولة باليد، والأجهزة المحمولة),
- تحتاج إلى خرج طاقة عالية (مصابيح يدوية عالية التجويف، ماسحات ضوئية، أدوات),
- تريد وقت تشغيل أطول بين الشحنات,
- التي تشتريها أو تصمم حزمة مع BMSوالشاحن والحماية الميكانيكية.
المقارنة التي تركز على المشتري: إذا كان مؤشر الأداء الرئيسي الخاص بك هو وقت التشغيل لكل كيلوغرام أو الطاقة لكل حجم، فإن الليثيوم أيون هو الفائز الواضح. إذا كان مؤشر الأداء الرئيسي الخاص بك هو التوافق والاستبدال منخفض المخاطر، عادةً ما يفوز NiMH.
دحض الخرافات الشائعة
الخرافة 1: "عليك تفريغ البطاريات بالكامل قبل الشحن." كان ذلك أكثر ملاءمة لكبار السن NiCd. بالنسبة إلى NiMH وLi-ion الحديثين، فإن التفريغ العميق ليس "ضروريًا" بل يمكن أن يقصر العمر الافتراضي (خاصةً بالنسبة إلى Li-ion).
الخرافة 2: "الليثيوم أيون يدوم للأبد". يتقادم الليثيوم أيون مع الوقت ودرجة الحرارة وحالة الشحن العالية. حتى مع انخفاض التدوير، فإن تقادم التقويم حقيقي. إذا كان الجهاز ساخنًا ومشحونًا بالكامل، فسيظهر فقدان السعة في وقت أقرب مما تريد.
الخاتمة
لا توجد "أفضل بطارية" هنا - اختر على أساس جهد الجهاز, خوارزمية الشاحنو الحمولة:: الاستخدام LSD NiMH لـ 1.2 فولت/مشحون 1.2 فولت/نيوميترو هيدروجين مشحون الأجهزة؛ استخدم ليثيوم أيون فقط عندما يكون النظام مصممًا لذلك (شاحن مناسب + حماية)؛ وبالنسبة إلى "ترقيات" AA، استخدم 1.5 فولت منظم 1.5 فولت ليثيوم أيون AAلا 3.7V الخلايا. اتصل بنا، أرسل جهد جهازك ووقت التشغيل المستهدف وطريقة الشحن (أو صورة ملصق)، وسأخبرك بسرعة ما هو آمن وما هو غير آمن.
الأسئلة الشائعة
هل يمكنني استخدام شاحن NiMH لبطاريات الليثيوم أيون؟
لا، تتطلب NiMH وLi-ion خوارزميات شحن مختلفة. يمكن أن يؤدي استخدام شاحن NiMH على الليثيوم-أيون إلى زيادة الشحن أو سوء الشحن أو سوء الشحن، مما يشكل خطرًا على السلامة.
لماذا بطاريات الليثيوم 3.7 فولت وبطاريات AA 1.5 فولت؟
إنها كيميائيات مختلفة بإمكانيات كهروكيميائية مختلفة. فالقلوي القلوي AA يساوي 1.5 فولت تقريبًا، والنيميترو هيدروجيني يساوي 1.2 فولت تقريبًا، والليثيوم أيون الشائع يساوي 3.6/3.7 فولت تقريبًا. الشكل نفسه لا يعني الجهد نفسه.
هل لا يزال لبطاريات NiMH تأثير الذاكرة؟
ليس بالمعنى الكلاسيكي ل NiCd. يمكن أن تُظهر NiMH مشاكل في الأداء إذا تم تدويرها بشكل متكرر في ظروف معينة، ولكن "تأثير الذاكرة" عادةً ما يكون مبالغًا فيه بالنسبة ل NiMH الحديث.
أي بطارية تدوم لفترة أطول، NiMH أم ليثيوم أيون؟
يعتمد ذلك على كيفية تعريفك لكلمة "أطول". يمكن أن توفر NiMH دورة حياة عالية في العديد من حالات الاستخدام المعتدل. يمكن أن تدوم الليثيوم أيون أيضًا لفترة طويلة، ولكنها حساسة للحرارة وحالة الشحن العالية (تقادم التقويم). للحصول على إجابة حقيقية، قارن بين دورة التشغيل ودرجة الحرارة وإدارة الشحن.
ماذا لو استخدمت عن طريق الخطأ 3.7 فولت ليثيوم أيون 3.7 فولت في جهاز مخصص ل NiMH؟
توقف عن استخدامه وافحص الجهاز بحثًا عن ارتفاع درجة حرارته أو تلفه أو سلوك غير طبيعي. إذا تم شحنه أو تشغيله ساخناً، تعامل مع الأمر بجدية - افحص الجهاز ولا تستمر في تدوير هذا الإعداد.