Lithium-iontové vs. NiMH: jaký je mezi nimi rozdíl? Jeden evropský manažer nákupu OEM nám jednou poslal e-mailem fotografii, která mě přiměla k zamyšlení: zásobník s články velikosti "AA" z polního zařízení - některé označené jako NiMH, některé Li-ion-smíšené, jako by byly zaměnitelné. Zpráva o selhání byla strohá: náhodné resetování, oteklé články a jeden roztavený kryt baterie. V tom je právě ta past: mohou vypadat podobně, ale jsou... elektricky a chemicky odlišnéa špatná výměna může znamenat cokoli od "nespustí se" až po "nespustí se". poškození přepětím nebo bezpečnostní incident při nabíjení. Pravidlo: vybrat Li-ion pro vysoká energie/výkon na hmotnost pokud je pro to zařízení + nabíječka určeno; vyberte si NiMH pro robustní, cenově výhodné náhrady 1,2 V AA/AAA.
Kamada Power 12v 100Ah Lifepo4 baterie
Rychlé srovnání NiMH a lithium-iontových baterií
| Funkce | NiMH | Lithium-iontové (Li-ion) |
|---|
| Jmenovité napětí | 1.2V na buňku | 3,6 V/3,7 V na buňku (typicky) |
| Hustota energie | Střední | Vysoká |
| Samovybíjení | Mírný (typy s nízkým samovybíjením jsou mnohem lepší) | Nízká (obecně) |
| Paměťový efekt | Minimální (ne jako staré NiCd) | Žádné (ale stárne jinak) |
| Životní cyklus | ~500-2000 cyklů (závisí do značné míry na hloubce vybití a řízení nabíjení) | ~300-1000+ cyklů (značně se liší podle chemického složení, konstrukčních limitů a tepelného profilu) |
| Náklady | Nižší záloha | Vyšší počáteční náklady (plus složitost ochrany/nabíjení) |
Pokud nakupujete pro nějaký program, už jen tato napěťová řada by vás měla zpomalit. 1,2 V vs. 3,7 V není zaokrouhlovací chyba. Je to úplně jiný systém.
Vysvětlení hlavních rozdílů
1. Napětí a hustota energie (Velká)
Začněme částí, která tiše rozbíjí produkty.
Standardní NiMH AA buňka je Nominální napětí 1,2 V (může být ~1,4 V čerstvě po nabití, pak se ustálí). Standardní Li-ion buňka je 3,6V/3,7V nominální napětí (4,2 V plně nabité pro běžné Li-ion).
Co se tedy stane, když někdo vhodí normální 3,7V Li-ion článek do zařízení určeného pro 1,2V NiMH?
- Nejlepší případ: zařízení se odmítne spustit (pokud má ochranu).
- Běžný případ: it začíná, pak se přehřívají regulátory nebo se smaží přední elektronika.
- V nejhorším případě se stává nebezpečím nabíjení, protože "nabíječka" zařízení není nabíječkou Li-ion.
Bezpečnostní upozornění EEAT (důležité): Jediný případ, kdy je "Li-ion AA" bezpečnou náhradou za sloty AA, je, když se jedná o. 1,5V regulovaný Li-ion AA-Li-iontový článek uvnitř, plus Regulátor DC-DC který dodává ~1,5 V. Ty jsou speciálně navrženy tak, aby napodobovaly chování alkalických baterií v zařízeních, která očekávají napětí 1,5 V. Holý 14500 článek (Li-ion ve velikosti AA) je ne je stále stejný - stále je to ~3,7 V nominálně.
Nyní k hustotě energie: Li-ion vítězí. Proto jsou telefony, notebooky, drony, ruční skenery a většina moderních baterií Li-ion (často NMC/NCA nebo LFP v závislosti na aplikaci). Na kilogram a litr získáte více watthodin. Pro kupujícího to znamená:
- lehčí zařízení,
- delší doba provozu při stejné hmotnosti,
- nebo menší balení při stejné době provozu.
NiMH je při stejné energii objemnější. Není "špatný". Jen se nesnaží dosáhnout stejného výkonu.
2. Samovybíjení a skladovatelnost
Zde je rychlý mentální test, který používám s klienty: test zásuvek.
Nainstalujete čerstvé články a pak zařízení leží 6-12 měsíců ve skladu, servisním voze nebo v zásuvce s náhradními díly. K čemu se vrátíte?
- Standardní NiMH historicky docházelo k výraznému samovybíjení. Může se stát, že ji vytáhnete a zjistíte, že je nepříjemně nízká nebo vybitá.
- NiMH s nízkým samovybíjením (LSD)-představte si kategorii "třída Eneloop", která tuto hru změnila. LSD NiMH dokáže udržet náboj mnohem lépe než starší konstrukce NiMH, což je praktické pro dálková ovládání, senzory a pohotovostní zařízení.
- Li-ion má obecně nízké samovybíjení, ale má jiného nepřítele: stárnutí kalendáře. I když ji moc necyklujete, vysoký stav nabití + teplo může časem snížit kapacitu.
Co je tedy lepší pro zřídka používaná zařízení? Často Li-ion vypadá lépe na "ještě má náboj později," ale LSD NiMH mohou být překvapivě konkurenceschopné - a někdy i šetrnější při nekontrolovaném skladování.
Tip pro zadavatele: pokud náhradní díly dlouho leží, zadejte. LSD NiMH výslovně. Samotný název "NiMH" není úplnou specifikací.
3. Nabíjení a bezpečnost (kritické)
V tomto případě dochází k doslovnému poškození lidí, pokud je systém popletený.
O nekompatibilitě nabíječky nelze diskutovat:
- Nabíječky NiMH často používají Detekce ΔV (delta-V) a teplotní chování pro ukončení nabíjení.
- Nabíječky Li-ion použít CC/CV (konstantní proud / konstantní napětí) s přesnými mezními hodnotami napětí (běžně 4,2 V na článek u mnoha chemických látek) a vyžadují ochranné kontroly.
Upozornění (které stojí za to zopakovat): Nikdy neukládejte Li-ion buněk do Nabíječka NiMH. A nepředpokládejte, že "chytrá nabíječka" znamená, že dokáže bezpečně detekovat cokoli. Špatný algoritmus + špatné ukončení = přehřátý článek, odvzdušnění nebo něco horšího.
Bezpečnostní profil:
- NiMH je obecně robustnější a méně náchylná k dramatickým poruchám. Může se přehřát, pokud je zneužíván, ale je obvykle těžší vyvolat katastrofickou událost.
- Li-ion má vyšší hustotu energie a může dodávat velmi vysoký proud, což je skvělé - dokud se s ním špatně nenakládá. Obvykle vyžaduje ochranný obvod / BMS (Battery Management System) na úrovni balení (nebo ochranné desky plošných spojů na úrovni článků ve spotřebitelských formátech), aby se zabránilo přebíjení, nadměrnému vybíjení, nadměrnému proudu a tepelnému vyčerpání.
Z našich zkušeností s průmyslovými zákazníky vyplývá, že většina "li-ionových incidentů" není způsobena "nebezpečností" chemie. Jde o návrh systému: řízení nabíjení, mechanická ochrana, tepelný management a kvalita článků.
Výkon v chladném počasí je to, v čem si zákazníci v reálném světě rychle všimnou rozdílu.
V mrazu:
- NiMH může mít problémy s dodávkou energie a efektivní kapacitou. Vnitřní odpor se zvyšuje a při zatížení je patrné prohnutí.
- Kvalitní Li-ion může stále dodávat silný výkon, ale není to kouzlo: chlad zvyšuje odolnost i u Li-ion. Také, nabíjení Li-ion za studena je známým rizikem - mnoho systémů omezuje nabíjecí proud při nízkých teplotách, aby se zabránilo pokovení lithia.
Pokud zadáváte specifikace pro outdoorové vybavení (inspekční nástroje, ruční skenery, vzdálené senzory), neptejte se jen "funguje to při -10 °C?". Ptejte se:
- co je to vybíjecí proud při teplotě,
- co je to limit nabití při teplotě,
- a zda je balíček/správce vynucuje.
Mohu nahradit NiMH lithium-iontovou baterií?
Scénář A: Spotřební elektronika (AA/AAA)
Odpověď: Ano, ale pouze se speciálními 1,5V regulovanými Li-ion bateriemi AA.
Pokud vyměňujete AA/AAA v dálkových ovladačích, ovladačích, hračkách nebo základní elektronice, bezpečnou cestou je:
- NiMH (zejména LSD NiMH) nebo
- 1,5V regulovaný Li-ion AA je navržen jako náhradní.
Varování: Do ne použít holý 14500 (3,7 V) Li-ion ve standardním zařízení AA. Stejná velikost neznamená stejný elektrický systém.
Pro zadávání zakázek: pokud vaše týmy v terénu skladují články velikosti AA v zásobnících, potřebujete disciplínu v oblasti balení a označování. Smíšené boxy jsou příčinou poruch.
Odpověď: Ano, jedná se o běžný upgrade - a často jde o velký výkonnostní skok.
Zde Li-ion baterie zazáří:
- vyšší výkon,
- menší pokles napětí při vybíjení akumulátoru,
- lepší poměr výkonu a hmotnosti.
To však s sebou nese určité požadavky:
- je nutné přepnout na Vhodná nabíječka Li-ion,
- zajistit, aby motor/regulátor zvládne napětí a špičkový proud,
- a v ideálním případě používejte balení s vhodnou ochranou a tepelnou konstrukcí.
Jednoduché přirovnání: přechod na Li-Ion je jako výměna motoru pro dojíždění za výkonný motor. Skvělé výsledky - pokud je na to pohonné ústrojí stavěné.
Scénář C: Solární zahradní osvětlení
Odpověď: Obvykle ne.
Většina solárních zahradních svítidel je navržena kolem 1,2 V NiMH chování při nabíjení a extrémně jednoduché obvody. Drop-in Li-ion obvykle neodpovídá způsobu nabíjení ani očekávanému napětí.
Pokud ovladač a nabíjecí obvody nepřepracujete, držet se NiMH. Je levný, kompatibilní a bezpečný pro tuto architekturu.
Který byste si měli koupit?
Výběr baterie NiMH
NiMH si vyberte, když:
- vyměňujete baterie v běžných domácích nebo starších zařízeních (dálkové ovladače, hodiny, starší hračky, jednoduché průmyslové příslušenství),
- bezpečnost a robustnost jsou důležitější než maximální hustota energie,
- rozpočet je napjatý a chcete předvídatelné zdroje,
- v terénu již máte infrastrukturu pro nabíjení NiMH.
Poznámka pro kupujícího: uveďte LSD NiMH když záleží na trvanlivosti. Snižuje počet servisních zásahů a reklamací typu "proč už je to mrtvé?".
Výběr lithium-iontové baterie
Li-ion si vyberte, když:
- záleží na hmotnosti (drony, ruční inspekční zařízení, přenosné přístroje),
- potřebujete vysoký výkon (svítilny s vysokým světelným tokem, skenery, nářadí),
- chcete prodloužit dobu provozu mezi jednotlivými nabitími,
- kupujete nebo navrhujete balíček se správným BMS, nabíječka a mechanická ochrana.
Srovnání zaměřené na kupujícího: Pokud je vaším klíčovým ukazatelem výkonnosti doba provozu na kilogram nebo výkon na objem, Li-ion je jasným vítězem. Pokud je vaším klíčovým ukazatelem výkonnosti kompatibilita a výměna s nízkým rizikem, NiMH obvykle vítězí.
Vyvrácení nejčastějších mýtů
Mýtus 1: "Před nabíjením je nutné baterie zcela vybít." To se týkalo spíše starých NiCd. U moderních NiMH a Li-ion není hluboké vybíjení "nutností" a může dokonce zkrátit životnost (zejména u Li-ion).
Mýtus 2: "Li-ion vydrží věčně." Li-ion stárne s časem, teplotou a vysokým stavem nabití. I při nízkém počtu cyklů je stárnutí kalendáře reálné. Pokud zařízení stojí horké a plně nabité, ztráta kapacity se projeví dříve, než byste si přáli.
Závěr
Žádná "nejlepší baterie" - vybírejte podle toho. napětí zařízení, algoritmus nabíječkya zatížení: použití LSD NiMH pro 1,2V/NiMH-nabíjení zařízení; použití Li-ion pouze v případě, že je pro to systém navržen (správná nabíječka + ochrana); a pro "vylepšení" tužkových baterií AA používejte 1,5V regulovaný Li-ion AA, ne 3.7V buňky. Kontaktujte nás, Pošlete napětí zařízení, cílovou dobu provozu a způsob nabíjení (nebo fotografii štítku) a já vám rychle řeknu, co je bezpečné a co ne.
ČASTO KLADENÉ DOTAZY
Mohu použít nabíječku NiMH pro lithium-iontové baterie?
Ne. NiMH a Li-ion vyžadují odlišné nabíjecí algoritmy. Použití nabíječky NiMH na Li-ion může vést k přebíjení nebo nesprávnému ukončení nabíjení a k bezpečnostnímu riziku.
Proč jsou lithiové baterie 3,7 V a baterie AA 1,5 V?
Jsou to různé chemické látky s různými elektrochemickými potenciály. Alkalické baterie AA mají ~1,5 V, NiMH ~1,2 V a běžné Li-ion ~3,6/3,7 V nominálně. Stejný tvar neznamená stejné napětí.
Mají baterie NiMH stále paměťový efekt?
Ne v klasickém smyslu NiCd. NiMH může vykazovat problémy s výkonem, pokud je za určitých podmínek opakovaně mělce cyklován, ale "paměťový efekt" je u moderních NiMH obvykle přeceňován.
Která baterie vydrží déle, NiMH nebo lithium-iontová?
Záleží na tom, jak definujete pojem "delší". NiMH může mít vysokou životnost v mnoha případech středně náročného použití. Li-ion může také vydržet dlouho, ale je citlivý na teplo a vysoký stav nabití (kalendářní stárnutí). Chcete-li získat skutečnou odpověď, porovnejte pracovní cyklus, teplotu a řízení nabíjení.
Co když jsem omylem použil 3,7V Li-ion v zařízení určeném pro NiMH?
Přestaňte jej používat a zkontrolujte, zda se zařízení nepřehřívá, nepoškozuje nebo se nechová neobvykle. Pokud bylo nabito nebo běželo horké, přistupujte k tomu vážně - zkontrolujte zařízení a neprovádějte další cyklování tohoto nastavení.