Lítium-iónové vs. NiMH: aký je medzi nimi rozdiel? Jeden európsky manažér pre obstarávanie OEM nám raz poslal e-mailom fotografiu, ktorá ma prinútila zamrkať: zásobník článkov veľkosti "AA" z poľného zariadenia - niektoré označené NiMH, niektoré Li-ion-zmiešané, akoby boli zameniteľné. Správa o zlyhaní bola strohá: náhodné resetovanie, opuchnuté články a jeden roztavený kryt batérie. V tom je tá pasca: môžu vyzerať podobne, ale sú elektricky a chemicky odlišnéa nesprávna výmena môže znamenať čokoľvek od "nespustí sa" až po poškodenie prepätím alebo bezpečnostný incident pri nabíjaní. Pravidlo: vybrať Li-ion pre vysoká energia/výkon na hmotnosť ak je na to zariadenie + nabíjačka určené; vyberte NiMH pre robustné, cenovo výhodné náhrady 1,2 V AA/AAA.
Kamada Power 12v 100Ah Lifepo4 batéria
Rýchle porovnanie NiMH a lítium-iónových batérií
| Funkcia | NiMH | Lítium-iónové (Li-ion) |
|---|
| Nominálne napätie | 1.2V na bunku | 3,6 V/3,7 V na jednu bunku (typické) |
| Hustota energie | Stredné | Vysoká |
| Samovoľné vybíjanie | Mierne (typy s nízkym samovybíjaním sú oveľa lepšie) | Nízka (všeobecne) |
| Efekt pamäte | Minimálne (nie ako staré NiCd) | Žiadne (ale starne inak) |
| Životnosť cyklu | ~500-2000 cyklov (závisí vo veľkej miere od hĺbky vybitia a kontroly nabíjania) | ~300-1000+ cyklov (značne sa líši podľa chemického zloženia, konštrukčných limitov a tepelného profilu) |
| Náklady | Nižšia záloha | Vyššia počiatočná cena (plus zložitosť ochrany/nabíjania) |
Ak nakupujete pre program, už len tento napäťový rad by vás mal spomaliť. 1,2 V oproti 3,7 V nie je zaokrúhľovacia chyba. Je to úplne iný systém.
Vysvetlenie hlavných rozdielov
1. Napätie a hustota energie (Veľký)
Začnime časťou, ktorá potichu rozbíja výrobky.
Štandard NiMH AA bunka je Nominálne napätie 1,2 V (môže byť ~ 1,4 V čerstvo po nabití, potom sa ustáli). Štandardný Li-ion bunka je 3,6 V/3,7 V nominálne (4,2 V plne nabitá batéria Li-ion).
Čo sa teda stane, ak niekto vloží bežný 3,7 V Li-ion článok do zariadenia určeného pre 1,2 V NiMH?
- Najlepší prípad: zariadenie sa odmietne spustiť (ak má ochranu).
- Bežný prípad: it začína, potom sa prehrievajú regulátory alebo sa usmaží elektronika prednej časti.
- V najhoršom prípade sa stáva nebezpečným, pretože "nabíjačka" zariadenia nie je nabíjačka Li-ion.
Bezpečnostné upozornenie EEAT (dôležité): Jediný prípad, keď je "Li-ion AA" bezpečnou náhradou za sloty AA, je, keď je to 1,5 V regulovaný Li-ion AA-Li-Ion článok vo vnútri a DC-DC regulátor ktorý produkuje ~ 1,5 V. Tie sú špeciálne navrhnuté tak, aby napodobňovali správanie alkalických batérií v zariadeniach, ktoré očakávajú 1,5 V. Holý 14500 článok (Li-ion vo veľkosti AA) je nie to isté - stále je to ~ 3,7 V nominálne.
Teraz k hustote energie: Li-ion vyhráva. Preto sú telefóny, notebooky, drony, ručné skenery a väčšina moderných batérií Li-ion (často NMC/NCA alebo LFP v závislosti od aplikácie). Na kilogram a liter získate viac watthodín. Pre kupujúceho to znamená:
- zapaľovače,
- dlhší čas prevádzky pri rovnakej hmotnosti,
- alebo menšie balenia pri rovnakom čase prevádzky.
NiMH je pri rovnakej energii objemnejší. Nie je to "zlé". Len nedosahuje rovnakého výkonu.
2. Samovybíjanie a trvanlivosť
Tu je rýchly mentálny test, ktorý používam s klientmi: test zásuvky.
Nainštalujete čerstvé články a potom zariadenie leží 6 až 12 mesiacov v sklade, servisnej dodávke alebo v zásuvke s náhradnými dielmi. K čomu sa vrátite?
- Štandardné NiMH v minulosti mali výrazné samovybíjanie. Možno ju vytiahnete a zistíte, že je nepríjemne nízka alebo vybitá.
- NiMH s nízkym samovybíjaním (LSD)-myslite na kategóriu "trieda Eneloop"-zmenila túto hru. LSD NiMH dokážu udržať náboj oveľa lepšie ako staršie konštrukcie NiMH, takže sú praktické pre diaľkové ovládače, senzory a pohotovostné zariadenia.
- Li-ion vo všeobecnosti má nízke samovybíjanie, ale má iného nepriateľa: starnutie kalendára. Dokonca aj keď ho necyklujete veľa, vysoký stav nabitia + teplo môže časom znížiť kapacitu.
Čo je teda lepšie pre zriedkavo používané zariadenia? Často Li-ion vyzerá lepšie na "stále má náboj neskôr," ale LSD NiMH môžu byť prekvapivo konkurencieschopné - a niekedy aj šetrnejšie pri nekontrolovanom skladovaní.
Tip pre obstarávanie: ak vaše náhradné diely dlho ležia, uveďte LSD NiMH výslovne. Samotný názov "NiMH" nie je úplnou špecifikáciou.
3. Nabíjanie a bezpečnosť (kritické)
V tomto prípade sa ľudia doslova zrania, ak je systém popletený.
Nekompatibilita nabíjačky je neoddiskutovateľná:
- Nabíjačky NiMH často používajú Zisťovanie ΔV (delta-V) a teplotné správanie na ukončenie nabíjania.
- Nabíjačky Li-ion používať CC/CV (konštantný prúd / konštantné napätie) s presnými limitmi napätia (bežne 4,2 V na článok pre mnohé chemické látky) a vyžadujú si kontrolu ochrany.
Upozornenie (ktoré sa oplatí zopakovať): Nikdy neumiestňujte Li-ion buniek do Nabíjačka NiMH. A nepredpokladajte, že "inteligentná nabíjačka" znamená, že dokáže bezpečne zistiť čokoľvek. Nesprávny algoritmus + nesprávne ukončenie = prehriatie článku, odvzdušnenie alebo ešte horšie.
Bezpečnostný profil:
- NiMH je vo všeobecnosti robustnejší a menej náchylný na dramatické poruchy. V prípade zneužitia sa môže prehrievať, ale zvyčajne je ťažšie vyvolať katastrofickú udalosť.
- Li-ion má vyššiu energetickú hustotu a dokáže dodávať veľmi vysoký prúd, čo je skvelé - až do momentu, keď sa s ním zle hospodári. Zvyčajne si vyžaduje ochranný obvod / BMS (Battery Management System) na úrovni balenia (alebo ochrannej dosky plošných spojov na úrovni článku v spotrebiteľských formátoch), aby sa zabránilo scenárom prebíjania, nadmerného vybíjania, nadmerného prúdu a tepelného úniku.
Z našich skúseností s priemyselnými zákazníkmi vyplýva, že väčšina "Li-ion incidentov" nie je spôsobená "nebezpečnosťou" chemických látok. Sú o tom, že návrh systému: kontrola nabíjania, mechanická ochrana, tepelný manažment a kvalita článkov.
Práve v chladnom počasí si zákazníci v reálnom svete rýchlo všimnú rozdiel.
V mrazivých podmienkach:
- NiMH môžu mať problémy s dodávkou energie a efektívnou kapacitou. Vnútorný odpor stúpa a pri zaťažení môžete pozorovať prehnutie.
- Kvalita Li-ion stále dokáže dodať silný výkon, ale nie je to zázrak: chlad zvyšuje odolnosť aj v prípade Li-ion. Taktiež, nabíjanie Li-ion za studena je známym rizikom - mnohé systémy obmedzujú nabíjací prúd pri nízkych teplotách, aby sa zabránilo pokovovaniu lítia.
Ak špecifikujete outdoorové vybavenie (kontrolné nástroje, ručné skenery, diaľkové senzory), nepýtajte sa len "funguje to pri -10 °C?" Pýtajte sa:
- čo je vybíjací prúd pri teplote,
- čo je limit nabitia pri teplote,
- a či ho balík/kontrolér presadzuje.
Môžem nahradiť NiMH lítium-iónovou batériou?
Scenár A: Spotrebná elektronika (AA/AAA)
Odpoveď: Áno, ale len so špeciálnymi 1,5 V regulovanými Li-ion batériami AA.
Ak nahrádzate AA/AAA v diaľkových ovládačoch, ovládačoch, hračkách alebo základnej elektronike, bezpečnou cestou je:
- NiMH (najmä LSD NiMH) alebo
- 1,5 V regulovaný Li-ion AA navrhnuté ako náhradné zariadenie.
Varovanie: Do nie používať holý 14500 (3,7 V) Li-ion v štandardnom zariadení AA. Rovnaká veľkosť neznamená rovnaký elektrický systém.
Pokiaľ ide o obstarávanie: ak vaše tímy v teréne skladujú články veľkosti AA v zásobníkoch, potrebujete disciplínu pri balení a označovaní. Zmiešané zásobníky sú príčinou porúch.
Odpoveď: Áno, je to bežná aktualizácia - a často predstavuje veľký výkonnostný skok.
Práve tu Li-ion zažiari:
- vyšší výkon,
- menej napätia pri vybíjaní batérie,
- lepší pomer výkonu a hmotnosti.
Je to však spojené s požiadavkami:
- musíte prejsť na Vhodná nabíjačka Li-ion,
- zabezpečiť, aby motor/regulátor zvládne napätie a špičkový prúd,
- a v ideálnom prípade používajte obaly s vhodnou ochranou a tepelnou konštrukciou.
Jednoduché prirovnanie: prechod na lítium-iónové batérie je ako výmena motora na dochádzanie za výkonný motor. Skvelé výsledky - ak je na to pohonné ústrojenstvo stavané.
Scenár C: Solárne záhradné svetlá
Odpoveď: Zvyčajne nie.
Väčšina solárnych záhradných svietidiel je navrhnutá okolo 1,2 V NiMH nabíjacie správanie a mimoriadne jednoduché obvody. Drop-in Li-ion zvyčajne nezodpovedá spôsobu nabíjania ani očakávanému napätiu.
Pokiaľ neprepracujete ovládač a nabíjací obvod, držať sa NiMH. Je lacný, kompatibilný a bezpečný pre túto architektúru.
Ktorý z nich by ste si mali kúpiť?
Výber batérie NiMH
NiMH si vyberte, keď:
- vymieňate batérie v štandardných domácich alebo starších zariadeniach (diaľkové ovládače, hodiny, staršie hračky, jednoduché priemyselné príslušenstvo),
- bezpečnosť a robustnosť sú dôležitejšie ako maximálna hustota energie,
- rozpočet je obmedzený a chcete predvídateľné zdroje,
- v teréne už máte infraštruktúru na nabíjanie NiMH.
Poznámka pre kupujúceho: uveďte LSD NiMH keď záleží na trvanlivosti. Znižuje počet servisných hovorov a reklamácií typu "prečo je to už mŕtve?".
Výber lítium-iónovej batérie
Li-Ion si vyberte, keď:
- dôležitá je hmotnosť (drony, ručné kontrolné zariadenia, prenosné prístroje),
- potrebujete vysoký výkon (vysoko svietivé baterky, skenery, náradie),
- chcete dlhší čas prevádzky medzi jednotlivými nabitiami,
- kupujete alebo navrhujete balenie so správnym BMS, nabíjačka a mechanická ochrana.
Porovnanie zamerané na kupujúceho: Ak je váš KPI čas prevádzky na kilogram alebo výkon na objem, lítium-iónová batéria je jasným víťazom. Ak je váš KPI kompatibilita a nízkoriziková výmena, NiMH zvyčajne vyhráva.
Vyvrátené bežné mýty
Mýtus 1: "Pred nabíjaním musíte batérie úplne vybiť." To bolo dôležitejšie pre staré NiCd. Pre moderné NiMH a Li-ion nie je hlboké vybíjanie "nutnosťou" a môže dokonca skrátiť životnosť (najmä pre Li-ion).
Mýtus 2: "Li-ion vydrží večne." Li-ion starne s časom, teplotou a vysokým stavom nabitia. Aj pri nízkom cyklickom zaťažení je kalendárne starnutie reálne. Ak zariadenie stojí horúce a plne nabité, strata kapacity sa prejaví skôr, ako by ste chceli.
Záver
Žiadna "najlepšia batéria" - vyberte si na základe napätie zariadenia, algoritmus nabíjačkya zaťaženie: použitie LSD NiMH pre 1.2V/NiMH-nabitý zariadenia; použitie Li-ion len ak je na to systém navrhnutý (správna nabíjačka + ochrana); a pri "vylepšeniach" AA použite 1,5 V regulovaný Li-ion AA, nie 3.7V bunky. Kontaktujte nás, Pošlite napätie zariadenia, cieľovú dobu prevádzky a spôsob nabíjania (alebo fotografiu štítku) a ja vám rýchlo poviem, čo je bezpečné a čo nie.
ČASTO KLADENÉ OTÁZKY
Môžem použiť nabíjačku NiMH pre lítium-iónové batérie?
Nie. NiMH a Li-ion vyžadujú odlišné algoritmy nabíjania. Používanie nabíjačky NiMH na Li-ion môže spôsobiť prebíjanie alebo nesprávne ukončenie nabíjania a vytvoriť bezpečnostné riziko.
Prečo sú lítiové batérie 3,7 V a batérie AA 1,5 V?
Sú to rôzne chemické látky s rôznymi elektrochemickými potenciálmi. Alkalické AA majú ~1,5 V, NiMH ~1,2 V a bežné Li-ion ~3,6/3,7 V. Rovnaký tvar neznamená rovnaké napätie.
Majú NiMH batérie stále pamäťový efekt?
Nie v klasickom zmysle NiCd. NiMH môže vykazovať problémy s výkonom, ak sa opakovane plytko cyklicky používa za určitých podmienok, ale "pamäťový efekt" sa v prípade moderných NiMH zvyčajne preceňuje.
Ktorá batéria vydrží dlhšie, NiMH alebo lítium-iónová?
Záleží na tom, ako definujete pojem "dlhší". NiMH môže poskytnúť vysokú životnosť v mnohých prípadoch stredne náročného používania. Li-ion môže tiež vydržať dlho, ale je citlivý na teplo a vysoký stav nabitia (kalendárne starnutie). Ak chcete získať skutočnú odpoveď, porovnajte pracovný cyklus, teplotu a riadenie nabíjania.
Čo ak som omylom použil 3,7 V Li-ion v zariadení určenom pre NiMH?
Prestaňte ho používať a skontrolujte, či sa zariadenie neprehrieva, nepoškodzuje alebo sa nesprávne správa. Ak bolo nabité alebo bežalo horúce, pristupujte k tomu vážne - skontrolujte zariadenie a nepokračujte v cyklickom používaní tohto nastavenia.