Litij-ionski in NiMH: kakšna je razlika? Evropski vodja nabave OEM nam je nekoč po elektronski pošti poslal fotografijo, ob kateri sem se zdrznil: pladenj s celicami velikosti "AA" iz terenske naprave - nekatere so bile označene NiMH, nekaj Li-ion-mešani, kot da bi bili zamenljivi. Poročilo o napaki je bilo brez dlake na jeziku: naključne ponastavitve, nabrekle celice in ena stopljena vrata baterije. V tem je past: lahko so si podobni, vendar so električno in kemično različni, napačna zamenjava pa lahko pomeni vse od "ne deluje" do poškodbe zaradi prenapetosti ali varnostni incident pri polnjenju. Velja pravilo: izbrati Li-ion za visoka energija/moč na težo če sta naprava in polnilec zasnovana za to; izberite NiMH za robustni, cenovno učinkoviti nadomestki 1,2 V AA/AAA.
Kamada Power 12v 100Ah Lifepo4 baterija
Hitra primerjava med NiMH in litij-ionskimi baterijami
| Funkcija | NiMH | Litij-ionski (Li-ion) |
|---|
| Nazivna napetost | 1.2V na celico | 3,6 V/3,7 V na celico (tipično) |
| Energijska gostota | Srednja | Visoka |
| Samopraznjenje | Zmerno (vrste z nizkim samopraznjenjem so veliko boljše) | Nizka (na splošno) |
| Učinek spomina | Minimalno (ne kot stari NiCd) | Ni (vendar se stara drugače) |
| Življenjski cikel | ~500-2000 ciklov (zelo odvisno od globine praznjenja in nadzora polnjenja) | ~300-1000+ ciklov (zelo različno glede na kemijo, konstrukcijske omejitve in toplotni profil) |
| Stroški | Nižja začetna cena | Višja začetna cena (in zapletena zaščita/ polnjenje) |
Če kupujete za program, bi vas morala upočasniti že ta napetostna vrstica. 1,2 V proti 3,7 V ni zaokrožitvena napaka. To je popolnoma drugačen sistem.
Pojasnjene ključne razlike
1. Napetost in energijska gostota (velika)
Začnimo z delom, ki tiho razbija izdelke.
Standard NiMH AA celica je 1,2 V nominalno (lahko je ~ 1,4 V, ko se napolnite, nato se ustali). Standardni Li-ion celica je 3,6 V/3,7 V nominalno (4,2 V popolnoma napolnjen običajni litij-ionski akumulator).
Kaj se torej zgodi, če nekdo običajen 3,7-voltni Li-ion element vstavi v napravo, ki je zasnovana za 1,2-voltni NiMH?
- Najboljši primer: naprava se noče zagnati (če ima zaščito).
- Običajni primer: it začne, nato se pregrejejo regulatorji ali pa se opeče elektronika sprednjega dela.
- V najslabšem primeru postane nevaren za polnjenje, ker "polnilec" naprave ni litij-ionski polnilec.
Varnostno obvestilo EEAT (pomembno): Edini primer, ko je baterija "Li-ion AA" varna izbira za reže AA, je, ko gre za baterijo 1,5V reguliran Li-ion AA-Li-ionska celica v notranjosti in Regulator DC-DC ki oddaja ~ 1,5 V. Ti so zasnovani posebej za posnemanje alkalnega obnašanja v napravah, ki pričakujejo 1,5 V. Goli 14500 celica (Li-ion v velikosti AA) je ne enako - še vedno je nominalno ~3,7 V.
Zdaj pa o gostoti energije: Zmaga litij-ionski sistem. Zato so telefoni, prenosni računalniki, brezpilotna letala, ročni skenerji in večina sodobnih baterij litij-ionske (pogosto NMC/NCA ali LFP, odvisno od uporabe). Na kilogram in liter dobite več vatnih ur. Za kupca to pomeni:
- lažje naprave,
- daljši čas delovanja pri enaki teži,
- ali manjše pakete za enak čas delovanja.
NiMH je pri enaki energiji obsežnejši. Ni "slab". Samo ne zasleduje enakega okvira zmogljivosti.
2. Samopraznjenje in rok trajanja
Tukaj je hiter miselni test, ki ga uporabljam pri strankah: test predala.
Namestite sveže celice, nato pa naprava 6-12 mesecev stoji v skladišču, servisnem kombiju ali predalu za rezervne dele. Kaj se vrnete nazaj?
- Standardni NiMH v preteklosti je bilo opazno samopraznjenje. Morda jo boste izvlekli in ugotovili, da je neprijetno nizka ali prazna.
- NiMH z nizkim samopraznjenjem (LSD)-pomislite na kategorijo "razred Eneloop", ki je spremenila to igro. LSD NiMH lahko veliko bolje zadrži polnjenje kot starejše oblike NiMH, zaradi česar je praktičen za daljinske upravljalnike, senzorje in opremo v stanju pripravljenosti.
- Li-ion na splošno ima nizko samopraznjenje, vendar ima drugačnega sovražnika: staranje koledarja. Tudi če ga ne uporabljate veliko, lahko visoko stanje napolnjenosti + toplota sčasoma zmanjšata zmogljivost.
Katera naprava je boljša za naprave, ki se uporabljajo redko? Pogosto Li-ion je videti bolje na "še vedno ima polnjenje kasneje", vendar LSD NiMH so lahko presenetljivo konkurenčni - in včasih bolj prizanesljivi pri nenadzorovanem skladiščenju.
Nasvet za nabavo: če rezervni deli dlje časa stojijo, določite LSD NiMH izrecno. Samo "NiMH" ni popolna specifikacija.
3. Polnjenje in varnost (ključno)
Če je sistem zmešan, so ljudje pri tem dobesedno prizadeti.
O nezdružljivosti polnilnika se ni mogoče pogajati:
- polnilci NiMH pogosto uporabljajo Zaznavanje ΔV (delta-V) in temperaturno obnašanje za prekinitev polnjenja.
- Li-ion polnilniki uporaba CC/CV (konstantni tok / konstantna napetost) z natančno določenimi napetostnimi mejami (običajno 4,2 V na celico za številne kemijske vrste) in zahtevajo nadzor zaščite.
Opozorilo (vredno ponovitve): Nikoli ne dajte Li-ion celic v polnilec NiMH. In ne domnevajte, da "pametni polnilec" pomeni, da lahko varno zazna karkoli. Napačen algoritem + napačen zaključek = pregreta celica, prezračevanje ali kaj hujšega.
Varnostni profil:
- NiMH je na splošno bolj robustna in manj nagnjena k dramatičnim okvaram. Ob zlorabi se lahko pregreje, vendar je običajno težje sprožiti katastrofalen dogodek.
- Li-ion ima večjo gostoto energije in lahko zagotavlja zelo velik tok, kar je odlično - dokler ni napačno upravljan. Običajno zahteva zaščitni tokokrog / BMS (sistem za upravljanje baterije) na ravni paketa (ali zaščitnega tiskanega vezja na ravni celice v potrošniških oblikah), da se preprečijo scenariji prevelikega polnjenja, prevelikega praznjenja, prevelikega toka in toplotnega pobega.
Po naših izkušnjah pri delu z industrijskimi strankami pri večini incidentov z litij-ionskimi baterijami ne gre za "nevarno" kemijo. Gre za zasnova sistema: nadzor polnjenja, mehanska zaščita, toplotno upravljanje in kakovost celic.
Pri delovanju v hladnem vremenu stranke v resničnem svetu hitro opazijo razliko.
V mrzlih razmerah:
- NiMH se lahko spopadajo z zagotavljanjem energije in učinkovitimi zmogljivostmi. Notranji upor se poveča in pod obremenitvijo se lahko opazi povešanje.
- Kakovost Li-ion lahko še vedno zagotavlja veliko moč, vendar ni čarobna: mraz poveča odpornost tudi pri litij-ionskih baterijah. Prav tako, polnjenje Li-ion hladno je znano tveganje - mnogi sistemi omejujejo tok polnjenja pri nizkih temperaturah, da bi preprečili litijevo prevleko.
Če določate opremo za uporabo na prostem (orodja za pregledovanje, ročni skenerji, daljinski senzorji), ne sprašujte samo "ali deluje pri -10 °C?" Vprašajte:
- kaj je tok praznjenja pri temperaturi,
- kaj je omejitev polnjenja pri temperaturi,
- in ali ga paket/upravljavec uveljavlja.
Ali lahko NiMH nadomestim z litij-ionskim?
Scenarij A: Potrošniška elektronika (AA/AAA)
Odgovor: Da, vendar le s posebnimi 1,5V reguliranimi litij-ionskimi baterijami AA.
Če zamenjujete baterije AA/AAA v daljinskih upravljalnikih, krmilnikih, igračah ali osnovni elektroniki, je varna pot:
- NiMH (zlasti LSD NiMH) ali
- 1,5V reguliran Li-ion AA zasnovan kot nadomestna zamenjava.
Opozorilo: Na spletni strani ne uporabite goli 14500 (3,7 V) Li-ion v standardni napravi AA. Enaka velikost ne pomeni enakega električnega sistema.
Za naročanje: če vaše ekipe na terenu hranijo celice velikosti AA v zabojnikih, morate poskrbeti za pakiranje in označevanje. V mešanih zabojnikih se dogajajo napake.
Odgovor: Da, to je pogosta nadgradnja, ki pogosto pomeni velik preskok v zmogljivosti.
Pri tem je Li-Ion odličen:
- večja izhodna moč,
- manjši padec napetosti, ko se paket izprazni,
- boljši razmerje med močjo in težo.
Vendar so za to potrebne zahteve:
- morate preklopiti na Ustrezen polnilec Li-ion,
- zagotoviti, da motor/krmilnik lahko prenese napetost in maksimalni tok,
- in v idealnem primeru uporabljajte pakete z ustrezno zaščito in toplotno zasnovo.
Preprosta analogija: nadgradnja na litij-ionske baterije je podobna zamenjavi motorja za prevoz na delo z zmogljivim motorjem. Odlični rezultati - če je pogonski sklop izdelan za to.
Scenarij C: Solarne vrtne luči
Odgovor: Običajno ne.
Večina solarnih vrtnih luči je zasnovana okoli 1,2 V NiMH obnašanje pri polnjenju in izjemno preprosta vezja. Li-ionski akumulatorji Drop-in običajno ne ustrezajo načinu polnjenja ali pričakovani napetosti.
Razen če spremenite zasnovo gonilnika in polnilnega vezja, se držite NiMH. Je poceni, združljiv in varen za to arhitekturo.
Katerega naj kupite?
Izberite baterijo NiMH
Izberite NiMH, kadar:
- zamenjujete baterije v standardnih gospodinjskih ali starejših napravah (daljinski upravljalniki, ure, starejše igrače, preprosti industrijski pripomočki),
- varnost in robustnost sta pomembnejši od največje gostote energije,
- proračun je omejen in želite imeti predvidljivo oskrbo,
- na terenu že imate infrastrukturo za polnjenje NiMH.
Opomba kupca: navedite LSD NiMH ko je rok trajanja pomemben. Zmanjša število servisnih klicev in pritožb "zakaj je to že mrtvo?".
Izberite litij-ionsko baterijo
Izberite Li-ion, ko:
- pomembnost teže (brezpilotna letala, ročna inšpekcijska oprema, prenosni instrumenti),
- če potrebujete visoko izhodno moč (svetilke z visoko svetilnostjo, skenerji, orodja),
- če želite daljši čas delovanja med polnjenji,
- kupujete ali oblikujete paket z ustreznim BMS, polnilec in mehanska zaščita.
Primerjava, osredotočena na kupca: Če je vaš KPI čas delovanja na kilogram ali moč na prostornino, Li-ionski akumulator je jasen zmagovalec. Če je vaš KPI združljivost in zamenjava z nizkim tveganjem, običajno zmaga NiMH.
Razkriti pogosti miti
Mit 1: "Pred polnjenjem je treba baterije popolnoma izprazniti." To je bilo bolj pomembno za stare NiCd. Za sodobne NiMH in Li-ion akumulatorje globoko praznjenje ni nujno in lahko celo skrajša življenjsko dobo (zlasti za Li-ion).
Mit 2: "Li-ionski akumulatorji so večni." Li-ion se stara s časom, temperaturo in visokim stanjem napolnjenosti. Tudi pri majhnem številu ciklov je koledarsko staranje resnično. Če naprava stoji vroča in popolnoma napolnjena, se bo izguba zmogljivosti pokazala prej, kot bi si želeli.
Zaključek
Tukaj ni "najboljše baterije" - izberite na podlagi napetost naprave, algoritem polnilnikain nalaganje: uporaba LSD NiMH za 1,2 V/NiMH-polnjeno naprave; uporaba Li-ion le, če je sistem za to zasnovan (ustrezen polnilnik + zaščita); za "nadgradnje" AA pa uporabljajte 1,5V reguliran Li-ion AA, ne 3.7V celice. Kontaktirajte nas, Pošljite napetost naprave, ciljni čas delovanja in način polnjenja (ali fotografijo etikete) in hitro vam bom povedal, kaj je varno in kaj ne.
POGOSTA VPRAŠANJA
Ali lahko za litij-ionske baterije uporabljam polnilnik NiMH?
Ne. NiMH in litij-ionski akumulatorji potrebujejo različne algoritme polnjenja. Uporaba polnilnika NiMH za Li-ion lahko povzroči prekomerno polnjenje ali napačno delovanje in varnostno tveganje.
Zakaj so litijeve baterije 3,7 V in baterije AA 1,5 V?
Gre za različne kemikalije z različnimi elektrokemičnimi potenciali. Alkalen AA ima ~1,5 V, NiMH ~1,2 V, običajni Li-ion pa ~3,6/3,7 V. Enaka oblika ne pomeni enake napetosti.
Ali imajo baterije NiMH še vedno spominski učinek?
Ne v klasičnem smislu NiCd. Pri NiMH se lahko pojavijo težave z delovanjem, če se pod določenimi pogoji ponavlja plitvo ciklično delovanje, vendar je "spominski učinek" pri sodobnih NiMH običajno precenjen.
Katera baterija zdrži dlje, NiMH ali litij-ionska?
To je odvisno od tega, kako opredelite pojem "daljši". NiMH lahko v številnih primerih zmerne uporabe zagotavlja visoko življenjsko dobo cikla. Tudi Li-ion lahko traja dolgo, vendar je občutljiv na vročino in visoko stanje napolnjenosti (koledarsko staranje). Za pravi odgovor primerjajte delovne cikle, temperaturo in upravljanje polnjenja.
Kaj pa, če sem po pomoti uporabil 3,7-voltni litij-ionski akumulator v napravi, ki je namenjena za NiMH?
Prenehajte jo uporabljati in preverite, ali se naprava pregreva, poškoduje ali se obnaša nenormalno. Če je bila naprava napolnjena ali je delovala vroča, jo obravnavajte resno - preglejte napravo in ne ponavljajte te nastavitve.