Літій-іонні та нікель-металогідридні акумулятори: в чому різниця? Одного разу менеджер із закупівель європейського OEM-виробника надіслав нам електронною поштою фотографію, яка змусила мене здригнутися: лоток з елементами "розміру АА" від польового пристрою - деякі з них були марковані NiMHдеякі Літій-іонний-змішані так, ніби вони були взаємозамінні. Звіт про невдачу був тупим: випадкові перезавантаження, роздуті елементи та одна розплавлена кришка акумулятора. У цьому і полягає пастка: вони можуть виглядати схожими, але вони електрично та хімічно різніі неправильний своп може означати що завгодно, від "не працює" до пошкодження від перенапруги або інцидент з безпекою зарядки. Емпіричне правило: вибирати Літій-іонний за висока енергія/потужність на вагу коли пристрій + зарядний пристрій призначені для нього; обирайте NiMH за надійні, економічно вигідні замінники 1,2 В AA/AAA.
Акумулятор Kamada Power 12v 100Ah Lifepo4
Швидке порівняння NiMH та літій-іонних акумуляторів
| Особливість | NiMH | Літій-іонний (Li-ion) |
|---|
| Номінальна напруга | 1.2V на клітинку | 3.6В/3.7В на комірку (типовий) |
| Щільність енергії | Середній | Високий |
| Саморозряд | Помірні (типи з низьким саморозрядом набагато кращі) | Низький (загалом) |
| Ефект пам'яті | Мінімальний (не як у старих NiCd) | Ні (але старіє по-різному) |
| Життя циклу | ~500-2000 циклів (сильно залежить від глибини розряду і контролю заряду) | ~300-1000+ циклів (широко варіюється в залежності від хімії, проектних обмежень і теплового профілю) |
| Вартість | Нижній аванс | Вищі авансові витрати (плюс складність захисту/зарядки) |
Якщо ви купуєте для програми, цей ряд напруг сам по собі повинен вас сповільнити. 1,2 В проти 3,7 В не є похибкою округлення. Це зовсім інша система.
Пояснення ключових відмінностей
1. Напруга та щільність енергії (велика)
Почнемо з тієї частини, яка непомітно ламає продукти.
Стандарт NiMH AA клітина - це 1,2 В номінальна (це може бути ~1,4 В щойно вимкненого заряду, потім осідає). Стандартний Літій-іонний клітина - це 3.6В/3.7В номінальна (4,2 В повністю заряджений для звичайного літій-іонного акумулятора).
Що станеться, якщо хтось впустить звичайний літій-іонний елемент з напругою 3,7 В в пристрій, розрахований на 1,2 В NiMH?
- Найкращий випадок: пристрій відмовляється запускатися (якщо він має захист).
- Поширений випадок: це починаєтьсяа потім перегріває регулятори або підсмажує передню електроніку.
- У найгіршому випадку: це стає небезпекою для зарядки, оскільки "зарядний пристрій" пристрою не є літій-іонним зарядним пристроєм.
Застереження щодо безпеки EEAT (важливо): Єдиний випадок, коли "Li-ion AA" є безпечним для гнізд AA, - це коли він 1.5V регульована літій-іонна батарейка AA-літій-іонний елемент всередині, плюс Стабілізатор постійного струму DC-DC який видає ~1,5 В. Вони розроблені спеціально для імітації лужної поведінки в пристроях, які очікують 1,5 В. Голий 14500 літій-іонний елемент (розмір АА) - це не те ж саме - все ще ~3,7 В номінальної напруги.
Тепер, щільність енергії: Літій-іонний акумулятор перемагає. Ось чому телефони, ноутбуки, дрони, ручні сканери та більшість сучасних акумуляторів - літій-іонні (часто NMC/NCA або LFP, залежно від застосування). Ви отримуєте більше ват-годин на кілограм і на літр. Для покупця це означає
- більш легкі пристрої,
- довший час роботи при тій самій вазі,
- або менші пакети за той самий час виконання.
NiMH має більшу вагу при тій самій енергії. Це не "погано". Це просто не гонитва за тими самими характеристиками.
2. Саморозряд і термін придатності
Ось короткий психологічний тест, який я використовую з клієнтами: тест шухляди.
Ви встановлюєте свіжі елементи, потім пристрій стоїть на складі, в сервісному фургоні або в ящику для запчастин 6-12 місяців. До чого ви повертаєтеся?
- Стандартний NiMH історично мав помітний саморозряд. Ви можете витягнути його і виявити, що він дратівливо низький або плаский.
- NiMH з низьким саморозрядом (LSD) NiMH-категорія "клас Eneloop" змінила правила гри. LSD NiMH може тримати заряд набагато краще, ніж старі моделі NiMH, що робить його практичним для пультів дистанційного керування, датчиків і резервних пристроїв.
- Літій-іонний зазвичай має низький саморозрядале у неї інший ворог: календарне старіння. Навіть якщо ви не використовуєте його багато, високий рівень заряду + нагрівання можуть з часом зменшити ємність.
Що ж краще для рідко використовуваних пристроїв? Часто Літій-іонний краще виглядає на "ще буде заряджатися пізніше", але LSD NiMH можуть бути напрочуд конкурентоспроможними, а іноді й більш поблажливими при неконтрольованому зберіганні.
Порада для закупівельників: якщо ваші запчастини лежать довго, вкажіть LSD NiMH явно. "NiMH" саме по собі не є повною специфікацією.
3. Зарядка та безпека (критично важливо)
Це те місце, де люди страждають - у буквальному сенсі - якщо система переплутана.
Несумісність зарядних пристроїв не обговорюється:
- Зарядні пристрої NiMH часто використовують Виявлення ΔV (дельта-V) та температурну поведінку для припинення заряду.
- Літій-іонні зарядні пристрої використання CC/CV (постійний струм / постійна напруга) з точними обмеженнями по напрузі (зазвичай 4,2 В на комірку для багатьох хімічних речовин) і вимагають контролю захисту.
Попередження (варто повторити): Ніколи не ставив Літій-іонний клітини в Зарядний пристрій NiMH. І не думайте, що "розумний зарядний пристрій" означає, що він може безпечно виявити все, що завгодно. Неправильний алгоритм + неправильне завершення = перегрів елемента, вентиляція або ще гірше.
Профіль безпеки:
- NiMH як правило, більш надійний і менш схильний до драматичних збоїв. Він може перегріватися, якщо ним зловживати, але, як правило, важче викликати катастрофічну подію.
- Літій-іонний має вищу щільність енергії і може видавати дуже високий струм, що дуже добре - до тих пір, поки ним неправильно не керувати. Зазвичай для цього потрібен ланцюг захисту / BMS (Battery Management System) на рівні упаковки (або захисної друкованої плати на рівні комірки в споживчих форматах) для запобігання сценаріям перезарядження, перерозрядження, перевантаження за струмом і теплового вибігу.
З нашого досвіду роботи з промисловими клієнтами, більшість "літій-іонних інцидентів" не пов'язані з тим, що хімія є "небезпечною". Вони пов'язані з тим, що проектування системиконтроль зарядки, механічний захист, терморегуляція та якість елементів.
Реальні клієнти швидко помічають різницю в роботі в холодну погоду.
В умовах низьких температур:
- NiMH можуть виникнути проблеми з подачею енергії та ефективною потужністю. Внутрішній опір зростає, і ви можете спостерігати провисання під навантаженням.
- Якісний літій-іонний все ще може видавати сильну потужність, але це не магія: холод також збільшує опір у літій-іонних батареях. І ще, зарядка літій-іонних акумуляторів холодним способом є відомим ризиком - багато систем обмежують струм заряду при низьких температурах, щоб запобігти літієвому покриттю.
Якщо ви запитуєте про зовнішнє обладнання (інспекційні інструменти, ручні сканери, дистанційні датчики), не просто запитуйте: "Чи працює воно при -10°C?". Запитайте:
- що це за струм розряду при температурі,
- що це за ліміт заряду при температурі,
- і чи виконує його зграя/контролер.
Чи можна замінити NiMH на літій-іонний акумулятор?
Сценарій А: Побутова електроніка (AA/AAA)
Відповідь: Так, але тільки зі спеціальними регульованими літій-іонними батареями типу АА з напругою 1,5 В.
Якщо ви замінюєте батарейки AA/AAA в пультах дистанційного керування, контролерах, іграшках або базовій електроніці, це безпечний шлях:
- NiMH (особливо LSD NiMH), або
- 1.5V регульована літій-іонна батарейка AA розроблений як заміна на заміну.
Обережно: Робити не використовуйте голий 14500 (3,7 В) Li-ion у стандартному пристрої типу АА. Однаковий розмір не означає однакову електричну систему.
Для закупівель: якщо ваші польові команди зберігають комірки розміром "АА" в контейнерах, вам потрібна дисципліна в пакуванні та маркуванні. Змішані контейнери - це те, що призводить до збоїв.
Відповідь: Так, це звичайне оновлення, яке часто призводить до значного стрибка продуктивності.
Ось тут і сяє Li-ion:
- вища вихідна потужність,
- менше падіння напруги під час розряджання акумулятора,
- краще співвідношення потужності до ваги.
Але це має свої вимоги:
- ви повинні перейти на Зарядний пристрій для літій-іонних акумуляторів,
- забезпечити двигун/контролер може впоратися з напругою та піковим струмом,
- а в ідеалі - використовувати пакети з належним захистом і тепловим дизайном.
Проста аналогія: перехід на літій-іонні батареї - це все одно, що замінити приміський двигун на потужний. Відмінні результати - якщо трансмісія створена для цього.
Сценарій C: Сонячні садові світильники
Відповідай: Зазвичай ні.
Більшість сонячних садових світильників розроблені на основі 1.2V NiMH поведінку під час заряджання та надзвичайно прості схеми. Літій-іонні акумулятори зазвичай не відповідають способу заряджання або очікуваній напрузі.
Якщо тільки ви не переробите драйвер і схему зарядки, дотримуйтеся NiMH. Він дешевий, сумісний і безпечний для цієї архітектури.
Який з них варто купити?
Виберіть акумулятор NiMH
Виберіть NiMH коли:
- ви замінюєте батарейки в стандартних побутових або застарілих пристроях (пультах, годинниках, старих іграшках, простих промислових аксесуарах),
- безпека та надійність мають більше значення, ніж максимальна щільність енергії,
- бюджет обмежений, і ви хочете мати передбачувані джерела постачання,
- у вас вже є інфраструктура зарядки NiMH на місцях.
Примітка для покупця: вказати LSD NiMH коли термін придатності має значення. Це зменшує кількість дзвінків до сервісу та скарг на те, що "чому воно вже здохло?".
Виберіть літій-іонний акумулятор
Виберіть Li-ion коли:
- вага має значення (дрони, ручні інспекційні пристрої, портативні прилади),
- вам потрібна висока потужність (ліхтарі з високим світловим потоком, сканери, інструменти),
- вам потрібен довший час роботи між заряджаннями,
- ви купуєте або розробляєте упаковку з належним BMSзарядний пристрій та механічний захист.
Порівняння, орієнтоване на покупця: Якщо ваш KPI час роботи на кілограм або потужність на об'ємLi-ion - явний переможець. Якщо ваш KPI сумісність та заміна з низьким рівнем ризикуNiMH зазвичай перемагає.
Розвінчання поширених міфів
Міф 1: "Перед зарядкою потрібно повністю розрядити батареї". Це було більш актуально для старих NiCd. Для сучасних NiMH і Li-ion глибокий розряд не є обов'язковим і може навіть скоротити термін служби (особливо для Li-ion).
Міф 2: "Літій-іонний акумулятор працює вічно". Літій-іон старіє під впливом часу, температури і високого рівня заряду. Навіть при низькій частоті використання календарне старіння є реальним. Якщо пристрій лежить гарячим і повністю зарядженим, втрата ємності проявиться швидше, ніж вам хотілося б.
Висновок
Тут немає "найкращого акумулятора" - вибирайте на основі напруга пристрою, алгоритм зарядного пристроюі навантаженнявикористання LSD NiMH за 1,2 В / NiMH-аккумулятор пристрої; використання Літій-іонний тільки тоді, коли система призначена для цього (належний зарядний пристрій + захист); а для "апгрейдів" АА використовуйте 1.5V регульована літій-іонна батарейка AAа не 3.7V клітини. Зв'яжіться з намиНадішліть напругу вашого пристрою, цільову тривалість роботи та спосіб заряджання (або фото етикетки), і я швидко скажу вам, що безпечно, а що ні.
ПОШИРЕНІ ЗАПИТАННЯ
Чи можна використовувати зарядний пристрій NiMH для літій-іонних акумуляторів?
Ні. NiMH та Li-ion вимагають різних алгоритмів заряджання. Використання зарядного пристрою NiMH для літій-іонних акумуляторів може призвести до перезарядки або неправильного завершення роботи і створити загрозу безпеці.
Чому літієві батареї мають напругу 3,7 В, а батарейки типу АА - 1,5 В?
Це різні хімічні елементи з різними електрохімічними потенціалами. Лужна батарейка AA має ~1,5 В, NiMH - ~1,2 В, а звичайна літій-іонна - ~3,6/3,7 В номінальної напруги. Однакова форма не означає однакову напругу.
Чи зберігають NiMH акумулятори ефект пам'яті?
Не в класичному розумінні NiCd. NiMH може демонструвати проблеми з продуктивністю при багаторазовому короткочасному розряді за певних умов, але "ефект пам'яті" зазвичай переоцінюється для сучасних NiMH.
Який акумулятор служить довше, NiMH або літій-іонний?
Це залежить від того, як ви визначаєте "довше". Нікель-металогідридні акумулятори можуть забезпечити тривалий термін служби в багатьох випадках помірного використання. Літій-іонні також можуть працювати довго, але вони чутливі до нагрівання і високого рівня заряду (календарне старіння). Щоб отримати реальну відповідь, порівняйте робочий цикл, температуру і управління зарядом.
Що робити, якщо я випадково використовую літій-іонний акумулятор 3,7 В в пристрої, призначеному для нікель-металгідридних акумуляторів?
Припиніть використання і перевірте пристрій на перегрів, пошкодження або ненормальну поведінку. Якщо він був заряджений або перегрівся, поставтеся до цього серйозно - перевірте пристрій і не використовуйте його повторно.