аксессуары
  видео и статьи
  контакты
  радиофорум
  карта сайта

Продажа радиостанций Vertex. Ремонт раций.  Радиостанции торговых марок Vertex и Yaesu  Продажа радиостанций Vertex, Yaesu. Ремонт раций.

 

Обзор NiCd, NiMH и Li-Ion аккумуляторы, сравнение


Итак. Ежедневно мы используем в работе АКБ. И зачастую для неопытного пользователя становится египетскими письменами всё, что сказано о них в приводимых описаниях.

Первый и наиболее очевидный параметр – это ёмкость (измеряется в Ампер/часах) то есть за сколько часов аккумулятор может быть разряжен при номинальном токе 1 ампер полностью (сейчас мы говорим, я напомню, об аккумуляторах для носимых радиостанций, а их отличие от автомобильных или стационарных более чем существенно не только по размерам и назначению, но и по сути характеристик )
С грехом пополам разобравшись с емкостью и формой АКБ наш неподготовленный пользователь натыкается на непонятную абревиатуру
Как говорит нам справочник, аккумуляторы на данный момент выпускаются трёх двух основных видов. Это LiOn (Литий-ионные) и NiMH (Никельметаллгидридные, ранее Никель-кадмиевые)
Суть понять можно. Однако какой из них лучше?
На миг углубимся в историю:
Непрерывный поиск автономных источников питания постоянного тока продолжается с тех пор, как А. Вольта предложил общественности в 1859 году химический источник электрической энергии в виде батареи гальванических элементов. С тех пор было предложено немало идей электролитов, рано или поздно предававшиеся забвению из-за недостаточной эффективности, а иногда и из-за вредного воздействия на окружающую среду (например, ртутные элементы).
Идеальный автономный источник постоянного тока должен иметь небольшие габариты и массу, но в то же время обладать достаточной энергоемкостью для продолжительной работы в заданных условиях, допускать многократное использование (подзарядку и быть безопасным при утилизации), В той или иной мере этим требованиям отвечают аккумуляторы.
При использовании в различной радиоэлектронной аппаратуре на сегодня популярны, никель-металлгидридные (NiMH) и литий-ионные (Li-Ion) аккумуляторы. Последние появились относительно недавно, но уверенно заявляют о своих правах. Их использование с каждым годом растет- Так, например, в 1994 г. таких аккумуляторов различного назначения изготовили и реализовали порядка 12,3 млн. штук, а уже в следующем - производство достигло 32 млн. Справедливости ради следует отметить, что в то же время NiMH аккумуляторов во всем мире было изготовлено более 300 млн.
Попытаемся ответить на этот вопрос.

NiMH аккумуляторы были разработаны фирмой Sanyo Electric в 1990 г С тех пор они заметно потеснили широко известные NiCd аккумуляторы. Главное их преимущество оказалось в более высокой плотности энергии на единицу объема, выражаемую в размерности ватт час на литр (Вт.ч/л).
Типовое значение плотности энергии лучших образцов NiCd аккумуляторов составляет 120 Вт ч/л, в то время как для металлгидридных оно имеет значение 175 Вт.ч/л, а для литий-ионных-230 Вт ч/л.
Повторим: Никель металл гидрид более емкий нежели никель кадмий.  Но уступает Литий-иону

Другое преимущество металлгидридного аккумулятора заключается в его "удельной" стоимости. В пересчете на единицу электрической емкости источника тока эти аккумуляторы вдвое дешевле по сравнению с литий-ионными, но, правда, во столько же дороже NiCd. Впрочем, последнее не является принципиальным недостаткам металлгидридных аккумуляторов - их никель-кадмиевые конкуренты окончательно проиграли борьбу по другим позициям - массо-габаритным параметрам и высокой токсичности кадмия при утилизации.
Повторим: Никель металл гидрид дешевле и меньше по габаритам.

Сравним теперь  электрические характеристики различных аккумуляторов. Номинальное напряжение никель-кадмиевых и металлгидридных аккумуляторов одинаково и составляет примерно 1,25 В. Оно практически постоянно в течение всего цикла разрядки, снижаясь резко только в конце этого цикла. У литий-ионного аккумулятора номинальное напряжение составляет 3,6 В. В процессе цикла разрядки оно линейно уменьшается. Ниже определенного напряжения литий-ионный аккумулятор разряжать нежелательноВнутреннее сопротивление NiCd и NiMH элементов очень низкое (менее 0,1 Ом для элементов типоразмера АА), поэтому они позволяют получить значительный разрядный ток. У Li-Ion элементов внутреннее сопротивление на порядок больше.
Итак: Никель металл гидрид запоминает зарядку., а Литий –ион устает со временем.

Саморазряд запасенной энергии у никель-кадмиевого и металлгидридного аккумуляторов относительно высокий - в течение месяца хранения он достигает около 25%. Здесь литий-ионный аккумулятор, можно сказать, вне конкуренции. Этот параметр у него не превышает 1 % за тот же период.
По надежности металлгидридные аккумуляторы близки к никель-кадмиевым, но склонны к отказам при высоких разрядных токах.
Металлгидридные аккумуляторы имеют еще одно преимущество перед литий-ионными. При прохождении 300 циклов зарядки-разрядки (с соблюдением правил эксплуатации) у металлгидридных совсем не происходило потери паспортного значения энергоемкости, в то время как у литий-ионных она снижается на 20 %. Более того, это наблюдается и при длительном хранении аккумуляторов без работы на реальную нагрузку. Отмечались также случаи разрушения Li-Ion аккумуляторов, если напряжение на них снижалось ниже определенного значения. Вот почему некоторые изготовители даже устанавливают на свои аккумуляторы индикаторы разрядки чтобы была возможность визуально оценить его текущее состояние.
Наиболее вероятными причинами отказов NiCd элементов являются внутренние короткие замыкания, вызываемые ростом кристаллов, называемых дендритами. Хотя они и могут быть разрушены "форсированным" высоким зарядным током или зарядкой током специальной формы (часть периода имеющего отрицательное значение), дендриты повторно вырастают, если элемент используется не регулярно.
По заявлениям разработчиков, дендриты у металлгидридных аккумуляторов не наблюдались.
Общеизвестная проблема для NiCd аккумуляторов - это "эффект памяти", который проявляется в частичной (временной) потере энергоемкости аккумулятора, если он будет поставлен на зарядку до полного разряда. Он как бы "помнит" точку начала очередного цикла подзарядки и при разрядке активно отдаст только полученную за время последней подзарядки энергоемкость.

"Эффект памяти" присущ также и NiMH аккумуляторам. Из этого следует сделать вывод, что необходимо устройство, которое бы контролировало глубину разрядки. За нижнюю границу принимают уровень 1,05..,1,1 В на элемент, при этом "эффектом памяти" можно пренебречь. Такие устройства повсеместно применяются в мобильных и переносных телефонах, поэтому даже если в них и проявляется этот эффект, то он минимизирован - энергоемкость никогда на снижается более чем на 10 %. Если "эффект памяти" в какой-то период эксплуатации все же проявился. то его устраняют несколькими циклами тренировки (зарядка-разрядка). После чего аккумуляторы вполне пригодны для дальнейшей работы в составе любых потребителей.
Существует два способа подзарядки аккумуляторов: быстрый и продолжительный. Продолжительный способ, принимаемый всеми изготовителями аккумуляторов как основной, выполняется небольшим по величине током, безопасным для элементов в случае нарушения временного режима (хотя последнее и не рекомендуется). Большое преимущество этого способа в том, что не требуется никаких устройств индикации окончания подзарядки поскольку, как было сказано выше, небольшой ток не может вывести из строя элемент или батарею независимо от того, как долго происходит подзарядка. Недостаток - длительность процесса зарядки.
Это не всегда удобно, вот почему подобные аккумуляторы сейчас используются только в дешевых изделиях - игрушках фонарях и др, А вот для аккумуляторов типоразмера С (используемых преимуществвенно в мобильных системах) номинальным зарядным током принято значение, численно равное его энергоемкости.
Обычный способ определения момента окончания подзарядки - использование индикаторов напряжения или температуры. Менее наглядный способ, а следовательно, и менее продуктивный, - применение таймера, отключающего заряжаемый аккумулятор по истечении заданного периода времени.

 

Подведём итоги:
Плюсы Ni-Cd Никель-кадмиевых аккумуляторов

  • Низкая цена Ni-Cd Никель-кадмиевых аккумуляторов
  • Возможность отдавать наибольший ток нагрузки
  • Возможность быстрого заряда аккумуляторной батареи
  • Сохранение высокой ёмкости аккумулятора до -20°C
  • Большое количество циклов заряда-разряда. При правильной эксплуатации подобные аккумуляторы отлично работают и допускают до 1000 циклов заряда-разряда и более

Минусы Ni-Cd Никель-кадмиевых аккумуляторов

  • Относительно высокий уровень саморазряда – Ni-Cd Никель-кадмиевый аккумулятор теряет порядка 8-10% своей ёмкости в первые сутки после полного заряда.
  • Во время хранения Ni-Cd Никель-кадмиевый аккумулятор теряет порядка 8-10% заряда каждый месяц
  • После длительного хранения ёмкость Ni-Cd Никель-кадмиевого аккумулятора восстанавливается после 5 циклов разряда-заряда.
  • Для продления срока службы Ni-Cd Никель-кадмиевого аккумулятора рекомендуется каждый раз полностью его разряжать для предотвращения проявления «эффекта памяти»

Плюсы Ni-MH Никель-металлогидридных аккумуляторов

  • Нетоксичные аккумуляторы
  • Меньший «эффект памяти»
  • Хорошая работоспособность при низкой температуре
  • Большая ёмкость по сравнению с Ni-Cd Никель-кадмиевыми аккумуляторами

Минусы Ni-MH Никель-металлогидридных аккумуляторов

  • Более дорогой тип аккумуляторов
  • Величина саморазряда примерно в 1.5 раза выше по сравнению с Ni-Cd Никель-кадмиевыми аккумуляторами
  • После 200-300 циклов разряда-заряда рабочая ёмкость Ni-MH Никель-металлогидридных аккумуляторов несколько снижается
  • Батареи Ni-MH Никель-металлогидридных аккумуляторов имеют ограниченный срок службы

Плюсы Li-Ion Литий-ионных аккумуляторов

  • Отсутствует «эффект памяти» и поэтому появляется возможность заряжать и подзаряжать аккумулятор по мере необходимости
  • Высокая ёмкость Li-Ion Литий-ионных аккумуляторов
  • Небольшая масса Li-Ion Литий-ионных аккумуляторов
  • Рекордно-низкий уровень саморазряда – не более 5% в месяц
  • Возможность быстрого заряда  Li-Ion Литий-ионных аккумуляторов

Минусы Li-Ion Литий-ионных аккумуляторов

  • Высокая стоимость Li-Ion Литий-ионных аккумуляторов
  • Сокращается время работы при температуре ниже нуля градусов Цельсия 
  • Ограниченный срок службы постоянна тренировка.

 



В ДОПЛНЕНИЕ К ВЫШЕСКАЗАННОМУ

Свинцовые кислотные (Lead-Acid) аккумуляторные батареи
Аккумуляторные батареи этого типа широко применяются в системах связи и в тех случаях, когда требуется значительная ёмкость (например, в качестве резервных источников питания бесперебойного питания базовых станций). Существующие герметичные (гелевые) батареи и батареи с жидким электролитом (свинцовые) имеют примерно одинаковые электрические характеристики при низких температурах. В холостом ходу, при температуре окружающей среды 25о С, они длительно сохраняют до 95% от своей ёмкости. При низких температурах (ниже минус 20о С) их ёмкость значительно уменьшается
Свинцовые батареи с жидким электролитом имеют более высокую плотность энергии относительно герметичных гелевых аккумуляторов, но проигрывают по этой характеристике другим типам АКБ. При номинальной температуре срок сохранности заряда в этих батареях составляет примерно 3 месяца (саморазряд 5% в месяц).
Модифицированные свинцовые батареи (Absorption Glass Mat)
В батареях AGM электролитом пропитан из материала, напоминающим стекловату с очень тонкими стеклянными волокнами. По электрическим характеристикам они занимают промежуточное положение между гелевыми батареями и батареями с жидким электролитом, и данный тип аккумуляторов практически лишён одного из самых неприятных недостатков гелевых батарей – необратимого увеличения внутреннего сопротивления батареи при и небрежной эксплуатации, когда в силикагеле, используемых для фиксации электролита, образуются разрывы из-за пузырьков газа. При номинальной температуре срок сохранности заряда в этих батареях составляет примерно 3 месяца (саморазряд 5% в месяц).
Литий–ионные (Li-Ion) аккумуляторы
Литий-ионные аккумуляторы показывают неплохие характеристики при низких температурах. Большинство производителей гарантирует работу этого типа батарей при температуре окружающей среды до минус 20о С. При этом, при комнатной температуре, при небольшой нагрузке они способны отдавать до 70% от своей ёмкости, а при больших токах нагрузки – до 40%. При температуре окружающего воздуха около 0о С уменьшение ёмкости мало заметно. Эти батареи имеют рабочее напряжение от 3,5 до 3,7 Вольт, хорошую плотность энергии по отношению к своей массе и габаритам и широко применяются в носимых радиостанциях. При номинальной температуре срок сохранности заряда в этих батареях составляет примерно 6 недель (саморазряд 10% в месяц).
Литиевые (Li-Metal) аккумуляторные батареи
Этот тип батарей имеет напряжение на каждом элементе 3 Вольта и применяется до температуры окружающего воздуха минус 30о С. В сравнении с другими типами аккумуляторов, они имеют наиболее высокую плотность энергии. Однако, это преимущество постепенно сходит на нет при понижении температуры. Так, при температуре окружающей среды около 0о С, их ёмкость уменьшается примерно, до 70% от ёмкости при комнатной температуре; при минус 20о С – до 55%; при минус 30о С можно рассчитывать, примерно, на 40% от первоначальной ёмкости. Этот тип батарей считается небезопасным при разгерметизации, и производители продолжают усовершенствовать их конструкцию. Ввиду специфических требований к режиму заряда и по соображениям безопасной эксплуатации, литиевые аккумуляторы выпускаются с встроенными контроллерами заряда. Контроллер не допускает порчу батареи вследствие её перезаряда и её глубокий разряд. При наступлении опасности любого рода, выходные силовые контакты батареи будут отключены защитной схемой контроллера, что позволяет сохранить литиевые элементы батареи. «Эффект памяти», характерный для предыдущего поколения никель-кадмиевых батарей, у литиевых батарей отсутствует. Поэтому, заряжать такие батареи можно при любом остаточном уровне заряда, не опасаясь снижения её ёмкости. При номинальной температуре срок сохранности заряда в этих батареях составляет примерно 1 год.
Никель-кадмиевые (Ni-Cd) аккумуляторы
Никель-кадмиевые аккумуляторные батареи предназначены для работы в условиях низких (до минус 20о С) температуры окружающего воздуха. Каждый элемент батареи имеет рабочее напряжение 1,2 Вольта. При небольшой нагрузке и температуре окружающей среды 0о С, элементы батареи отдают до 95% от своей ёмкости. При той же температуре и под большой нагрузкой, ёмкость батареи уменьшается до 90%. При понижении температуры до минус 20о С можно рассчитывать на 60% от первоначальной ёмкости, хотя при малых токах в нагрузке батарея способна отдать до 80% от своей ёмкости. При температуре минус 40о С можно ожидать до 40% ёмкости при малых токах нагрузки, но АКБ практически не способна отдавать большой ток (например, при переходе портативной радиостанции в режим передачи). Никель-кадмиевые батареи имеют маленькое внутреннее сопротивление, и ка следствие этого – умеренный саморазряд. . При номинальной температуре срок сохранности заряда в этих батареях составляет примерно 3 недели (саморазряд 20% в месяц).
Никель-гидридные (NI-MH) аккумуляторные батареи
Никель-гидридные (Nickel-Metal Hydride) аккумуляторы сохраняют свою работоспособность до температуры окружающей среды минус 20о С. При комнатной температуре (25о С) и при малых токах в нагрузке, они способны отдавать до 90 % от своей первоначальной ёмкости. Однако, при больших токах в нагрузке и при той же температуре окружающего воздуха, стоит рассчитывать только на 40% ёмкости. При температуре 0о С и небольшом токе в нагрузке, эти аккумуляторы отдают порядка 95% от своей первоначальной ёмкости. Несмотря на значительное снижение ёмкости при больших токах в нагрузке в условиях низких температур, никель-гидридные аккумуляторные батареи применяются для работы окружающего воздуха до минус 30о С. Основной их недостаток – глубокий саморазряд (до 30 % в месяц), а срок сохранности заряда при номинальной температуре составляет 2 недели.
Перезаряжаемые щелочные батареи (Rechargeable Alkaline Battery)
Перезаряжаемые щелочные батареи (не путать с аккумуляторами, которые в старых публикациях до 1990 года назывались «никель-кадмиевыми щелочными батареями») имеют максимальный рекомендуемый ток разряда не более 400-500 мА. У них высокое внутреннее сопротивление, что приводит к серьёзному падению напряжения даже при комнатной температуре при работе в радиопередающей аппаратуре с выходной мощностью выше 0,1 Вт. Поэтому, применение этих батарей для работы в условиях низких температур не желательно. При низкой температуре окружающего воздуха эти батареи подходят только для работы в маломощных устройствах и при малых токах разряда. При положительной температуре они отдают около 75% от своей первоначальной ёмкости и менее 20% при температуре минус 20о С. Основное достоинство этих батарей – небольшой ток саморазряда, а основной недостаток – малое количество циклов заряда-разряда, которые аккумуляторы способны обеспечить при допустимой потере ёмкости.
Alexey at 04:09PM, 2016/02/24.

Оставьте Ваш комментарий

Вы можете использовать следующие HTML тэги: <a><br><strong><b><em><i><blockquote><pre><code><img><ul><ol><li><del>

Введите код с картинки:



Comments script