Batéria je najdôležitejšou elektronikou vo vašom hardvéri. Ako však zabezpečiť, aby ste si vybrali prispôsobenú lítium-iónovú batériu vhodnú pre váš hardvér?
Tento článok obsahuje dve časti, ktoré demonštrujú otázku. Časť 1 sa zaoberá dôležitými faktormi pri výbere správnej batérie pre spotrebiteľské použitie. Medzi ne patrí dobíjateľnosť, hustota energie, hustota výkonu, životnosť, bezpečnosť, tvarový faktor, náklady a flexibilita. Časť 2 sa bude zaoberať tým, ako chémia ovplyvňuje dôležité metriky batérie, a teda výber batérie pre vašu aplikáciu. V časti 3 sa pozrieme na bežné chemické zloženie sekundárnych batérií.
NIEKTORÉ DÔLEŽITÉ ÚVAHY PRI VÝBERE BATÉRIE SÚ:
1. Primárne vs. sekundárne – Jednou z prvých možností pri výbere batérie je rozhodnúť, či aplikácia vyžaduje primárne (na jedno použitie) alebo sekundárne (nabíjateľné) batérie. Pre dizajnéra je to väčšinou ľahké rozhodnutie. Aplikácie s občasným prerušovaným používaním (ako je dymový hlásič, hračka alebo baterka) a jednorazové aplikácie, v ktorých sa nabíjanie stáva nepraktickým, vyžadujú použitie primárnej batérie. Dobrými príkladmi sú načúvacie prístroje, hodinky (s výnimkou inteligentných hodiniek), pohľadnice a kardiostimulátory. Ak sa má batéria používať nepretržite a po dlhú dobu, ako napríklad v notebooku, mobilnom telefóne alebo inteligentných hodinkách, je vhodnejšia nabíjateľná batéria.
Primárne batérie majú oveľa nižšiu rýchlosť samovybíjania – atraktívnu funkciu, keď nabíjanie nie je možné alebo praktické pred prvým použitím. Sekundárne batérie majú tendenciu strácať energiu vyššou rýchlosťou. Vo väčšine aplikácií je to menej dôležité kvôli schopnosti dobíjania.
2. Energia vs. výkon – Doba prevádzky batérie je daná kapacitou batérie vyjadrenou v mAh alebo Ah a je to vybíjací prúd, ktorý môže batéria poskytnúť v priebehu času.
Pri porovnávaní batérií rôznej chémie je užitočné pozrieť sa na energetický obsah. Ak chcete získať energetický obsah batérie, vynásobte kapacitu batérie v Ah napätím, aby ste získali energiu vo Wh. Napríklad nikel-metal hydridová batéria s 1,2 V a lítium-iónová batéria s 3,2 V môžu mať rovnakú kapacitu, ale vyššie napätie lítium-iónovej batérie by zvýšilo energiu.
Napätie naprázdno sa bežne používa pri výpočtoch energie (t. j. napätie batérie, keď nie je pripojená k záťaži). Kapacita aj energia sú však silne závislé od rýchlosti odtoku. Teoretickú kapacitu určujú iba aktívne elektródové materiály (chémia) a aktívna hmota. Praktické batérie však dosahujú iba zlomok teoretických čísel v dôsledku prítomnosti neaktívnych materiálov a kinetických obmedzení, ktoré bránia plnému využitiu aktívnych materiálov a hromadeniu produktov výboja na elektródach.
Výrobcovia batérií často špecifikujú kapacitu pri danej rýchlosti vybíjania, teplote a vypínacom napätí. Uvedená kapacita bude závisieť od všetkých troch faktorov. Pri porovnávaní kapacitných hodnotení výrobcu sa uistite, že sa pozeráte najmä na rýchlosti odberu. Batéria, ktorá má podľa špecifikácie vysokú kapacitu, môže v skutočnosti fungovať zle, ak je odber prúdu pre aplikáciu vyšší. Napríklad batéria s kapacitou 2 Ah na 20-hodinové vybíjanie nemôže dodať 2 A po dobu 1 hodiny, ale poskytne len zlomok kapacity.
Batérie s vysokým výkonom poskytujú schopnosť rýchleho vybíjania pri vysokých rýchlostiach vybíjania, ako napríklad v elektrickom náradí alebo v aplikáciách štartovacích batérií automobilov. Batérie s vysokým výkonom majú zvyčajne nízku hustotu energie.
Dobrou analógiou pre výkon verzus energia je predstava vedra s výlevkou. Väčšie vedro pojme viac vody a je podobné batérii s vysokou energiou. Veľkosť otvoru alebo výlevky, z ktorej voda opúšťa vedro, je podobná sile – čím vyšší je výkon, tým vyššia je rýchlosť odtoku. Ak chcete zvýšiť energiu, zvyčajne by ste zväčšili veľkosť batérie (pre danú chémiu), ale na zvýšenie výkonu znížite vnútorný odpor. Konštrukcia článkov hrá obrovskú úlohu pri získavaní batérií s vysokou hustotou výkonu.
Mali by ste byť schopní porovnať teoretické a praktické hustoty energie pre rôzne chemické látky z učebníc pre batérie. Keďže však hustota výkonu veľmi závisí od konštrukcie batérie, tieto hodnoty nájdete len zriedka.
3. Napätie – Prevádzkové napätie batérie je ďalším dôležitým faktorom a závisí od použitých materiálov elektród. Užitočnou klasifikáciou batérií je tu zvážiť vodné batérie alebo batérie na báze vody oproti chemikáliám na báze lítia. Kyselina olovnatá, zinok-uhlík a nikel-metal hydrid všetky používajú elektrolyty na vodnej báze a majú menovité napätie v rozsahu od 1,2 do 2 V. Na druhej strane lítiové batérie používajú organické elektrolyty a majú menovité napätie 3,2 až 4 V (primárne aj sekundárne).
Mnoho elektronických súčiastok pracuje pri minimálnom napätí 3 V. Vyššie prevádzkové napätie chemických látok na báze lítia umožňuje použitie jedného článku namiesto dvoch alebo troch článkov na vodnej báze v sérii na vytvorenie požadovaného napätia.
Ďalšou vecou, ktorú treba poznamenať, je, že niektoré chemické zloženie batérií, ako napríklad Zinok MnO2, majú šikmú krivku vybíjania, zatiaľ čo iné majú plochý profil. To ovplyvňuje medzné napätie (obr. 3).
Obrázok 3: Graf napätia založený na chémii batérie
VTC Power napätie batérie na chémii
4. Teplotný rozsah – chémia batérie určuje teplotný rozsah aplikácie. Napríklad zinkovo-uhlíkové články na báze vodného elektrolytu nemožno použiť pri teplote nižšej ako 0 °C. Alkalické články tiež vykazujú prudký pokles kapacity pri týchto teplotách, hoci menej ako zinok-uhlík. Lítiové primárne batérie s organickým elektrolytom je možné prevádzkovať až do -40°C, avšak s výrazným poklesom výkonu.
V dobíjateľných aplikáciách možno lítium-iónové batérie nabíjať maximálnou rýchlosťou len v úzkom okne približne 20° až 45°C. Za týmto teplotným rozsahom je potrebné použiť nižšie prúdy/napätia, čo má za následok dlhší čas nabíjania. Pri teplotách nižších ako 5 °C alebo 10 °C môže byť potrebné udržiavacie nabíjanie, aby sa predišlo obávanému problému s dendritickým pokovovaním lítiom, ktorý zvyšuje riziko úniku tepla (všetci sme počuli o explodujúcich batériách na báze lítia, čo by mohlo mať za následok prebitia, nabíjania pri nízkej alebo vysokej teplote alebo skratu od nečistôt).
ĎALŠIE ÚVAHY:
5. Skladovateľnosť – Udáva, ako dlho bude batéria stáť v sklade alebo na poličke pred použitím. Primárne batérie majú oveľa dlhšiu životnosť ako sekundárne. Skladovateľnosť je však vo všeobecnosti dôležitejšia pre primárne batérie, pretože sekundárne batérie majú schopnosť dobíjania. Výnimkou je prípad, keď dobíjanie nie je praktické.
6. Chémia – Mnohé z vlastností uvedených vyššie sú diktované bunkovou chémiou. O bežne dostupných chemikáliách batérií budeme diskutovať v ďalšej časti tohto blogového seriálu.
7. Fyzická veľkosť a tvar – Batérie sú zvyčajne dostupné v nasledujúcich veľkostných formátoch: gombíkové/mincové články, cylindrické články, prizmatické články a vreckové články (väčšina z nich v štandardizovaných formátoch).
8. Náklady – Sú chvíle, kedy možno budete musieť nechať ujsť batériu s lepšími výkonnostnými charakteristikami, pretože aplikácia je veľmi citlivá na náklady. To platí najmä pre veľkoobjemové jednorazové aplikácie.
9. Preprava, predpisy o likvidácii – Preprava lítiových batérií je regulovaná. Likvidácia určitých chemických látok batérií je tiež regulovaná. Toto môže byť zváženie pri aplikáciách s veľkým objemom.
10. Bezpečnosť lítiovej batérie od výrobcu. Niektorí výrobcovia dokonca pred sériovou výrobou nerobili žiadne testy bezpečnosti a spoľahlivosti na vlastnej strane. To predstavuje veľké nebezpečenstvo v konečnej aplikácii.
Pri výbere batérie je potrebné zvážiť veľa. Niektoré z nich súvisia s chémiou, zatiaľ čo iné súvisia s dizajnom batérie, konštrukciou a schopnosťou výrobcu. Najdôležitejším je výber najskúsenejšieho výrobcu lítium-iónových batérií. VTC Power Co., Ltd sa špecializuje na výrobu lítium-iónových batérií už 20 rokov a dajte pre vás najlepší návrh!
VTC Power Co., Ltd
Tel: 0086-0755-32937425
Fax: 0086-0755-05267647
Pridať: No 10, JinLing Road, Zhongkai Industrial Park, Huizhou City, Čína
E-mail: info@vtcpower.com
webová stránka: http://www.vtcpower.com
kľúčové slová: #prispôsobená lítium-iónová batéria #Primárna verzus sekundárna batéria#Lítium-iónová batéria #Fyzická veľkosť a tvar #Výroba lítium-iónových batérií # cylindrické články# prizmatické články #trvanlivosť #Preprava lítiových batérií#Bezpečnosť lítiových batérií#VTC Power Co ., Ltd
