цифровая электроника
вычислительная техника
встраиваемые системы

 
» » Батарейки и аккумуляторы: типы, характеристики, цены, плюсы и минусы использования

Батарейки и аккумуляторы: типы, характеристики, цены, плюсы и минусы использования

Автор: Mike(admin) от 23-11-2014, 13:15

В данном материале речь пойдет о таких источниках энергии, как батарейки и аккумуляторы, их типах и о том, какой источник лучше всего выбрать для вашего проекта.


Батарейки и аккумуляторы: типы, характеристики, цены, плюсы и минусы использования

Чем различаются батарейки?


Существует несколько пунктов, по которым можно различить батарейки и аккумуляторы.


Размер. Размер имеет значение! Свинцово-кислотные аккумуляторы не такие маленькие, как батарейки типа C, но дают энергии куда больше. Батарейки-таблетки же можно использовать в очень узких пространствах. Вообще, в международной классификации существуют стандартные размеры типа AA, AAA или 9V.


Вес и удельная отдача энергии. Батарейки и аккумуляторы лучшего качества (а, следовательно, большей цены) имеют более высокую удельную отдачу энергии или, как ее еще называют, плотность мощности. Если вес является важным аспектом вашего проекта, то, вероятно, вам нужно будет найти более легкие батарейки или аккумуляторы с как можно более высокой удельной отдачей энергии (это, естественно, скажется на стоимости источника энергии). Такой показатель обычно выражается в ваттах-часах на килограмм.


Цена. Как уже было отмечено, цена в значительной степени пропорциональна удельной отдачи энергии и емкости батареи. Чем больше мощности в меньшем корпусе вы хотите получить, тем больше придется отдать денег.


Напряжение. Напряжение батарейки или аккумулятора, как правило, определяется типом химических элементов, используемых в источнике энергии. Например, все щелочные батарейки выдают 1.5 В, свинцово-кислотные 2 В, а литиевые 3 В. Батареи могут быть изготовлены из нескольких ячеек. Так, например, вы вряд ли увидите свинцово-кислотные батареи напряжением 2 В. Обычно они соединяются друг с другом в одном корпусе, чтобы на выходе источника энергии получить 6 В, 12 В или 24 В. Кроме того, большинство электронных устройств используют несколько щелочных батареек для генерации необходимого рабочего напряжения.


Не забывайте про номинальные и реальные напряжения. Например, батарейка типа AA на 1.5 В начнет свою работу при 1.6 В, затем быстро снизит напряжение до 1.5 В и потом будет медленно разряжаться до 1.0 В (точка, при которой батарейка будет считаться «мертвой»).


Повторное использование. Некоторый батарейки можно перезаряжать до сотни раз.


Энергоемкость и энергоотдача


Энергоемкость определяет количество энергии, которое сохраняется в батарее. Эта величина часто выражается в ватт-часах. Ватт-час представляет собой напряжение в вольтах, которое обеспечивает источник энергии, умноженное на силу тока в амперах, которую этот источник может выдать за час. Поскольку напряжение зависит от типа используемого в батарее химического элемента (щелочные, литиевые, свинцово-кислотные и т.д.) зачастую на батарейке пишется только величина ампер-час (Ач или Ah) или миллиампер-час (мАч или mAh). Для получения ватт-час (Вт*ч или Wh). Нужно умножить Ач на номинальное напряжение. Например, предположим, что у нас есть батарейка с номинальным напряжением 3 В и 1 Ач, значит ее энергоемкость составит 3 Вт*ч.


Тем не менее, величина тока, которую мы действительно можем получить (энергоотдача) зачастую ограничена. Например, батарейка-таблетка, которая рассчитана на 1 Ач не может в действительности обеспечить 1 Ампер тока в течение часа. По факту, она даже не предоставит и 0.1 А. Если сравнить с человеком, то можно сказать, что человек способен преодолеть 50 километров. И, конечно же, пробежать 50 километров это не то, что просто пройти те же 50 километров. Кроме того, батарейка не имеет никаких проблем с тем, чтобы выдать 1 мА за 1000 часов, но если вы попытаетесь получить 100 мА, что она не продержится и 10 часов.


Например, на рисунке ниже батарейка-таблетка питает резистор 3.9 КОм и выдает 230 мАч прежде чем разрядиться до 2 В, но если поставить сопротивление 1 КОм, она предоставит только 125 мАч.


Разрядка батарейки

Свинцово-кислотные аккумуляторы


Свинцово-кислотные аккумуляторы

Свинцово-кислотные аккумуляторы являются рабочими лошадками в промышленной и автомобильной сферах. Они достаточно дешевы, перезаряжаемы и легко доступны. Такие источники питания используются там, где необходимо много энергии, и вес энергоносителя не столь важен. Один элемент свинцово-кислотного источника имеет номинальное напряжение 2 В, это значит, что вы всегда получите аккумулятор с четным значением напряжения (6, 12 или 24 В).


Плюсы: относительно дешевы, мощные, легко перезаряжаемые, высокая токоотдача


Минусы: тяжелые, имеют большие размеры, поскольку удельная отдача энергии довольно низка


Цены: свинцово-кислотный аккумулятор на 12 В и 7 Ач будет стоит 500-1000 руб.


Удельная отдача энергии: 7 Вт*ч/кг


Щелочные батарейки


Щелочные батарейки

Щелочные батарейки являются наиболее распространенными среди батарейных источников энергии. Они продаются почти в каждом магазине, поэтому с доступностью проблем возникнуть не должно. Благодаря доступности, цене и размерам они хороши в потребительских электронных устройствах. Они имеют более высокую плотность заряда, чем никель-кадмиевые и немного выше, чем никель-металл-гидридные батарейки. Тем не менее, они одноразового использования. Их номинальное напряжение 1.5 В и доступны они в размерах, начиная от AAAA и заканчивая D.


Также существуют большие 6-вольтовые щелочные батарейки, состоящие из пары крупных энергоэлементов. Они довольно удобны тем, что они доступны во многих магазинах, имеют большую емкость и энергоотдачу, и к их выводам удобно присоединить провода.


Щелочные батарейки

Кроме того, имеются батарейки на 9 В (в России известные как Крона) в специальном форм-факторе, которые на самом деле состоят из маленьких отсеков на 1.5 В. В результате они имеют довольно низкую энергоемкость и энергоотдачу, и в то же время они достаточно дорогие. Если вам нужно получать с источника питания более 20 мА, то они не будут лучшим решением.


Щелочные батарейки

Цены: батарейки типа AA могут стоить 30-40 рублей и иметь до 3000 мАч


Удельная отдача энергии: 100 Вт*ч/кг


Плюсы: популярные, относительно безопасные, долгий срок эксплуатации


Минусы: неперезаряжаемые, невысокая энергоемкость


Никель-кадмиевые (Ni-Cad) батарейки


Никель-кадмиевые Ni-Cad батарейки

Это давно известные перезаряжаемые батарейки, которые когда-то были очень популярны. Они продаются в стандартных форм-фаторах типа AA, AAA, C, а также в прямоугольных корпусах, что позволяет их легче вставлять в некоторые типы устройств. Сегодня они используются достаточно редко, поскольку никель-металл-гидридные (NiMH) батарейки имеют большую плотность энергии. Однако они дешевле и до сих пор используются во многих беспроводных телефонах, фонарях и радиоуправляемых игрушках, то есть там, где энергоэффективность не так важна, как цена. Еще одна приятная вещь заключается в том, что они разряжаются медленнее, чем NiMH. Батарейки Ni-Cad состоят из элементов с номинальным напряжением 1.2 В, что дает возможность сформировать из трех элементов батарейку напряжением 3.6 В.


Плюсы: недорогие, надежные, стандартные размеры, легко перезаряжаются


Минусы: низкая плотность энергии, содержат токсичные металлы


Цены: батарейки типа AA могут стоить 30-40 рублей и иметь до 1000 мАч


Удельная отдача энергии: 60 Вт*ч/кг


Никель-металл-гидридные батарейки (Ni-MH)


Никель-металл-гидридные батарейки

Это более популярные перезаряжаемые батарейки, они также продаются в стандартных размерах. Во многих случаях никель-металл-гидридные батарейки будут хорошей заменой обычным щелочным батарейкам. Напряжение одного элемента составляет 1.25 В, что меньше напряжения щелочных батареек 1.5 В, но больше никель-кадмиевых 1.2 В. Самый неприятный момент заключается в том, что эти батарейки имеют высокий показатель саморазряда, хотя за последние годы благодаря новым технологиям этот показатель удалось снизить.


Плюсы: хорошая альтернатива щелочным батарейкам, высокая плотность заряда, стандартные размеры, лучшая емкость по сравнению со щелочными батарейками, довольно легко подзарядить, но они не слишком надежные


Минусы: дороже, чем никель-кадмиевые батарейки, срок службы не очень длинный, быстро саморазряжаются


Цены: батарейки типа AA могут стоить 70-100 рублей и иметь до 2500 мАч


Удельная отдача энергии: 100 Вт*ч/кг


Литий-ионные (Li-ion) и литий-полимерные (Li-Poly) аккумуляторы


Литий-ионные Li-ion и литий-полимерные Li-Poly аккумуляторы

Эти аккумуляторы появились не так давно и завоевали популярность благодаря возможности перезарядки. Сегодня они используются в устройствах потребительской электроники, таких как видеокамеры, сотовые телефоны, ноутбуки и т.д. Они очень легкие и имеют высокую плотность заряда. Тем не менее, они очень чувствительны и требуют специальной цепи, чтобы не допустить возможности взрыва. Это означает, что литий-ионные элементы на прилавках магазинах в «сыром» виде в основном не встречаются, поскольку они достаточно опасны без защитной цепи. Если вам нужен литий-ионный аккумулятор, то лучше взять его из видеокамеры или телефона и заряжать только соответствующим зарядным устройством. Один литий-ионный энергоэлемент рассчитан на 3.6 В, поэтому часто можно встретить аккумуляторы на 3.6 В или 7.2 В.


Плюсы: очень легкие, высокая плотность заряда и энергоотдача, относительно высокое напряжение


Минусы: дорогие, хрупкие, могут взорваться при неправильном использовании


Цены: аккумуляторы для сотовых могут стоить около 300-400 рублей и иметь 750 мАч


Удельная отдача энергии: 126 Вт*ч/кг для литий-ионных, 185 Вт*ч/кг для литий-полимерных аккумуляторов


Литиевые батарейки и батарейки-таблетки


Литиевые батарейки и батарейки-таблетки

Большинство литиевых батареек, которые вы встретите, будут в форме таблетки или кнопки. Литиевые батарейки-таблетки имеют номинальное напряжение 3 В, а щелочные, цинковые и марганцевые батарейки-таблетки характеризуются напряжением 1.5 В. Они очень малы и очень легкие, отлично подходит для небольших, маломощных устройств. Тем не менее, они не являются перезаряжаемыми и имеют высокое внутреннее сопротивление (это делает их довольно безопасными).


Наиболее популярной на сегодняшний день батарейкой такого типа является CR2032, имеющая диаметр 20 мм и толщину 3.2 мм. Она выдает 220 мАч при напряжении 3 В. Наибольшими по размерам являются CR2477 (24 мм x 8 мм) с энергоемкостью 1000 мАч и ценой от 120 рублей.


Еще можно встретить батарейки типа CR123 с напряжением 3 В, которая немного толще и немного короче батарейки типа AA.


Плюсы: легкие, компактные, высокая плотность, дешевые, относительно высокое напряжение, легко соединять для получения больших напряжений, долгий срок эксплуатации


Минусы: неперезаряжаемые, невысокая токоотдача, нужен специальный держатель


Цены: CR2032 (220мАч) стоит примерно 15-30 рублей, CR123 (1300 мАч) 100-150 рублей


Удельная отдача энергии: 270 Вт*ч/кг


Как подобрать подходящий источник энергии для вашего проекта


Итак, вы изобрели какое-то устройство и вам нужно запитать его. Для начала нужно ответить на два вопроса.


Ваше устройство «прожорливое»? Проекторы, большие аудио системы, и проекты с электроприводом должны ориентироваться на количество ампер потребляемого тока. Здесь следует обратить внимание на большие 6-вольтовые щелочные батарейки одноразового использования или перезаряжаемые свинцово-кислотные аккумуляторы.


Ваше устройство очень компактное? Если да, то, возможно, вам потребуются литиевые батарейки-таблетки (одноразовые) или маленькие литий-полимерные батарейки, которые используются радиоуправляемых самолетах.


Также можно ориентироваться в выборе источника питания по дополнительным вопросам.


Вы будете делать много таких устройств? Если да, то берите классические щелочные батарейки, которые легко можно найти на прилавках магазинов.


Батарейки должны быть удобны для пользователя? Тогда берите батарейки типа AA или на 9 В типа Крона.


Нужно входное напряжение примерно 5 В? Три щелочные (4.5 В) или 4 NiMH (4.8 В) пойдут наиболее лучшим образом.


Необходим перезаряжаемый источник энергии? Возьмите кейс для батареек, поместите туда батарейки NiMH и плодзаряжайте их зарядным устройством высокого качества.


Нужно несколько батареек, соединенных последовательно? Следует помнить, что у последовательно соединенных батареек должна совпадать энергоотдача. Если вы соедините 9-вольтовую батарейку с батарейкой типа AA, чтобы получить 10.5 В, 9-вольтовая батарейка разрядиться за 1/10 долю отведенного времени, оставив вас с напряжением только 1.5 В.




© digitrode.ru


<Via>




Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.

Комментарии:

Оставить комментарий