Аккумуляторы
(448)Хранение электроэнергии – одна из самых серьезных проблем современности, в эпоху мобильных устройств и возобновляемых источников энергии. В эту категорию продуктов входят, прежде всего, аккумуляторы, относящиеся к первой группе. Это изделия, предназначенные для портативных устройств, дистанционно управляемых, самоходных роботов, а также заменители обычных "пальчиковых" батареек (AA, AAA), батареи ячеек для сильноточных устройств (электроинструменты, модели RC), а также комплектующие, которые заинтересуют прежде всего производителей электронного оборудования, то есть аккумуляторы, предназначенные для заводской установки в устройства или для монтажа на печатной плате PCB. В зависимости от искомого товара покупатель будет задаваться одним из следующих вопросов...
Аккумулятор вместо батареи – на что обратить внимание?
В течение многих лет "батарейки", то есть перезаряжаемые заменители стандартных батарей, являются реальной и привлекательной по цене альтернативой. Приобретение комплекта аккумуляторов AA или AAA, а также универсального зарядного устройства – экономичное, удобное и экологичное решение. Это также отличная и универсальная идея для практичного подарка. Распространенная ошибка потребителей состоит в покупке более дешевых аккумуляторов с меньшей емкостью. Это будет оправдано с точки зрения затрат только в случае питания устройств с низким энергопотреблением (беспроводные мыши и клавиатуры, пульты дистанционного управления, часы). В случае другого оборудования аккумулятор будет нуждаться в частой подзарядке и быстрее изнашивается. Следует обратить внимание на то, что номинальное напряжение аккумуляторов AA и AAA ниже, чем, например, щелочных батарей (соответственно: 1,2 В и 1,5 В). Старые устройства могут не работать должным образом при питании от перезаряжаемых ячеек. Внимание! Совместное использование разных батарей, о чем предупреждают все производители электрооборудования, может быть вредным. В случае аккумуляторов такая практика просто небезопасна! Это может нанести серьезный ущерб оборудованию и даже нанести вред здоровью (ожоги).
Как самостоятельно выбрать замену аккумулятору?
Бывает, что мелкая бытовая техника, оснащенная аккумуляторами, начинает все чаще и чаще разряжаться и/или не работает должным образом, несмотря на надлежащий уход. Если установленный в устройстве аккумулятор легкодоступен, можно попробовать заменить его. В каталоге TME предлагаются ряд батарей, которые являются заменителями аккумуляторов, используемых в беспроводных телефонах, бритвах, электрических зубных щетках и т.п. Однако, если подробные параметры заменяемой батареи неизвестны (емкость, тип, напряжение, выводы), их необходимо выяснить или детально проанализировать схему. В противном случае можно серьезно повредить устройство (например, может перегореть стабилизатор напряжения, отказать моторчик и т.п.). К счастью, большинство фирменных ячеек и их батареи подробно описаны в спецификациях, напечатанных на корпусе/упаковке аккумулятора.
Какой тип аккумулятора выбрать для проекта?
Выбор аккумулятора для проекта является непростой задачей. Ее можно прямо назвать искусством компромисса. Тип используемых ячеек будет напрямую влиять не только на работу устройства, но также на его конструкцию и схему. Поэтому вкратце обсудим вопросы, требующие рассмотрения, еще на этапе проектирования.
Какие параметры аккумулятора важны?
К сожалению, ответом на этот вопрос будет - все. Даже такой банальный вопрос, как тип выводов, может существенно повлиять на реализацию проекта. Производитель (и даже отдельный конструктор) должен продумать, следует ли для процесса сборки устройства предусмотреть, например, этап точечной сварки литий-ионных ячеек, или, может быть, лучше использовать готовую аккумуляторную батарею Li-Po? Если потребитель сможет самостоятельно заменить аккумулятор, не лучше ли выбрать его стандартный, широко доступный вариант? Даже вес (и, в частности, центр тяжести) конечного продукта будет сильно зависеть от используемого источника энергии.
Размер и емкость
Наибольшая "плотность" накопленной энергии достигается в случае литий-полимерных аккумуляторов. Однако их использование связано с рядом сложностей, которые обсуждаются ниже. Используя литий-ионные ячейки, стоит подумать об использовании их менее популярных форматов, например, более коротких или более тонких цилиндров, которые позволят лучше использовать пространство в корпусе конечного устройства. К сожалению, в любом случае емкость ячейки будет строго зависеть от ее объема.
Напряжение и сила тока
Даже самые лучшие преобразователи DC/DC не достигают 100% КПД. Каждый преобразователь, включенный в цепь, будет вызывать потери энергии и выделять тепло. Может показаться заманчивым поместить в устройство много параллельно соединенных ячеек. Это также позволяет достигнуть высокой силы тока (это важно для питания электромеханических компонентов). Однако следствием такого решения может стать необходимость использования преобразователя step-up, например, для ЖК-дисплея с подсветкой. А это, в свою очередь, приведет к значительному энергопотреблению и сокращению срока службы. Более того, при использовании микропроцессорной системы (например, одноплатного компьютера) устройство все равно будет иметь ряд преобразователей и стабилизаторов напряжения, необходимых для работы центрального блока и его подузлов. Поэтому важно выбрать такую батарею ячеек (и элементов цепи), которая обеспечит оптимальное питание всей системы, желательно с использованием отдельного стабилизатора (в идеале это будет стабилизатор, сопряженный с контроллером зарядного устройства и балансиром), но это не всегда возможно).
Типы аккумуляторов, краткое сравнение
Поскольку каждый тип аккумуляторов имеет свои специфические характеристики, дадим краткое сравнение этих технологий.
Литий-полимерные аккумуляторы
Это ячейки с исключительно высоким отношением накопленной энергии к объему. Они обеспечивают большую силу тока, а батареи могут формироваться в виде параллелепипедов произвольных размеров. Они используются в компактных изделиях, а также там, где требуется обеспечить большое количество энергии за короткое время (например, т.н. автомобильные пусковые устройства или бустеры, позволяющие завести автомобиль даже с разряженным аккумулятором). К сожалению, ячейки этого типа чувствительны, а в случае нарушения батареи, ее перегрева, неправильной зарядки или даже попадания влаги, ведут себя нестабильно. Батареи Li-Pol в процессе производства оснащаются системой балансира, которая защищает продукт от неправильного использования, однако эта схема не гарантирует полной безопасности. Контроллер заряда литий-полимерных аккумуляторов должен постоянно контролировать температуру ячеек. Деградация, а также необратимые повреждения и деформации могут быть вызваны глубокой разрядкой батареи (или длительным ее хранением в условиях, отличных от указанных производителем).
Литий-ионные аккумуляторы
Одно из самых популярных решений, имеющихся на рынке. Литий-ионные ячейки отличаются долгим сроком службы и простотой эксплуатации. Они заряжаются в два этапа: сначала путем поддержания на постоянном уровне силы тока, и на конечном этапе - напряжения. Контроллеры заряда и балансиры литий-ионных ячеек широко доступны на рынке и недороги (однако, лучше всего выбирать зарядное устройство на базе одной из систем от известных и проверенных производителей). Они относительно устойчивы к механическим воздействиям, однако термически "чувствительны". При соединении в батареи следует избегать пайки проводов непосредственно к клеммам аккумулятора, для этого чаще всего используются аппараты точечной сварки. Они могут обеспечивать очень высокий ток (что также означает, что они будут опасны в случае короткого замыкания). Их размер чаще всего определяется серией цифр, например, 18650. Это метод записи размеров аккумулятора. Первые две цифры обозначают его диаметр в миллиметрах, последние три – длину в десятых долях миллиметра. Следовательно, 18650 – это цилиндр диаметром 18 мм и высотой 65 мм. Из любопытства можно отметить, что ячейка Li-Ion 14500 имеет тот же размер, что и батарея формата AA, поэтому для их монтажа и соединения можно использовать стандартные батарейные отсеки.
Аккумуляторы LiFePO4
Литий-железо-фосфатные ячейки часто называют продолжателями литий-ионной технологии. В отличие от ее представителей, аккумуляторы LiFePO4 не содержат кобальта в своих электродах. Они характеризуются более длительным сроком службы, большей стабильностью и сопоставимыми электрическими параметрами. Дополнительным преимуществом является низкий ток саморазряда (т.е. они остаются заряженными относительно долгое время). Производственный процесс позволяет изготавливать эти аккумуляторы с выводами в виде винтов, что облегчает и ускоряет монтаж и соединение ячеек, а также обеспечивает низкое сопротивление соединений и их хорошие токовые параметры.
Аккумуляторы Ni-MH
Полное их название – "никель/-металл-гидридные". Чаще всего они используются в бытовых батареях. Они требуют импульсной зарядки (лучше всего в процессорном зарядном устройстве), так как подключение к источнику постоянного тока вредно для них. Этот тип ячеек также чувствителен к глубокому разряду.
Аккумуляторы Ni-Cd
Никель-кадмиевые ячейки по своей конструкции, применению и электрическим параметрам близки к Ni-MH, хотя их удельная энергоемкость ниже. Следует помнить, что аккумуляторы этого типа обладают "эффектом памяти". Другими словами, их емкость уменьшается, если их регулярно не разряжать и полностью не заряжать. Для потенциального покупателя наиболее важной информацией будет тот факт, что этот тип аккумуляторов в настоящее время исключен из предложения TME по экологическим причинам.
Склад:
