Тип аккумулятора с наибольшей емкостью

Лучшая замена батарейкам — аккумуляторы: характеристики и рейтинг лучших перезаряжаемых элементов питания

Мир давно привык к портативным элементам питания. Работа устройства от батареек сделала его автономным, но породила проблему их периодической замены. Следующим шагом стали аккумуляторные перезаряжаемые устройства. Привычный форм-фактор батареек позволил наделить их высокой универсальностью. Именно из-за всеобщей востребованности и повсеместной распространённости аккумуляторных батареек любой человек рано или поздно столкнётся с необходимостью выбора лучших перезаряжаемых элементов питания.

Какие бывают аккумуляторные батарейки

Все выпускаемые батареи характеризуются несколькими стандартными параметрами, которые определяют сферу применения.

Некоторые из них сделаны по образу одноразовых батареек и призваны заменить их. С другой стороны, не всем батарейкам можно найти эквивалент среди аккумуляторов. Например, большинство «таблеток» вроде LR44 и тому подобных, так и остались лишь батарейками, так как перезаряжать элемент такой формы неудобно, а одноразовый стоит и так довольно дёшево.

Среди характеристик, по которым осуществляется выбор устройств типа Rechargeable, можно выделить три основные:

Большинство известных производителей выпускают разные наименования товаров, среди которых можно выбрать тот набор параметров, который устроит потребителя.

Технология

От того, какие физические процессы лежат в основе генерирования электрического тока, зависит много параметров: чувствительность к условиям окружающей среды, скорость заряда, наличие «эффекта памяти» и другое.

Никель-кадмиевые

Эти аккумуляторные батарейки появились одними из первых и долгое время им не было альтернативы. Несмотря на появления других, более совершенных систем, они сохраняют свои позиции в устройствах, где нужно надёжное бесперебойное питание под высокой нагрузкой.

Причиной тому — ряд преимуществ:

• Возможность работы под высокой нагрузкой.
• Допускается заряд сильным током за короткое время.
• Термостойкость — сами батареи почти не
  разогреваются при заряде благодаря малому сопротивлению.
• Возможность хранения в разряженном состоянии.
• Невосприимчивость к низким температурам.

Среди недостатков отмечается:

• Вредное воздействие на окружающую среду.
• Дорогая безопасная утилизация.
• Эффект памяти.
• Внушительный саморазряд при простое.
• Невозможность использования в буферном режиме.

Вытеснение никель-кадмиевых батарей наблюдается в развитых странах, где ужесточаются экологические стандарты.

Никель-металлогидридные

Возникли как попытка избавиться от двух основных негативных параметров никель-кадмиевых батарей — эффекта памяти и вредного воздействия на окружающую среду. Удалось добиться полной экологической безопасности этих элементов питания. Они практически не подвержены эффекту памяти — их можно дозаряжать в любом состоянии. Большим плюсом является также повышение ёмкости при схожих параметрах — примерно на 20%. Однако не обошлось и без минусов: из-за особенностей технологии срок службы никель-металлгидридных батарей ниже, чем конкурентных вариантов, их саморазряд больше, чем у конкурентов.

В 2005 году были презентованы аккумуляторы серии Eneloop — первые LSD Ni-Mh. Они соединили в себе преимущества кадмиевых и старых гидридных батарей. Оставленные храниться на длительное время, эти инновационные аккумуляторы теряют значительно меньший процент своей ёмкости. Да и к температурным условиям они менее требовательны.

Литий-ионные

Данный тип аккумуляторов чрезвычайно распространён в мобильных телефонах, плеерах, смарт-часах и других гаджетах. Однако производитель нередко выпускает их и в форм-акторе пальчиковых батареек.

Причины популярности литий-ионной технологии:

• Крайне низкий ток саморазряда (неработающее устройство сохраняет заряд месяцами).
• Большая ёмкость при небольших размерах.

• Возможность работы с разными токами.
• Выходное напряжение не падает, а сохраняется вплоть до полного разряда.

Главный минус литий-ионных батарей — это чувствительность к изменению токов, а также к полному разряду. Потому лучше всего данный тип функционирует в связке с электронными контроллерами и блокираторами, которые выравнивают входное напряжение, а также автоматически отключают аккумулятор при достижении определённых показателей.

Форм-фактор

Именно форм-фактор аккумуляторы унаследовали от предшественниц-батареек.

Типизация размеров и форм элементов питания позволяет комфортно производить замену, добиваясь оптимальной длительности работы.

На данный момент самыми распространёнными типоразмерами принято считать:

• АА. Они же пальчиковые. Объём производства этих батареек с маркировкой rechargeable, вероятно, превышает все остальные, вместе взятые. Их номинальное напряжение составляет 1,2 В, хотя свежезаряженные, они могут выдавать до 1,4. Ёмкость колеблется в широких пределах — от 200 mA до 3000 mА и даже больше.
• ААА. Другое название — мизинчиковые. Отличаются от предыдущего варианта только меньшими размерами. Их применение оправдано там, где стандартные АА просто не вместятся или будут слишком тяжёлыми. Правда, и ёмкость их меньше — обычно до 1500 мА.
• C и D. Похожи на обычные пальчиковые, но только крупнее. Соответственно, ёмкость их больше. Большой размер и масса диктует свою специфику применения, где не особо важен компактный размер, например, музыкальное и звуковое оборудование, а также различные автоматические системы.
• PP3. В России её традиционно называют «Крона» В отличие от батарейки, перезаряжаемое устройство выдаёт ток в 8,4 В. На «Кроне» функционируют многие электроприборы, некоторые пульты дистанционного управления и радиоуправляемые устройства.

Существуют и другие типоразмеры аккумуляторных батареек, но они имеют меньшую распространённость.

Ёмкость

Параметр ёмкости эквивалентен времени, в течение которого устройство сможет полноценно питаться излучаемым аккумулятором током. Иными словами, чем больше ёмкость, тем дольше сможет работать прибор на одном заряде.

Измеряется этот параметр в миллиампер-часах. Диапазон имеющихся в продаже значений может колебаться в пределах от 100 до 12000 мА-ч. Казалось бы, выбрать самый ёмкий аккумулятор — и это будет лучшее решение. Но на практике всё не так просто. Чем больше ёмкость батареи, тем дольше она заряжается. И хорошо, если доступна зарядка током с большим напряжением. Но если речь идёт о металлгидридных элементах, которые рекомендуется подпитывать слабым током, удобство устройств с большой ёмкостью уже не кажется таким очевидным. Исходите и энергопотребления прибора и режима его работы.

Лучшие варианты

Понятие лучшего элемента питания абстрактно: то, что хорошо для игрушек, может не подойти для серьёзного оборудования. Поэтому элементы питания, попавшие в обзор, просто выделяются каким-либо выдающимися характеристиками, ценой либо благосклонностью пользователей.

Robiton Ni-MH PR44 40mAh (40BVH)

Данный аккумулятор — это самый миниатюрный и дешёвый перезаряжаемый элемент питания в продаже. Всего 40 мА-ч, зато и размеры — не больше булавочной головки. Область применения весьма специфическая — слуховые аппараты. Люди с нарушениями слуха сталкиваются с необходимостью подзарядки очень редко, ведь энергопотребление этих устройств минимальное.

Плюсы	Минусы
Миниатюрный размер	Сравнительно быстрая деградация
безопасность использования
Низкая цена

Perfeo AA 2700 мА/ч Ni-MH

Эти перезаряжаемые батарейки являются одними из самых дешёвых в пальчиковом типоразмере. Четыре полноценных элемента, да ещё и с пластиковым кейсом менее, чем за 500 рублей. Ёмкость каждого элемента 2700 мА-ч, что позволяет их использовать в различных приборах, характеризующихся высоким энергопотреблением.

Плюсы	Минусы
Большая ёмкость	Нестабильная работа в течение эксплуатации
Низкая цена
Кейс в комплекте

Camelion R20, 1.2 В, 4500 мАч, NiCd BL2

Батареи китайского производства Camelion пользуются популярностью не только в России, но и на рынках Европы, Индонезии, Латинской Америки. Они занимают позицию посередине — между такими брендами, как Duracell или Panasonic, и совсем дешёвым «ноунеймом». Размер D и приличная ёмкость позволяют использовать эти батареи в мощной аппаратуре, а никель-кадмиевая технология адаптирована под высокий зарядный ток

Плюсы	Минусы
Высокая ёмкость	Специфичность использования типоразмера
Никель-кадмиевое наполнение
Невысокая цена

GP Rechargeable 1000 Series AAA Ni-Mh 950 мА·ч

Батарейки и аккумуляторы GP стали в России самым продаваемым брендом, опередив более дорогие. Причина — умеренная цена, продуманная маркетинговая политика, а главное — правильное выстраивание отношений B2B. Обеспечивая выгодные условия торговым сетям, GP активно внедряет свои устройства на полки магазинов. Качество приведённых в обзоре аккумуляторов вполне сносное, а ёмкость в 1000 мА-ч является золотой серединой для большинства устройств.

Плюсы	Минусы
Хорошо представлены во многих торговых точках, иногда даже неспециализированных	Случается, скачет значение предзаряда
Оптимальная ёмкость
Умеренная цена

Energizer Accu Recharge Power Plus 9V Крона Ni-Mh 175 мА·ч

Типоразмер PP3 от известной американской компании Энерджайзер. Производство, естественно, Китай. Качество на высоте, а низкая по сравнению с пальчиковыми ёмкость обусловлена выходом тока в 9 вольт. Хороший вариант для замены обычной батарейки соответствующих устройствах, несмотря на цену.

Плюсы	Минусы
Типоразмер «Крона»	Небольшая ёмкость
Хорошее качество исполнения	Высокая цена
Длительный срок службы

ROBITON 18650-3400 Protected, 3,7 V Li-Ion 3400 мА·ч

Помимо доступных решений в никель-металлгидридном исполнении, компания Robiton выпускает недорогие литий-ионные аккумуляторы в классическом формате АА — в данном случае маркировка 18650. Аккумулятор характеризуется большой ёмкостью, а главное, оснащён электронным блоком, предохраняющим от перезаряда и выхода из строя.

Плюсы	Минусы
Литий-ионная технология	Высокая цена
Отсутствие эффекта памяти
Электронная защита

DURACELL Rechargeable HR03-4BL, 850мAч, AAA

Компания по праву считается лидером среди производителей как батареек, так и аккумуляторов. Акцент делается на самые ходовые форматы АА и ААА. Например, комплект из четырёх мизинчиковых аккумуляторов ёмкостью 850 мА-ч каждый придётся выложить больше тысячи рублей. Что поделаешь, за качество нужно платить.

Плюсы	Минусы
Хорошее качество изготовления	Высокая цена
Долгий срок службы
Большое количество допустимых циклов

Panasonic eneloop AAA Ni-Mh 750 мА·ч

Пример эволюции стандартного никель-металлогидридного аккумулятора. Производитель гордо заявляет о 2100 циклах перезарядки. Вряд ли обычные пользователи могут проверить этот показатель. Но даже исключив маркетинг, можно отметить почти полное отсутствие саморазряда и возможность длительного хранения серии Eneloop.

Плюсы	Минусы
Долгий срок службы	Высокая цена
Большое количество циклов зарядки
Минимальный саморазряд при бездействии

Вывод

Как показывает практика, хорошая аккумуляторная батарейка способна доставить немало косвенного удовольствия пользователю, так как обеспечивает долгий срок работы устройства. Наряду с этим и вполне реальная экономия средств — ведь покупка пары аккумуляторов обходится дешевле постоянной смены батареек.

Видео-совет: как выбрать аккумуляторную батарейку

Источник

Какие бывают аккумуляторы в мобильной, компьютерной и бытовой технике

Содержание

Содержание

Аккумуляторы окружают нас повсеместно. Их можно встретить как в привычных каждому пользователю мобильных гаджетах, так и в сложных системах резервного электропитания. В каждой из областей используется свой тип аккумуляторной батареи, в которой ее характеристики «раскрываются» наилучшим образом. В данном материале поговорим о типах аккумуляторных элементов, областях применения и основных правилах эксплуатации.

Аккумуляторы. Общие принципы

По историческим меркам аккумулятор — довольно «молодое» изобретение, которому немногим более 160 лет. Основной принцип работы любого аккумуляторного элемента — протекание в нем обратимой электрохимической реакции, т. е. при приложении к контактам элемента постоянного напряжения, на его пластинах (электродах) накапливается электрическая энергия, при приложении нагрузки — происходит ее расходование. Причем протекает такая реакция на протяжении большого количества циклов заряда/разряда. Как правило, возможное количество перезарядок зависит от типа аккумуляторного элемента, но в среднем, современный аккумулятор способен обеспечить 300–1000 полных циклов.

Работоспособным считается аккумулятор, остаточная емкость которого составляет 70–80 % от начальной. Элементы с меньшими показателями остаточной емкости считаются непригодными для дальнейшей эксплуатации, поскольку не могут обеспечить расчетную автономность.

Какого бы типа не был аккумулятор, костяк конструкции и основной принцип действия у них остается неизменным. В каждом аккумуляторе есть два электрода (положительный и отрицательный, иначе именуемые анод и катод), погруженные в специальную среду — электролит, являющуюся прекрасным «поставщиком» ионов вследствие электролитической диссоциации.

Ион — атом или молекула, несущая на себе электрический заряд. Если ион положительно заряжен — его называют катион, если отрицательно — анион.

В зависимости от используемого материала электродов и применяемого типа электролита существуют различные вариации аккумуляторных элементов, каждый из которых имеет свои конструкционные и эксплуатационные особенности. Ниже поговорим о наиболее распространенных типах аккумуляторов, сферах их применения и особенностях эксплуатации.

Свинцовые аккумуляторы

Несмотря на преклонный возраст технологии, свинцовые аккумуляторы до сих пор успешно применяются в системах резервного питания, автомобильном транспорте, системах аккумулирования возобновляемых источников энергии (солнечная и ветряная энергетика, гидроэнергетика и т. д.).

Как видно из названия, в качестве основного материала, из которого изготавливают электроды, выступает свинец. Точнее, для производства положительных электродов — просто свинец, а для изготовления отрицательных электродов — оксид свинца. В качестве электролита, как правило, выступает раствор серной кислоты.

Существует большое количество конструкций свинцового аккумулятора, направленных на улучшение его эксплуатационных характеристик. Поскольку свинец сам по себе достаточно мягкий металл с невысокой физической прочностью, в чистом виде он слабо противостоит вибрационным нагрузкам, поэтому для использования аккумуляторов, например, в транспорте, в сплав свинца добавляют кальций, делающий структуру металла более прочной.

Для использования свинцового аккумулятора в источниках бесперебойного питания, дабы не допустить контакт пользователя с кислотой, исключить необходимость обслуживания, а также не создавать условия для взрыва водорода, выделяемого из АКБ, при ее заряде, используют свинцовые аккумуляторы определенного типа. Такими аккумуляторами являются источники питания типа AGM (Absorbent Glass Mat), в которых абсорбированным электролитом (не жидким) пропитан специальный пористый мат из стекловолокна.

Довольно часто свинцовые аккумуляторы, выполненные по технологии AGM, ошибочно называют гелевыми. На самом деле это не так. Гелевые аккумуляторы — отдельная ветвь развития свинцовых источников питания.

Аккумуляторы, электролитом в которых выступает раствор серной кислоты в желеобразном состоянии, называются гелевыми. Они рассчитаны на медленную отдачу энергии, поэтому основная область их применения — использование в инертных системах накопления и расходования электроэнергии (солнечная энергетика, питание моторов кресел для инвалидов, гольф-каров и т. д.).

К неоспоримым преимуществам свинцовых аккумуляторов относятся их невысокая стоимость и возможность работы в широком диапазоне температур окружающей среды (от — 40 до + 40 ° С).

Один свинцовый аккумуляторный элемент выдает напряжение порядка 2 В и способен выдать удельной энергии из расчета 30–60 Вт*ч с 1 кг массы, что в сравнении с другими типами — достаточно мало. Такие аккумуляторы имеют высокие значения саморазряда, а их глубокий разряд приводит к разрушению и осыпанию пластин электродов и безвозвратной порче аккумулятора.

Никель-кадмиевые аккумуляторы

Следующим типом аккумуляторных элементов, активно использующихся во многих сферах, являются никель-кадмиевые аккумуляторы (NiCd). Их можно встретить в детских игрушках, пультах управления, фонариках, ручном аккумуляторном электроинструменте и т. д.

Конструкция элемента не претерпела изменений, только в качестве материала для изготовления электродов используются никель и кадмий, а точнее гидраты закиси этих металлов. В качестве электролита применяют гидроксид калия. Один элемент на основе этих металлов может выдать напряжение 1,2–1,35 В, а значение удельной энергии находится в диапазоне 40–80 Вт*ч/кг.

Никель-кадмиевые аккумуляторы — одни из самых морозоустойчивых. Они работают без существенной потери своей емкости при температурах, близких к –50 ° С, к тому же, абсолютно не боятся глубокого разряда, и после цикла зарядки полностью восстанавливают свои эксплуатационные характеристики.

Хранить NiCd аккумуляторы рекомендуется полностью разряженными.

К отрицательным моментам относят их малую удельную емкость, высокий саморазряд, длительное время зарядки (восполнять энергию нужно малыми зарядными токами) и ярко выраженный «эффект памяти».

Чтобы не испортить аккумулятор, его необходимо заряжать только после полного разряда! Пренебрежение этим правилом повлечет быструю потерю емкости и выход элемента из строя.

Заряжают NiCd-элементы малыми зарядными токами, значения которых составляет порядка 10 % от емкости аккумулятора.

Никель-металлогидридные аккумуляторы

Логическим продолжением никель-кадмиевых аккумуляторов стали никель-металлогидридные (NiMH) элементы питания. В них учтены и практически устранены недостатки предшественников. Аккумуляторы при тех же массогабаритных показателях имеют большую в 2–3 раза емкость, обладают высокой надежностью, с легкостью переносят глубокий разряд и перезаряд, менее подвержены эффекту памяти.

Немаловажную роль в популяризации и широком распространении NiMH элементов сыграл тот факт, что они не содержат в своем составе кадмия, очень вредного для окружающей среды металла. Следовательно, с повестки дня снимаются вопросы правильного хранения и утилизации таких элементов.

Для производства анода используют гидрид никеля с лантаном или литием — так называемый металлогидридный электрод. В качестве катода — оксид никеля. Электролитом выступает соединение гидроксида калия.

Заряжают никель-металлогидридные аккумуляторы большими (в сравнении с NiCd-элементами) токами, величины которых составляют порядка 20–25 % от емкости аккумулятора, но очень важно контролировать температуру элемента во время заряда. Если она превышает 45 °С, нужно немедленно прервать процесс зарядки, в противном случае существует риск порчи элемента.

Зарядку для NiMH-аккумуляторов можно использовать в паре с NiCd-элементами. Обратная совместимость недопустима! Алгоритмы зарядки никель-кадмия более примитивны, они могут причинить вред NiMH-элементу.

Никель-металлогидридные аккумуляторы хранят полностью заряженными. Поскольку этому типу элементов присущ высокий саморазряд, для сохранения работоспособности элемента его нужно периодически подвергать полному циклу разряда/заряда.

Никель-металлогидридные аккумуляторы используют в тех же сферах, что и никель-кадмиевые, однако, благодаря повышенной емкости, их охотно применяют в фототехнике, использующей для питания элементы типа АА и ААА.

NiMH элементы — самые морозоустойчивые. Они без проблем переносят эксплуатацию при экстремально низких температурах, достигающих -60 °С. По этой причине их довольно успешно применяют в электроинструменте, используемом при выполнении работ на открытом воздухе в зимнее время.

Один элемент генерирует 1,2–1,25 в ЭДС, а его удельная энергия составляет 60–75 Вт*ч/кг. Теоретический расчетный «потолок» этого параметра находится на уровне 300 Вт*ч/кг, но видимо технологии производства NiMH-элементов, еще не до конца совершенны.

Литий-ионные аккумуляторы

Современные мобильные устройства уже сложно представить без литий-ионных аккумуляторов. Именно их разработка дала мощный толчок к развитию легких и миниатюрных решений источников питания, и, как следствие, миниатюризации всего сегмента мобильных гаджетов.

Сильными сторонами Li-ion являются высокая плотность аккумулируемой энергии, ее удельное значение, в большинстве случаев, составляет солидные 280 Вт*ч/кг, недостижимые при использовании аккумуляторов другого типа. Именно по этой причине Li-ion аккумуляторы используются не только для питания персональных гаджетов, но и для приведения в движение различных самокатов, велосипедов с электродвигателем и даже автомобилей.

Справедливости ради следует сказать, что «литий-ионный аккумулятор» — это обобщенное название целой группы электрохимических элементов, переносчиком заряда в которых выступают ионы лития. Разница заключается в составе материала катода и типе электролита.

Наибольшее распространение в бытовом сегменте получили литий-полимерные аккумуляторы, в которых в качестве электролита используется специальный твердый полимер, а катодный и анодный материал нанесены на тонкие слои алюминиевой и медной фольги соответственно. Такое конструктивное решение позволяет производить аккумуляторы любой формы и размера, изящно «вписывая» их в разрабатываемые устройства.

Существенный недостаток твердого полимера — его плохая проводимость при нормальной температуре окружающей среды (+ 25 °С). Наилучшие показатели достигаются при увеличении температуры до + 60 °С, а это уже опасно с точки зрения обычного использования. Поэтому производители идут на небольшие ухищрения, добавляя к полимеру электролит в жидком или желеобразном состоянии.

Существенное отличие конструкции литий-ионных аккумуляторов от традиционной конструкции заключается в обязательном наличии разделительного сепаратора, исключающего свободное перемещение ионов лития, в моменты, когда аккумулятор не используется.

Другой элемент, который должен обязательно присутствовать в схеме аккумулятора — BMS-контроллер (Battery Management System), отвечающий за корректную и сбалансированную зарядку ячеек аккумулятора.

Li-ion аккумуляторы при высокой удельной емкости обладают малым весом. Для их зарядки нужно не так уж много времени. У них практически отсутствует эффект памяти и саморазряд. К аккумуляторам литий-ионного типа не предъявляется особых требований к соблюдению циклов заряда/разряда. Заряжать их можно в любое удобное время, не привязываясь к величине остаточного заряда элемента. Хранить Li-ion батареи рекомендуется наполовину заряженными.

Самым существенным недостатком литий-ионного элемента является его категорическое «нежелание» полноценно работать при отрицательных температурах. Эксплуатация литиевого элемента на морозе очень быстро приблизит его выход из строя.

Источник