Свинцево-кислотний або літій-іонний акумулятор? Хто переможе?

  1. Історія застосування акумуляторних батарей
  2. хімічні особливості
  3. Свинцево-кислотна батарея
  4. зарядка
  5. Підрахунок заряду і зв'язок
  6. прямі заміни
  7. висновки

Споживчий ринок літій-іонних (Li-ion) акумуляторів величезний - близько $ 10 млрд, при цьому він досить стійкий, темп зростання становить всього 2% в рік. А як же електромобілі, запитаєте ви? Дійсно, в найближчі роки, в зв'язку розвитком електромобілів, прогнозується темп щорічного зростання літій-іонних акумуляторів в 10%. На подив, найбільшою областю зростання ринку Li-ion батарей і раніше залишається «все інше», починаючи від мобільних телефонів і закінчуючи вилковими навантажувачами.

«Інші» додатка для літій-іонних акумуляторів, як правило, мають одну спільну рису - це пристрої, які отримують живлення від запечатаних свинцево-кислотних батарей (англ. Sealed lead acid (SLA)). За останні майже 200 років свинцево-кислотні батареї зайняли лідируючу позицію на ринку електроніки, але вони ось уже кілька років витісняються з ринку літій-іонними акумуляторами. Оскільки в багатьох випадках літій-іонні батареї стали замінювати свинцево-кислотні батареї (акумулятори), варто порівняти ці два види накопичувачів енергії, підкресливши основні технічні особливості і економічну доцільність застосування Li-ion замість традиційних SLA пристроїв.

Історія застосування акумуляторних батарей

Свинцево-кислотна батарея - перша батарея, розроблена для комерційного використання в 1850-х роках. Незважаючи на досить пристойний вік в більш ніж 150 років, вони як і раніше активно застосовуються в сучасних пристроях. Більш того, вони активно застосовуються в додатках, де, здавалося б, цілком можливо обійтися сучасними технологіями. Деякі поширені пристрої цілком активно застосовують СКБ, такі як джерела безперебійного живлення (ІБП), гольфкар або вилочні навантажувачі. Дивно, але ринок свинцево-кислотних акумуляторів і раніше росте для певних ніш і проектів.

Перше, досить відчутне нововведення в свинцево-кислотну технологію прийшло в 1970-і роки, коли були винайдені герметичні СКБ або не обслуговуються СКБ. Дана модернізація полягала в появі спеціальних клапанів для стравлювання газів при зарядці / розрядки акумуляторів. Крім того, застосування зволоженого сепаратора уможливило експлуатувати акумулятор в похилому положенні без протікань електроліту.

СКБ, або англ. SLA, часто класифікують за типом або застосування. В даний час найбільш поширеними є два типи: гель, відомий також як свинцево-кислотна батарея з регульованим клапаном (valve-regulated lead acid (VRLA)) і абсорбуючий скляний мат (absorbent glass mat AGM). Акумулятори AGM використовуються для невеликих ИБП, аварійного освітлення і інвалідних колясок, в той час як VRLA призначається для додатків більшого формату, таких як резервне живлення для стільникових ретрансляційних щогл, інтернет-центрів і навантажувачів. Свинцево-кислотні акумулятори також можна класифікувати за такими ознаками: автомобільні (стартер або SLI - запуск, освітлення, запалювання); тягові (тяга або глибокий цикл); стаціонарні (джерела безперебійного живлення). Основним недоліком SLA у всіх цих додатках є життєвий цикл - якщо вони багаторазово розряджаються, вони сильно пошкоджуються.

Дивно, але свинцево-кислотні акумулятори були безперечними лідерами ринку акумуляторних батарей протягом багатьох десятиліть, аж до появи літій-іонних батарей в 1980-х роках. Літій-іонна батарея являє собою акумуляторну осередок, в якій іони літію рухаються від негативного електрода до позитивного під час розряду, і навпаки під час заряду. Літій-іонні акумулятори використовують інтеркалірованних літієві з'єднання, але не містять металевого літію, який використовується в одноразових батареях.

Літій-іонний акумулятор вперше був винайдений в 1970-х роках. У 1980-х на ринок була випущена перша комерційна версія батареї з катодом на основі оксиду кобальту. Даний тип пристроїв мав значно більші можливості по вазі і ємності, в порівнянні з системами на нікелевої основі. Нові літій-іонні акумулятори сприяли величезного зростання ринку мобільних телефонів і ноутбуків. Спочатку, з міркувань безпеки, вводилися більш безпечні варіанти, які включали добавки на основі нікелю і марганцю в кобальт-оксидний матеріал катода, на додаток до інновацій в будівництві клітин.

Перші літій-іонні елементи, представлені на ринку, були в жорстких алюмінієвих або сталевих банках, і, як правило, мали тільки кілька форм-факторів циліндричної або призматичної (форма цегли) форми. Однак, з розширенням спектра застосування літій-іонної технології почали змінюватися і їх габаритні розміри.

Наприклад, менш дорогі версії старішої технології застосовуються в ноутбуках і стільникових телефонах. Сучасні тонкі літій-полімерні елементи використовуються в смартфонах, планшетах і носяться пристроях. В даний час літій-іонні акумулятори використовуються в електроінструментах, електричних велосипедах та інших пристроях. Така варіація віщує повну заміну свинцево-кислотних пристроїв в усі нових і нових додатках, спрямованих на поліпшення габаритних і силових показників.

хімічні особливості

Фундаментальні основи хімічних процесів в осередках надають свинцево-кислотних та літій-іонним пристроям певні властивості і різні ступені функціональних можливостей. Нижче наведені деякі переваги свинцево-кислотних акумуляторів, які зробили його основним протягом десятиліть і недоліки, які тепер призводять до його заміни, а також подібні аспекти для літій-іонних пристроїв.

Свинцево-кислотна батарея

  • СКБ проста, надійна і недорога. Її можна використовувати в широкому діапазоні температур.
  • Батареї повинні зберігається в постійно зарядженому стані (SoC) і вони не піддаються швидкій зарядці.
  • СКБ мають велику вагу. Їх гравіметрична щільність енергії дуже мала.
  • Життєвий цикл зазвичай становить від 200 до 300 розрядів / зарядів, що дуже мало.
  • Крива заряду / розряду дозволяє вимірювати SOC з простим контролем напруги.

Літій-іонна батарея

  • Мають максимальну щільність енергії за розміром і вагою.
  • Життєвий цикл зазвичай становить від 300 до 500, але може вимірюватися і тисячами для літій-фосфатних осередків;
  • Дуже малий діапазон робочих температур;
  • Доступні різні розміри осередків, форми та інші можливості;
  • Немає необхідності в технічному обслуговуванні. Рівень саморазряда дуже малий.
  • Потрібно реалізація схем з безпеки експлуатації. Складний алгоритм зарядки.
  • Вимірювання SoC вимагає непростих рішень через нелінійність кривої напруги.

електроніка

Важливо розуміти різницю між акумуляторною батареєю, вона і акумулятором. Осередок - основний складовий елемент пакета. Крім цього, в пакет ще входить електроніка, роз'єми і корпус. На малюнку вище показані приклади даних пристроїв. Літій-іонна акумуляторна батарея повинна мати, як мінімум, реалізовані схеми захисту і управління осередком, а зарядний пристрій і система вимірювання напруги набагато складніше, ніж в свинцево-кислотних пристроях.

При використанні літій-іонних і свинцево-кислотних акумуляторів, основні відмінності в електроніці будуть полягати в наступному:

зарядка

Зарядка свинцево-кислотного акумулятора досить проста при дотриманні певних порогів напружень. В літій-іонних батареях використовують більш складний алгоритм, за винятком пакетів на основі фосфату заліза. Стандартний метод заряду для таких пристроїв - метод постійного струму / постійної напруги (CC / CV). Він включає в себе двоетапний процес зарядки. На першому етапі відбувається заряд з постійним струмом. Триває це до тих пір, поки напруга на осередку не досягне певного порогу, після чого напруга залишається постійним, а струм знижується за експоненціальним законом, поки не досягне значення відсічення.

Підрахунок заряду і зв'язок

Як згадувалося раніше, заряд СКБ можна вимірювати простими засобами вимірювання напруги. При використанні літій-іонних акумуляторів необхідний контроль рівня заряду осередків, для чого необхідна реалізація складних алгоритмів і циклів навчання.

I2C є найбільш поширеним і економічним протоколом зв'язку, що використовуються в літій-іонних акумуляторах, але він має обмеження щодо завадостійкості, цілісності сигналу на відстані і загальної смуги пропускання. SMBus (шина управління системою), похідна від I2C, дуже поширена в батареях меншого розміру, але в даний час не має будь-якої ефективної підтримки для потужних або більших пакетів. CAN прекрасно підходить для середовищ з високим рівнем шуму або там, де потрібні тривалі прогони, наприклад у багатьох СКБ-додатках, але це коштує досить дорого.

прямі заміни

Слід підкреслити, що нині існує кілька стандартних форматів свинцево-кислотних батарей. Наприклад - U1, стандартний форм-фактор, який використовується в додатках резервного живлення медичного обладнання. Літій-залізо-фосфатний акумулятор виявився цілком гідною заміною свинцево-кислотних. Фосфат заліза володіє чудовим життєвим циклом, хорошою провідністю зарядів, поліпшеною безпекою і низьким опором. Напруження літій-залізо-фосфатних акумуляторів також добре узгоджуються з напругою свинцево-кислотних (12 В і 24 В), що дозволяє використовувати одні і ті ж зарядні пристрої. Програмні пакети для обслуговування і контролю батарей включають в себе інтелектуальні функції, такі як відстежування заряду, лічильник циклів заряду / розряду і інші.

Літій-залізо-фосфатні батареї зберігають 100% ємності при зберіганні, на відміну від СКБ батарей, які втрачають ємність протягом декількох місяців зберігання. На малюнку вище порівнюються два продукти і типи досягнень, досягнутих під час переходу від СКБ до Li-ion.

висновки

Дуже мало існує батарей, які здатні зберігати стільки ж енергії, як свинцево-кислотні, що робить даний вид акумуляторів економічно вигідним для багатьох потужних пристроїв. Літій-іонні акумулятори постійно знижується в ціні, а також постійні вдосконалення їх хімічних структур і систем безпеки робить їх гідним конкурентом свинцево-кислотної технології. Пристрої для їх застосування можуть бути найрізноманітніші, починаючи від пристроїв безперебійного живлення, до електромобілів і безпілотників.

А як же електромобілі, запитаєте ви?

Лента Новостей

Скачать лучший антивирус для Android бесплатно на русском языке
С появлением большого количества приложений и сайтов под мобильную платформу Андроид возросла и опасность занести вирус на свое устройство. В лучшем случае вредоносный файл внесет незначительные изменения

Какой бесплатный антивирус для Андроид лучше
Каждый день пользователи смартфонов под управлением операционной системы «Андроид» подвергаются атакам вирусов, которых становится все больше и больше.          В современном мире количество пользователей

Нужен ли антивирус для Android? ТОП-5 антивирусов для андроид
Здравствуйте. Коснемся такой вот интересной многим темы и хотя сомневаюсь что на данный момент подобные статьи могут попасть на верхние строки поисковых систем. Но этот сайт как личная энциклопедия для

Как узнать какая программа вызывает сбои. Что делать если компьютер тормозит, зависает, глючит.
После продолжительного использования стационарного компьютера или ноутбука на базе Windows пользователи могут столкнуться с ситуацией, когда ПК стал сильно тормозить и работает медленно. Причин торможения

Антивирус для Андроид. Какой лучше?
На сегодняшний день очень важна защита телефона не только в повседневной работе, а и в сети. Для этого создано множество антивирусов и из-за подобного разнообразия довольно сложно определится какой

Рейтинг лучших антивирусов для Андроид
Лучший антивирус для Андроид — 360 Security 360 Security — это пакет защиты для мобильной системы Android, созданный китайской компанией QIHU. Он имеет антивирусный сканер обнаружения вредоносного и опасного

Топ-5: Лучшие бесплатные антивирусы для Android (Рейтинг 2016 года)
Смартфоны и планшеты требуют защиты от вредоносного кода, в том числе вирусов, троянов и так далее. Для этого существуют платные и бесплатные антивирусы. И сегодня мы составим рейтинг пяти лучших антивирусов,

FAQ: Какой антивирус лучший для Андроид, лучшие антивирусы на Android
Огромная распространенность устройств под управлением Android поставила под угрозу безопасность пользовательских данных и денежных счетов по двум причинам. Во-первых, широкий круг пользователей привлекателен

10 лучших бесплатных антивирусов для Android
Что вы делаете, когда покупаете новый смартфон на Android? Вы можете загружать свои любимые приложения, которые часто используете. В вашем списке может быть много приложений для социальных сетей, таких

Лучший антивирус для Андроид 2017
Интернет несет в себе массу возможностей и вместе с ними большое количество опасностей. На платформе Андроид главную угрозу для смартфона представляют Трояны — вирусные программы, которые похищают личную

*/ ?>
Яндекс цитирования
Adobe Photoshop | 2D графика, 2D анимация Adobe Illustrator | графика, вектор, анимация Adobe Flash | графика, вектор, анимация Adobe Acrobat | графика, текст Adobe After Effects | графика, анимация, спецэффекты Adobe Premiere Pro | графика, анимация, спецэффекты, монтаж Sound Forge | редактирование звука и музыки ZBrush | программа для трёхмерного моделирования Autodesk Mudbox — графическая программа, для создания 3D объектов, 2D скетчей, карт неровностей, карт нормалей, карт замещения. UVLayout - приложение для создания и редактирования UV координат треxмерных объектов Autodesk 3DMax | 3D графика, 3D моделирование, 3D анимация Autodesk Maya | 3D графика, 3D моделирование, 3D анимация Cinema 4D | 3D графика, 3D моделирование, 3D анимация Blender | 3D графика, 3D моделирование, 3D анимация