În timp ce obiectivele dvs. reale de proiectare ale bateriei pot fi superbe, ar trebui să renunțați la unele lucruri pentru a obține altele atunci când vine vorba de performanța reală a bateriei (Fig 1).
O baterie cu acid plumb funcționează excelent într-o baterie de pornire auto, unde oferă capacitatea necesară pentru o rată ridicată. Cu toate acestea, cu toxicitatea și densitatea sa redusă de energie, ar fi o alegere teribilă pentru o aplicație electronică portabilă. Așadar, în această serie de bloguri în trei părți, vom analiza modul în care găsirea bateriei potrivite pentru aplicația dvs. este despre a face compromisuri corecte. Partea 1 discută considerațiile importante atunci când selectați bateria potrivită pentru o aplicație de consum. Acestea includ reîncărcarea, densitatea energiei, densitatea puterii, termenul de valabilitate, siguranța, factorul de formă, costul și flexibilitatea. Partea 2 va analiza modul în care chimia afectează valorile importante ale bateriei și, prin urmare, selectarea bateriei pentru aplicația dvs. În partea 3 vom analiza chimicalele secundare comune ale bateriilor.
Figura 1: Design baterie vs performanță
Unele considerații importante în selectarea bateriei sunt:
Bateriile primare au o rată de auto-descărcare mult mai mică - o caracteristică atractivă atunci când încărcarea nu este posibilă sau practică înainte de prima utilizare. Bateriile secundare tind să piardă energie la o rată mai mare. Acest lucru este mai puțin important în majoritatea aplicațiilor datorită capacității de reîncărcare.
2. Energie vs. Putere - Durata de viață a unei baterii este dictată de capacitatea bateriei exprimată în mAh sau Ah și este curentul de descărcare pe care o baterie îl poate furniza în timp.
Când comparați baterii de diferite chimii, este util să priviți conținutul de energie. Pentru a obține conținutul de energie al unei baterii, înmulțiți capacitatea bateriei în Ah cu tensiunea pentru a obține energie în Wh. De exemplu, o baterie de hidrură de nichel-metal cu 1,2 V și o baterie litiu-ion cu 3,2 V pot avea aceeași capacitate, dar tensiunea mai mare a ionului de litiu ar crește energia.
Tensiunea în circuit deschis este frecvent utilizată în calculele energiei (adică tensiunea bateriei atunci când nu este conectată la o sarcină). Cu toate acestea, atât capacitatea, cât și energia sunt ambele foarte dependente de rata de scurgere. Capacitatea teoretică este dictată numai de materialele active ale electrodului (chimie) și de masa activă. Cu toate acestea, bateriile practice ating doar o fracțiune din numerele teoretice datorită prezenței materialelor inactive și a limitărilor cinetice, care împiedică utilizarea completă a materialelor active și acumularea de produse de descărcare pe electrozi.
Producătorii de baterii specifică adesea capacitatea la o anumită rată de descărcare, temperatură și tensiune de întrerupere. Capacitatea specificată va depinde de toți cei trei factori. Când comparați capacitățile producătorului, asigurați-vă că vă uitați în special la debitele de scurgere. O baterie care pare să aibă o capacitate mare pe o foaie de specificații poate de fapt să aibă performanțe slabe dacă scurgerea curentă a aplicației este mai mare. De exemplu, o baterie evaluată la 2 Ah pentru o descărcare de 20 de ore nu poate livra 2 A timp de 1 oră, ci va furniza doar o fracțiune din capacitate.
Bateriile cu putere mare asigură capacitatea de descărcare rapidă la viteze mari de scurgere, cum ar fi în unelte electrice sau aplicații pentru baterii de pornire auto. De obicei, bateriile de mare putere au densități de energie reduse.
O bună analogie între putere și energie este să te gândești la o găleată cu gura de scurgere. O găleată mai mare poate conține mai multă apă și este asemănătoare cu o baterie cu energie mare. Dimensiunea deschiderii sau a gura de scurgere din care apa părăsește găleata este asemănătoare cu puterea - cu cât este mai mare puterea, cu atât este mai mare rata de scurgere. Pentru a crește energia, de obicei creșteți dimensiunea bateriei (pentru o anumită chimie), dar pentru a crește puterea, reduceți rezistența internă. Construcția celulelor joacă un rol imens în obținerea bateriilor cu densitate mare de putere.
Figura 2: Energie baterie vs putere
Ar trebui să puteți compara densitățile de energie teoretice și practice pentru diferite chimii din manualele de baterii. Cu toate acestea, deoarece densitatea puterii depinde atât de mult de construcția bateriei, veți găsi rareori aceste valori listate.
3. Tensiune - Tensiunea de funcționare a bateriei este un alt aspect important și este dictată de materialele folosite pentru electrod. O clasificare utilă a bateriilor aici este de a lua în considerare bateriile apoase sau pe bază de apă comparativ cu chimiile pe bază de litiu. Acidul de plumb, carbonul de zinc și hidrura metalică de nichel utilizează toți electroliți pe bază de apă și au tensiuni nominale cuprinse între 1,2 și 2 V. Bateriile pe bază de litiu, pe de altă parte, utilizează electroliți organici și au tensiuni nominale de 3,2 până la 4 V (atât primare, cât și 4 V) secundar).
Multe componente electronice funcționează la o tensiune minimă de 3 V. Tensiunea de funcționare mai mare a chimiei pe bază de litiu permite utilizarea unei singure celule, mai degrabă decât două sau trei celule apoase în serie pentru a alcătui tensiunea dorită.
Un alt lucru de remarcat este că unele chimicale ale bateriilor, cum ar fi Zinc MnO2, au o curbă de descărcare înclinată, în timp ce altele au un profil plat. Acest lucru influențează tensiunea de întrerupere (Fig 3).
Figura 3: Grafic de tensiune bazat pe chimia bateriei
4. Intervalul de temperatură - Chimia bateriei dictează intervalul de temperatură al aplicației. De exemplu, celulele apoase de zinc-carbon pe bază de electroliți nu pot fi utilizate sub 0 ° C. Celulele alcaline prezintă, de asemenea, o scădere accentuată a capacității la aceste temperaturi, deși mai puțin decât Zinc-carbon. Bateriile primare cu litiu cu un electrolit organic pot fi utilizate până la -40 ° C, dar cu o scădere semnificativă a performanței.
În aplicațiile reîncărcabile, bateriile litiu-ion pot fi încărcate la viteză maximă numai într-o fereastră îngustă de aproximativ 20 ° până la 45 ° C. Dincolo de acest interval de temperatură, trebuie folosiți curenți/tensiuni mai mici, ceea ce duce la timpi de încărcare mai mari. La temperaturi mai mici de 5 ° sau 10 ° C, poate fi necesară o încărcare de scurgere pentru a preveni temuta problemă de placare dendritică cu litiu, ceea ce crește riscul de fugă termică (am auzit cu toții despre explozia bateriilor pe bază de litiu care ar putea avea loc ca rezultat de supraîncărcare, încărcare la temperatură scăzută sau înaltă sau scurtcircuit de la contaminanți).
Alte considerații includ:
5. Perioada de valabilitate - Aceasta se referă la cât timp va sta o baterie într-un depozit sau pe un raft înainte de a fi utilizată. Bateriile primare au o durată de valabilitate mult mai mare decât cele secundare. Cu toate acestea, durata de valabilitate este în general mai importantă pentru bateriile primare, deoarece bateriile secundare au capacitatea de a fi reîncărcate. O excepție este atunci când reîncărcarea nu este practică.
6. Chimie - Multe dintre proprietățile enumerate mai sus sunt dictate de chimia celulelor. Vom discuta despre produsele chimice disponibile în mod obișnuit în următoarea parte a acestei serii de bloguri.
7. Dimensiunea și forma fizică - Bateriile sunt de obicei disponibile în următoarele formate de dimensiuni: celule buton/monedă, celule cilindrice, celule prismatice și celule tip pungă (majoritatea în formate standardizate).
8. Cost - Există momente în care poate fi necesar să renunțați la o baterie cu caracteristici de performanță mai bune, deoarece aplicația este foarte sensibilă la costuri. Acest lucru este valabil mai ales pentru aplicațiile de unică folosință cu volum mare.
9. Reglementări privind transportul, eliminarea - Transportul bateriilor pe bază de litiu este reglementat. Eliminarea anumitor chimicale ale bateriilor este, de asemenea, reglementată. Aceasta poate fi o considerație pentru aplicațiile cu volum mare.
Există multe considerații la selectarea unei baterii. Mai multe dintre acestea sunt legate de chimie, în timp ce altele sunt legate de proiectarea și construcția bateriilor. Acest lucru face mai dificilă și uneori lipsită de sens să faci o comparație a valorii bateriei fără o înțelegere mai fundamentală a factorilor care afectează acea valoare, subiect pe care îl vom explora în al doilea blog al acestei serii.
Pentru a afla mai multe despre rolul selecției bateriilor în evoluția ceasului electronic de fiabilitate, calitate sau durabilitate Design portabil de tehnologie: sunteți la înălțimea provocării? Faceți clic pe butonul de mai jos pentru a accesa prezentarea gratuită.
- Cum să selectați bateria potrivită pentru următorul dvs. proiect - Factori de luat în considerare
- Cum să alegeți bateria potrivită pentru vehiculul dvs.
- Cum să alegeți bateria potrivită pentru proiectul dvs. Totul despre baterii Adafruit Learning System
- Cum să selectați o temă pentru restaurantul dvs.
- Cum să vedeți ce aplicații vă scurg bateria pe un telefon sau tabletă Android