Батарейки та акумулятори типи, характеристики, ціни, плюси і мінуси використання
В даному матеріалі мова піде про такі джерела енергії, як батарейки та акумулятори, їх типах і про те, який джерело найкраще вибрати для вашого проекту.
У чому полягає різниця батарейки?
Існує кілька пунктів, за якими можна розрізнити батарейки та акумулятори.
Розмір. Розмір має значення! Свинцево-кислотні акумуляторні батареї не такі маленькі, як батарейки типу C, але дають енергії куди більше. Батарейки-таблетки ж можна використовувати в дуже вузьких просторах. Взагалі, в міжнародній класифікації існують стандартні розміри типу AA, AAA або 9V.
Вага і питома віддача енергії. Батарейки та акумулятори найкращої якості (а, отже, більшої ціни) мають більш високу питому віддачу енергії або, як її ще називають, щільність потужності. Якщо вага є важливим аспектом вашого проекту, то, ймовірно, вам потрібно буде знайти більш легкі батарейки або акумулятори з якомога більш високою питомою віддачею енергії (це, природно, позначиться на вартості джерела енергії). Такий показник зазвичай виражається у ВАТ-годинах на кілограм.
Ціна. Як вже було зазначено, ціна в значній мірі пропорційна питомій віддачі енергії та ємності батареї. Чим більше потужності в меншому корпусі ви хочете отримати, тим більше доведеться віддати грошей.
Напруга. Напруга батарейки або акумулятора, як правило, визначається типом хімічних елементів, які використовуються в джерелі енергії. Наприклад, всі лужні батарейки видають 1.5 В, свинцево-кислотні 2 В, а літієві 3 В. Батареї можуть бути виготовлені з декількох осередків. Так, наприклад, ви навряд чи побачите свинцево-кислотні батареї напругою 2 В. Зазвичай вони з'єднуються один з одним в одному корпусі, щоб на виході джерела енергії отримати 6 В, 12 В або 24 В. Крім того, більшість електронних пристроїв використовують кілька лужних батарейок для генерації необхідного робочого напруги.
Не забувайте про номінальні і реальні напруги. Наприклад, батарейка типу AA на 1.5 В почне свою роботу при 1.6 В, потім швидко знизить напругу до 1.5 В і потім буде повільно розряджатися до 1.0 В (точка, при якій батарейка буде вважатися «мертвої»).
Повторне використання. Деякий батарейки можна перезаряджати до сотні разів.
Енергоємність і енерговіддача
Енергоємність визначає кількість енергії, яке зберігається в батареї. Ця величина часто виражається в ват-годинах. Ват-година є напруга в вольтах, яке забезпечує джерело енергії, помножена на силу струму в амперах, яку це джерело може видати за годину. Оскільки напруга залежить від типу використовуваного в батареї хімічного елемента (лужні, літієві, свинцево-кислотні і т.д.) часто на батарейці пишеться тільки величина ампер-годину (Ач або Ah) або міліампер-година (мАг або mAh). Для отримання ват-година (Вт * год або Wh). Потрібно помножити Ач на номінальну напругу. Наприклад, припустимо, що у нас є батарейка з номінальною напругою 3 В і 1 Ач, значить її енергоємність складе 3 Вт * ч.
Проте, величина струму, яку ми дійсно можемо отримати (енерговіддача) найчастіше обмежена. Наприклад, батарейка-таблетка, яка розрахована на 1 Ач не може насправді забезпечити 1 Ампер струму протягом години. За фактом, вона навіть не надасть і 0.1 А. Якщо порівняти з людиною, то можна сказати, що людина здатна подолати 50 кілометрів. І, звичайно ж, пробігти 50 кілометрів це не те, що просто пройти ті ж 50 кілометрів. Крім того, батарейка не має ніяких проблем з тим, щоб видати 1 мА за 1000 годин, але якщо ви спробуєте отримати 100 мА, що вона не протримається і 10 годин.
Наприклад, на малюнку нижче батарейка-таблетка живить резистор 3.9 КОм і видає 230 мАг перш ніж розрядитися до 2 В, але якщо поставити опір 1 КОм, вона надасть тільки 125 мАг.
Свинцево-кислотні акумулятори є робочими конячками в промислової і автомобільної сферах. Вони досить дешеві, перезаряжаеми і легко доступні. Такі джерела живлення використовуються там, де необхідно багато енергії, і вага енергоносія не настільки важливий. Один елемент свинцево-кислотного джерела має номінальну напругу 2 В, це означає, що ви завжди отримаєте акумулятор з парних значенням напруги (6, 12 або 24 В).
Плюси: відносно дешеві, потужні, легко можна перезаряджати, висока токоотдачи
Мінуси: важкі, мають великі розміри, оскільки питома віддача енергії досить низька
Ціни: свинцево-кислотний акумулятор на 12 В і 7 Ач буде коштує 500-1000 руб.
Питома віддача енергії: 7 Вт * ч / кг
Лужні батарейки є найбільш поширеними серед батарейних джерел енергії. Вони продаються майже в кожному магазині, тому з доступністю проблем виникнути не повинно. Завдяки доступності, ціні і розмірами вони гарні в споживчих електронних пристроях. Вони мають більш високу щільність заряду, ніж нікель-кадмієві і трохи вище, ніж нікель-метал-гидридні батареї. Проте, вони одноразового використання. Їх номінальна напруга 1.5 В і доступні вони в розмірах, починаючи від AAAA і закінчуючи D.
Також існують великі 6-вольт лужні батарейки, що складаються з пари великих енергоносіїв. Вони досить зручні тим, що вони доступні в багатьох магазинах, мають велику ємність і енерговіддачу, і до їх висновків зручно приєднати дроти.
Крім того, є батарейки на 9 В (вУкаіни відомі як Крона) в спеціальному форм-факторі, які насправді складаються з маленьких відсіків на 1.5 В. В результаті вони мають досить низьку енергоємність і енерговіддачу, і в той же час вони досить дорогі . Якщо вам потрібно отримувати з джерела живлення більш 20 мА, то вони не будуть найкращим рішенням.
Ціни: батарейки типу AA можуть коштувати 30-40 рублів і мати до 3000 мАг
Питома віддача енергії: 100 Вт * год / кг
Плюси: популярні, відносно безпечні, довгий термін експлуатації
Мінуси: неперезаряжаемие, невисока енергоємність
Нікель-кадмієві (Ni-Cad) батарейки
Плюси: недорогі, надійні, стандартні розміри, легко перезаряджається
Мінуси: низька щільність енергії, містять токсичні метали
Ціни: батарейки типу AA можуть коштувати 30-40 рублів і мати до 1000 мАг
Питома віддача енергії: 60 Вт * ч / кг
Нікель-метал-гидридні батареї (Ni-MH)
Це більш популярні акумуляторні батареї, вони також продаються в стандартних розмірах. У багатьох випадках нікель-метал-гидридні батареї будуть хорошою заміною звичайним лужним батареям. Напруга одного елемента становить 1.25 В, що менше напруги лужних батарейок 1.5 В, але більше нікель-кадмієвих 1.2 В. Самий неприємний момент полягає в тому, що ці батарейки мають високий показник саморазряда, хоча за останні роки завдяки новим технологіям цей показник вдалося знизити.
Плюси: хороша альтернатива лужним батареям, висока щільність заряду, стандартні розміри, краща ємність у порівнянні з лужними батарейками, досить легко підзарядити, але вони не дуже надійні
Мінуси: дорожче, ніж нікель-кадмієві батарейки, термін служби не дуже довгий, швидко саморазряжаются
Ціни: батарейки типу AA можуть коштувати 70-100 рублів і мати до 2500 мАг
Питома віддача енергії: 100 Вт * год / кг
Літій-іонні (Li-ion) і літій-полімерні (Li-Poly) акумулятори
Плюси: дуже легкі, висока щільність заряду і енерговіддача, щодо висока напруга
Мінуси: дорогі, тендітні, можуть вибухнути при неправильному використанні
Ціни: акумулятори для стільникових можуть коштувати близько 300-400 рублів і мати 750 мАг
Питома віддача енергії: 126 Вт * год / кг для літій-іонних, 185 Вт * год / кг для літій-полімерних акумуляторів
Літієві батарейки і батарейки-таблетки
Більшість літієвих батарей, які ви зустрінете, будуть у формі таблетки або кнопки. Літієві батарейки-таблетки мають номінальну напругу 3 В, а лужні, цинкові і марганцеві батарейки-таблетки характеризуються напругою 1.5 В. Вони дуже малі і дуже легкі, відмінно підходить для невеликих, малопотужних пристроїв. Тим не менш, вони не є перезаряджаємими і мають високий внутрішній опір (це робить їх досить безпечними).
Найбільш популярною на сьогоднішній день батарейкою такого типу є CR2032, що має діаметр 20 мм і товщину 3.2 мм. Вона видає 220 мАг при напрузі 3 В. Найбільшими за розмірами є CR2477 (24 мм x 8 мм) з енергоємністю 1000 мАг і ціною від 120 рублів.
Ще можна зустріти батарейки типу CR123 з напругою 3 В, яка трохи товщі і трохи коротше батарейки типу AA.
Плюси: легкі, компактні, висока щільність, дешеві, щодо висока напруга, легко з'єднувати для отримання великої напруги, тривалий термін експлуатації
Мінуси: неперезаряжаемие, невисока токоотдачи, потрібен спеціальний утримувач
Ціни: CR2032 (220мАч) коштує приблизно 15-30 рублів, CR123 (1300 мАг) 100-150 рублів
Питома віддача енергії: 270 Вт * год / кг
Як підібрати підходящий джерело енергії для вашого проекту
Отже, ви винайшли якийсь пристрій і вам потрібно живити його. Для початку потрібно відповісти на два питання.
Ваше пристрій «ненажерливе»? Проектори, великі аудіо системи, і проекти з електроприводом повинні орієнтуватися на кількість ампер споживаного струму. Тут слід звернути увагу на великі 6-вольт лужні батарейки одноразового використання або акумуляторні свинцево-кислотні акумулятори.
Ваше пристрій дуже компактне? Якщо так, то, можливо, вам будуть потрібні літієві батарейки-таблетки (одноразові) або маленькі літій-полімерні батареї, які використовуються радіокерованих літаках.
Також можна орієнтуватися у виборі джерела живлення за додатковими питань.
Ви будете робити багато таких пристроїв? Якщо так, то беріть класичні лужні батарейки, які легко можна знайти на прилавках магазинів.
Батарейки повинні бути зручні для користувача? Тоді беріть батарейки типу AA або на 9 В типу Крона.
Потрібно вхідна напруга приблизно 5 В? Три лужні (4.5 В) або 4 NiMH (4.8 В) підуть найбільш кращим чином.
Необхідний перезаряджається джерело енергії? Візьміть кейс для батарейок, помістіть туди батарейки NiMH і плодзаряжайте їх зарядним пристроєм високої якості.
Потрібно кілька батарейок, з'єднаних послідовно? Слід пам'ятати, що у послідовно з'єднаних батарей повинна збігатися енерговіддача. Якщо ви з'єднаєте 9-вольтів батарейку з батарейкою типу AA, щоб отримати 10.5 В, 9-вольта батарейка розрядитися за 1/10 частку відведеного часу, залишивши вас з напругою тільки 1.5 В.