Москва

+7 495 741-65-70

Корзина пуста
импорт списка
SALE!-10% -20% -30% -40% -50% -60%
дефицитные компоненты
Применение ХИТ в устройствах массового спроса

Применение ХИТ в устройствах массового спроса

Практически каждый человек сегодня сталкивается с необходимостью выбора или замены батарей и аккумуляторов в повседневно используемых электронных устройствах, датчиках и приборах. Необходимые элементы  электропитания относятся к химическим источникам тока (ХИТ) и широко представлены в магазинах моделями разнообразного типа от многих производителей. Подобная ситуация упрощает, на первый взгляд, решение проблемы, вызывая тем не менее у вдумчивого пользователя ряд вопросов. А заблаговременно полученные на них ответы позволят сделать наиболее предпочтительный выбор ХИТ и обеспечить более длительный период успешной работы вашего устройства.

ХИТ как элемент питания для потребительской техники

Первичные источники электропитания являются непременным атрибутом любого носимого (мобильного) устройства, которых в нашей жизни становится все больше и больше. К традиционной персональной, домашней и офисной технике постоянно добавляются новые игрушки и радиоуправляемые модели, средства связи и системы наблюдения. Развитие рынка мобильных устройств, систем беспроводной связи, а теперь еще и Интернета вещей (IoT) требует  порой более ответственного подхода к обычной операции замены элементов питания. В некоторых случаях бывает необходимо более тщательно отнестись к подбору  гарантируемых производителем параметров ХИТ. Это позволит исключить неожиданный отказ батареек или аккумуляторов в процессе использования, например, после съемки всего пары кадров на цифровую видеокамеру или в течение длительной, но не энергозатратной  эксплуатации системы охранной сигнализации.

Сегодня в продаже имеется огромный ассортимент батареек и аккумуляторов, которые могут отличаться типом электрохимической системы, формой и размерами корпуса, электрическими характеристиками. В то же время все они стандартизованы в соответствии с международными требованиями, имеют ряд основных параметров, которые помогают ориентироваться в этом многообразии и безболезненно заменять один элемент другим при соответствии их размеров и конструкции выводов.

Необходимо лишь учитывать, что конкретные значения всех параметров во многом зависят также от качества изготовления и  чистоты применяемых химических компонентов. Известные производители также могут добиваться несколько улучшенных характеристик за счет применения усовершенствованных технологий и ноу-хау. Длительность и условия хранения также влияют на величину генерируемого остаточного заряда ХИТ.

Наиболее широкое распространение в бытовой, домашней и портативной технике сегодня получили элементы питания в цилиндрических корпусах типа «АА» и «ААА» (R03/LR03), известные также как пальчиковые и мизинчиковые батарейки. Долгое время такие ХИТ выпускали на основе солевых электролитов. Затем получили распространение более долговечные и энергоемкие щелочные (алкалиновые) элементы. Они обладают практически вдвое увеличенной энергоемкостью и несколько меньшим током саморазряда, что обеспечивает более длительный срок хранения и эксплуатации в режиме пониженных токов.

Менее распространены более мощные батареи цилиндрической формы, увеличенного диаметра, напоминающие бочонок. Этот типоразмер имеет маркировку «С» и «D».  Такие батареи сегодня устанавливают в устройствах с повышенным потреблением тока. Доступны также батареи в формате ½ или 2/3 высоты «АА». Батареи в дискообразных корпусах типа «таблетка» находят широкое применение в калькуляторах, медицинских приборах, часах и других устройствах с  незначительными энергетическими потребностями и длительным сроком эпизодической эксплуатации.

Несмотря на стандартизацию основных параметров батарей, в разных странах используют порой несколько отличающиеся обозначения. Но в целом можно многое узнать из маркировки любой батарейки, которая у заслуживающих особого внимания производителей наносится четким шрифтом и на хорошо воспринимаемом цветовом фоне. Основные типы электрохимической системы зачастую обозначают следующим образом:

  • солевая – R;
  • щелочная – LR;
  • литиевая – CR/ ER

Большая часть цилиндрических батарей (включая ряд миниатюрных дисковых) имеет начальное напряжение около 1,5 В, но при этом они могут различаться максимальным отдаваемым в нагрузку током и длительностью его протекания. Последний параметр принято называть емкостью батареи, измеряемой в Ампер х часах (Ач или мАч). Использование оригинальных композитных материалов и усовершенствованных  конструкций батарей позволяет производителям подчас добиваться повышенной энергоемкости в процессе электрохимической реакции.

Для питания приборов и передатчиков в брелоках автомобильных сигнализаций, удаленных датчиков иногда используются наборы из дисковых элементов, способные обеспечить повышенное до 12 В напряжение, например батареи в формате A23 (MN21) и A27.

В качестве альтернативы традиционным батарейкам с напряжением 1,5 В зачастую успешно используются аккумуляторы с напряжением на элементе 1,2 В. Наиболее распространенными сегодня являются никель-металлогидридные (Ni-MH) аккумуляторы. Но по-прежнему находят применение и некогда широко распространенные никель-кадмиевые аккумуляторы. Они способны отдавать большой ток за короткие промежутки времени, поэтому используются в электроинструменте, а также в фонарях, так как отлично работают при низких и высоких температурах, работоспособны в широком диапазоне токов заряда и разряда, переносят даже кратковременное короткое замыкание! У них невысокая цена и длительный срок службы.

Никель-металлогидридные аккумуляторы обладают немного более высокими энергетическими параметрами, в сравнении с никель кадмиевыми, но основное их преимущество перед ними в отсутствии т.н. эффекта памяти.

В зависимости от конструкции и особенностей эксплуатации никель кадмиевые аккумуляторы обеспечивают от 100 до 900 циклов заряда-разряда, тогда как у никель-металлогидридных моделей этот показатель составляет около 300 - 500 циклов. Другим серьезным преимуществом никель-металлогидридных аккумуляторов является экологическая безопасность, благодаря отсутствию кадмия.

Повышенную емкость не всегда можно считать очевидным преимуществом для аккумуляторов, да и для батареек также. Так аккумуляторы с повышенной емкостью (1500 – 3000 мАч) лучше подойдут для использования в фотоаппаратах, радиоуправляемых моделях и других устройствах с коротким циклом заряд-разряд. А аккумуляторы пониженной емкости (до 1000 мАч) будут оптимальным выбором в устройствах периодического использования или незначительного энергопотребления. В противном случае большая часть запасенной энергии будет просто бесполезно тратиться в процессе саморазряда источника питания.

Сегодня привычные уже типы батареек и аккумуляторов успешно дополняют, не являясь им прямыми конкурентами, литиевые ХИТ. Дело в том, что все литиевые элементы питания обладают целым рядом неоспоримых преимуществ и лишь незначительными недостатками, но при этом они имеют повышенное напряжение на один элемент питания. Которое может быть от 2,6 до 3,6 В, в сравнении с 1,5 В у обычных батареек.

Литиевые ХИТ для бытовой электроники

Отдельного внимания заслуживают сегодня литиевые батареи и аккумуляторы, как одни из наиболее перспективных ХИТ. Литиевые источники питания выпускают в самом разнообразном конструктивном исполнении. Используется привычная цилиндрическая и менее распространенная призматическая форма корпуса. Отдельные элементы могут быть как без выводными для установки в батарейные отсеки, так и с выводами, лепестковыми или проволочными для непосредственного впаивания в плату. Еще больший полет фантазии могут использовать разработчики заказных литий-полимерных аккумуляторов, которые могут быть выполнены практически в любой форме.

Источники тока на основе литиевых технологий находят все более широкое применение в электропитании домашней техники и портативных устройств. Причин тому несколько. Литиевые элементы питания обладают минимальным током саморазряда, за счет чего могут храниться или работать в режиме пониженного энергопотребления по несколько лет, до 10 и даже 20 лет! Таким образом, они сегодня незаменимы в различных приборах учета энергоресурсов и датчиках контроля параметров, в системах домашней и автомобильной сигнализации.

Литиевые ХИТ, в сравнении с солевыми и щелочными, отличаются повышенной удельной энергоемкостью.  Таким образом, при равных размерах литиевые источники будут работать значительно дольше, чему будет способствовать и пониженный саморазряд (лишь 1-2 % в год). Тогда как солевые батарейки смогут храниться не более 3-4 лет, а щелочные не более 5 лет и то при строгом соблюдении условий хранения. Литиевые батареи имеют расширенный рабочий температурный диапазон (–55…80°С), тогда как щелочные практически не работают уже при – 25°С.

Наименьшим током саморазряда отличаются литий-тионилхлоридные батареи (менее 1 % в год). Достигается это показатель благодаря образованию на поверхности литиевого электрода тонкой пленки при  разомкнутой внешней цепи питания. После замыкания цепи питания пленка постепенно разрушается. Однако повышенное в это время внутреннее сопротивление элемента питания приводит к временному провалу напряжения и ограничению потребляемого  тока, что может оказаться критичным при запуске некоторых устройств с незначительным током питания. Минимальное напряжение на клеммах батареи в это время может понизиться до 2,3 В, а затем плавно возвращается к номинальному значению 3,6 В. Это явление называют эффектом пассивации. Наиболее явно влияние пассивации проявляется после хранения в течение полугода, с увеличением толщины пленки. Поэтому литий-тионилхлоридные батареи не рекомендуется использовать для установки в устройства, работающие длительное время в режиме микротоков. Производители рекомендуют также перед началом эксплуатации проводить процесс депассивации таких батарей после хранения их в течение трех и более месяцев.

Основным недостатком  литиевых источников питания сегодня является повышенная стоимость, вызываемая в частности повышенными требованиями к герметичности конструкции и к безопасности эксплуатации литиевых ХИТ.

Все большее распространение получают литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы, обладающие теми же достоинствами, что и литиевые батареи, но обеспечивающие длительный срок эксплуатации при повышенном до 3,6 В напряжении  питания.

Литиевые ХИТ компаний Saft и EEMB

Среди множества производителей литиевых ХИТ в нашей стране представлены известные во всем мире компании Saft и ЕЕМВ, продукция которых заслуживает внимания, как со стороны непритязательных пользователей, так и искушенных специалистов.

Литиевые ХИТ EEMB

Элементы питания компании EEMB известны во многих странах Америки, Азии, Европы. В ассортименте компании представлены все литиевы типы батарей и аккумуляторов. ХИТ производства ЕЕМВ можно использовать для питания детских игрушек, часов и калькуляторов, более энергоемкого домашнего инструмента и требующих повышенной надежности интеллектуальных устройств в составе умного дома. Литиевые ХИТ ЕЕМВ  зарекомендовали себя как надежный источник питания.

Литий-тионилхлоридные батареи ЕЕМВ разбиты на три категории: Energy (стандартные), High Power (высокой мощности) и High Temperature (с расширенным температурным диапазоном). Наиболее популярные на потребительском рынке литиевые батареи ЕЕМВ в габаритных форматах АА и ААА, а также  РР3 (литиевая Крона) представлены в таблице 1.

Таблица 1. Литиевые батареи ЕЕМВ массового применения

Модель

Тип

Типоразмер

Напряжение элемента, В

Емкость,мАч

Разрядный ток, мА

Макс, разрядный ток, мА

Вес, г

Длительный

Импульсный

ER10450

Li-SOCL2

AAA

3,6

800

0,5

25

60

9

ER14505

Li-SOCL2

AA

3,6

2400

2

100

150

20

ER14505M

Li-SOCL2

AA

3,6

1800

10

500

1000

22

ER14505S

Li-SOCL2

AA

3,6

1800

50

100

200

20

ER9V

Li-SOCL2

10,8

1200

0,5

40

80

40

CR14505BL

Li-MnO2

AA

3,0

2400

1

15

150

28

CR14505SL

Li-MnO2

AA

3

1500

1

1000

2000

21

Модель ER14505 выпускается в трех вариантах. Стандартный вариант отличается повышенной емкостью, батарея ER14505M обеспечивает повышенный разрядный ток, а ER14505S способна работать в расширенном температурном диапазоне –40… 85°C. Несколько особняком стоит ER9V – литиевый вариант батарейки Крона, которая по-прежнему находит применение в ряде приборов и устройств.

Среди литий-диоксид марганцевых ХИТ ЕЕМВ очень широко представлены дисковые («таблеточные») батарейки с номинальным напряжением 3 В, номинальной емкостью от 40 до 1000 мАч и стандартным разрядным током от 0,2 до 2 мА. При диаметре от 12,5 до 30 мм они имеют толщину от 2 до 7,7 мм.

Литий-ионные аккумуляторы ЕЕМВ  в цилиндрическом корпусе используются для питания аудио/визуального оборудования, портативных дисплеев и камер, устройств офисной автоматизации, ноутбуков, планшетов, электронных инструментов, коммуникационного оборудования. «Кнопочные» аккумуляторы устанавливают в пульты управления, цифровые видеокамеры, в портативную персональную и в автомобильную электронику.

Таблица 2. Литий-ионные аккумуляторы ЕЕМВ

Модель

Номинальное напряжение, В

Номинальная емкость, мАч

Внутренне сопротивление, мОм

Диаметр, мм

Высота, мм

Вес

LIR10440

3,7

300

110

10

44

12

LIR14500

3,7

750

80

14,0

50

20

LIR17335

3,7

600

100

16

33,5

16

LIR18500

3,7

1400

70

18

50

33

LIR18650

3,7

2000

60

18

65

48

LIR17500

3,7

1100

80

17

50

29

Литий-ионные аккумуляторы ЕЕМВ представлены в таблице 2, среди них есть LIR14500 в аналогичном формату АА корпусе, но с повышенным напряжением. Ряд популярных аккумуляторов с высотой корпуса 65 мм подходит для замены элементов питания в аккумуляторных блоках для ноутбуков.

Напряжение цилиндрического литиевого аккумулятора ЕЕМВ составляет 3,7 В, емкость 300…3000 мАч. Рабочий диапазон температур –20…60°С, а температура заряда должна находиться в пределах 0…45°С. Безопасную эксплуатацию аккумуляторов обеспечивают несколько систем защиты, включая безопасный сепаратор и предохранительный клапан.

Дисковые литий-ионные аккумуляторы «таблеточного» типа с напряжением 3,6 В ЕЕМВ выпускает с диаметром от 10 до 30 мм при высоте от 2,5 до 5,5 мм. Они могут эксплуатироваться при температуре  –20…60°С в различных приборах, а также в компьютерах, датчиках, игрушках.

Литий-полимерные аккумуляторы ЕЕМВ выпускаются в трех исполнениях: общего назначения, повышенной мощности и с расширенным температурным диапазоном. Они широко используются в разнообразных бытовых, медицинских и мобильных устройствах.

В модельном ассортименте аккумуляторов ЕЕМВ также представлены никель-кадмиевые и металло-гидридные батареи и сборки, а также выпускаются  литий-железофосфатные (LiFePO4) аккумуляторы, отличающиеся повышенным током при напряжении 3,2 В на одном элементе.

ЕЕМВ предлагает также компактные литий-полимерные аккумуляторы в плоских призматических корпусах и мощные модульные наборы из литий-железофосфатных ХИТ, которые находят применение в сетевом и транспортном оборудовании, но могут пригодиться и в домашнем хозяйстве.

Литиевые ХИТ Saft

Французская компания Saft является одним из общепризнанных лидеров рынка элементов питания и уже на протяжении не одного десятка лет производит высококачественные ХИТ для использования практически в любой гражданской и военной сфере. В активе компании есть технические решения наиболее явным образом подходящие под определение «поставил и забыл».

В обширном ассортименте первичных источников питания Saft представлены литиевые элементы на основе трех электрохимических систем:

• Литий-тионилхлорида (Li-SOCI2), серии LS, LST, LSX, LSH, с напряжением 3,6 В/элемент;

• Литий-диоксида серы (Li-SO2), серии G и LO, с напряжением 3 В/элемент;

• Литий – диоксида марганца (Li-MnO2), серия LM, с напряжением 3 В/элемент.

Отличительными признаками ХИТ Saft являются:

  • Высокое и стабильное рабочее напряжение: более 3 В для элементов серии LS/LSH и более 2 В для серий LO/G и LM/M;
  • Широкий диапазон рабочих токов: от нескольких микроампер до более чем 10 А импульсного тока в некоторых элементах серий LO/G и LM/M;
  • Широкий температурный диапазон: –60...85°С и более;
  • Длительный срок хранения: саморазряд от 1% до 3% в год при температуре хранения 20°С;
  • Длительный срок эксплуатации: обычно более 5 лет, до 20 лет и более для некоторых областей применения;
  • Отличная работоспособность при повышенной влажности;
  • Антикоррозийный герметичный корпус.

Особенностями всех без исключения литиевых элементов Saft являются коррозионно-стойкие корпуса, металло-стеклянные герметичные выводы, а также  обеспечивающие безопасность  клапаны и предохранители специальной конструкции. Литиевые ХИТ Saft отличаются повышенной удельной емкостью, которая может в три-десять раз превышать показатели химических источников тока другого типа.

Все литиевые ХИТ Saft соответствуют стандартам безопасности UL и МЭ. Большинство батарей соответствуют военным стандартам Европы и США. Некоторые элементы LS/M удовлетворяют требованиям МЭК 60079-11 и спецификациям ATEX по искробезопасности.

В наиболее востребованном сегодня корпусе АА у Saft можно встретить сразу несколько вариантов литий-тионилхлоридной батареи LS14500 (таблица 3). Все они работают в расширенном температурном диапазоне от –60...70°С и даже до 95°C, имеют довольно высокую емкость  –  более 2 Ач.

Таблица 3. Литиевые батареи Saft массового применения

Модель

Страна-производитель

Типоразмер

Напряжение элемента, В

Номинальное напряжение, В

 Емкость, Ач

Максимальный ток, мА

Температура эксплуатации

Вес, г

LS 14500

Франция

AA

3,67

3,6

2,45 Ач (1 мА)

130

–60...85°C*

16,2

LS 14500C

Франция

AA

3,67

3,6

2,7 Ач (1 мА)

25

–60...70°C*

16,2

LS 14500W

Франция

AA

3,67

3,6

2,2 Ач (1 мА)

60

–60...95°C*

16,2

LSX 14500

Франция

AA

3,67

3,6

2,1 Ач (1 мА)

150

–60...85°C*

17,5

LS 17500

Франция

A

3,67

3,6

3,6 Ач (3 мА)

130

–60...85°C*

21,9

Литий-диоксид марганцевые батареи Saft с рабочим напряжением около 3 В производятся в обеспечивающих повышенную емкость (до 10 Ач) батарейках типа «бочонок» (С, D и укороченные по высоте варианты). Все они способны работать в диапазоне –30...70°C и некоторые даже от –40°C.

К сожалению, среди великолепных литий-ионных аккумуляторов Saft, способных работать при температурах –50...125°C, отсутствуют модели в корпусах типа АА или ААА. Как правило, компания выпускает дорогие литий-ионные аккумуляторы и сборки на их основе для встраивания в профессиональное оборудование и военную технику.

Заключение

Проблема выбора или замены источника питания периодически возникает перед нами в условиях современной жизни, которая уже немыслима без традиционной электронной техники и новомодных гаджетов, ассортимент и возможности которых постоянно расширяются. Грамотный выбор элементов питания обеспечит длительную и успешную эксплуатацию всей этой электроники.

В обширном ассортименте литиевых источников питания известных во всем мире производителей Saft и EEMB можно подобрать батарейку или аккумулятор, пригодные для эффективного  использования практически в любой ситуации.

Опубликовано: 29.11.2016

  • Москва
  • Санкт-Петербург
  • Мурманск
  • Ульяновск
  • Новосибирск
  • Екатеринбург
  • Краснодар
  • Нижний Новгород
  • Воронеж
  • Уфа
  • Челябинск
  • Самара
  • Красноярск
  • Казань
  • Ростов-на-Дону
  • Саратов
  • Пермь
  • Томск
  • Иркутск
  • Омск
  • Тюмень