La batterie est l’élément électronique le plus important de votre matériel. Mais comment vous assurer que vous choisissez la batterie lithium-ion personnalisée adaptée à votre matériel ?
Cet article comprend deux parties pour illustrer la question. La partie 1 traite des considérations importantes lors de la sélection de la bonne batterie pour une application grand public. Ceux-ci incluent la rechargeabilité, la densité énergétique, la densité de puissance, la durée de conservation, la sécurité, le facteur de forme, le coût et la flexibilité. La deuxième partie examinera comment la chimie affecte les paramètres importants de la batterie, et donc la sélection de la batterie pour votre application. Dans la troisième partie, nous examinerons les compositions chimiques courantes des batteries secondaires.
CERTAINES CONSIDÉRATIONS IMPORTANTES DANS LE SÉLECTION DE LA BATTERIE SONT :
1. Primaire ou secondaire – L'un des premiers choix en matière de sélection de batteries consiste à décider si l'application nécessite des batteries primaires (à usage unique) ou secondaires (rechargeables). Dans l’ensemble, il s’agit d’une décision facile pour le concepteur. Les applications à usage intermittent occasionnel (comme un détecteur de fumée, un jouet ou une lampe de poche) et les applications jetables dans lesquelles la charge devient peu pratique justifient l'utilisation d'une batterie principale. Les appareils auditifs, les montres (les montres intelligentes étant une exception), les cartes de vœux et les stimulateurs cardiaques en sont de bons exemples. Si la batterie doit être utilisée en continu et pendant de longues périodes, comme dans un ordinateur portable, un téléphone portable ou une montre intelligente, une batterie rechargeable est plus adaptée.
Les batteries primaires ont un taux d’autodécharge beaucoup plus faible – une caractéristique intéressante lorsque la recharge n’est pas possible ou pratique avant la première utilisation. Les batteries secondaires ont tendance à perdre de l’énergie à un rythme plus élevé. Ceci est moins important dans la plupart des applications en raison de la possibilité de recharger.
2. Énergie par rapport à la puissance - L'autonomie d'une batterie est dictée par la capacité de la batterie exprimée en mAh ou Ah et correspond au courant de décharge qu'une batterie peut fournir au fil du temps.
Lorsque l’on compare des batteries de composition chimique différente, il est utile d’examiner le contenu énergétique. Pour obtenir le contenu énergétique d'une batterie, multipliez la capacité de la batterie en Ah par la tension pour obtenir l'énergie en Wh. Par exemple, une batterie nickel-hydrure métallique de 1,2 V et une batterie lithium-ion de 3,2 V peuvent avoir la même capacité, mais la tension plus élevée du lithium-ion augmenterait l'énergie.
La tension en circuit ouvert est couramment utilisée dans les calculs d'énergie (c'est-à-dire la tension de la batterie lorsqu'elle n'est pas connectée à une charge). Cependant, la capacité et l’énergie dépendent fortement du taux de drainage. La capacité théorique est dictée uniquement par les matériaux actifs des électrodes (chimie) et la masse active. Pourtant, les batteries pratiques n'atteignent qu'une fraction des résultats théoriques en raison de la présence de matériaux inactifs et de limitations cinétiques, qui empêchent la pleine utilisation des matériaux actifs et l'accumulation de produits de décharge sur les électrodes.
Les fabricants de batteries spécifient souvent la capacité à un taux de décharge, une température et une tension de coupure donnés. La capacité spécifiée dépendra de ces trois facteurs. Lorsque vous comparez les capacités nominales des fabricants, assurez-vous de regarder en particulier les taux de vidange. Une batterie qui semble avoir une capacité élevée sur une fiche technique peut en réalité fonctionner mal si la consommation de courant pour l'application est plus élevée. Par exemple, une batterie évaluée à 2 Ah pour une décharge de 20 heures ne peut pas fournir 2 A pendant 1 heure, mais ne fournira qu'une fraction de la capacité.
Les batteries à haute puissance offrent une capacité de décharge rapide à des taux de décharge élevés, comme dans les outils électriques ou les applications de batterie de démarrage automobile. En règle générale, les batteries haute puissance ont de faibles densités d’énergie.
Une bonne analogie entre la puissance et l’énergie est de penser à un seau avec un bec verseur. Un seau plus grand peut contenir plus d’eau et s’apparente à une batterie à haute énergie. La taille de l’ouverture ou du bec à partir de laquelle l’eau quitte le seau s’apparente à la puissance : plus la puissance est élevée, plus le taux de vidange est élevé. Pour augmenter l'énergie, vous augmenterez généralement la taille de la batterie (pour une chimie donnée), mais pour augmenter la puissance, vous diminuerez la résistance interne. La construction des cellules joue un rôle important dans l’obtention de batteries à haute densité de puissance.
Vous devriez être capable de comparer les densités d'énergie théoriques et pratiques pour différentes chimies à partir des manuels sur les batteries. Cependant, comme la densité de puissance dépend fortement de la construction de la batterie, vous trouverez rarement ces valeurs répertoriées.
3. Tension – La tension de fonctionnement de la batterie est une autre considération importante et est dictée par les matériaux d'électrode utilisés. Une classification utile des batteries consiste ici à considérer les batteries aqueuses ou à base d’eau par rapport aux produits chimiques à base de lithium. Le plomb-acide, le zinc-carbone et le nickel-hydrure métallique utilisent tous des électrolytes à base d'eau et ont des tensions nominales allant de 1,2 à 2 V. Les batteries au lithium, quant à elles, utilisent des électrolytes organiques et ont des tensions nominales de 3,2 à 4 V (à la fois primaires et primaires). secondaire).
De nombreux composants électroniques fonctionnent à une tension minimale de 3 V. La tension de fonctionnement plus élevée des produits chimiques à base de lithium permet d'utiliser une seule cellule plutôt que deux ou trois cellules à base aqueuse en série pour obtenir la tension souhaitée.
Une autre chose à noter est que certains produits chimiques de batterie tels que le zinc MnO2 ont une courbe de décharge en pente, tandis que d'autres ont un profil plat. Cela influence la tension de coupure (Fig. 3).
Figure 3 : Courbe de tension basée sur la chimie de la batterie
Batterie de tracé de tension d'alimentation VTC sur la chimie
4. Plage de température – La chimie de la batterie dicte la plage de température de l'application. Par exemple, les cellules zinc-carbone à base d'électrolyte aqueux ne peuvent pas être utilisées en dessous de 0°C. Les piles alcalines présentent également une forte baisse de capacité à ces températures, bien que inférieure à celle du zinc-carbone. Les batteries primaires au lithium à électrolyte organique peuvent fonctionner jusqu'à -40°C mais avec une baisse de performances significative.
Dans les applications rechargeables, les batteries lithium-ion peuvent être chargées à leur vitesse maximale uniquement dans une plage étroite d'environ 20° à 45°C. Au-delà de cette plage de température, des courants/tensions plus faibles doivent être utilisés, ce qui entraîne des temps de charge plus longs. À des températures inférieures à 5° ou 10°C, une charge d'entretien peut être nécessaire afin d'éviter le redoutable problème de placage dendritique du lithium, qui augmente le risque d'emballement thermique (nous avons tous entendu parler d'explosions de batteries au lithium qui pourraient en résulter). de surcharge, de charge à basse ou haute température ou de court-circuit dû à des contaminants).
AUTRES CONSIDÉRATIONS INCLUENT :
5. Durée de conservation – Cela fait référence à la durée pendant laquelle une batterie restera dans un cellier ou sur une étagère avant d'être utilisée. Les piles primaires ont une durée de conservation beaucoup plus longue que les piles secondaires. Cependant, la durée de conservation est généralement plus importante pour les batteries primaires, car les batteries secondaires ont la capacité d'être rechargées. Une exception est lorsque la recharge n’est pas pratique.
6. Chimie – La plupart des propriétés énumérées ci-dessus sont dictées par la chimie cellulaire. Nous discuterons des compositions chimiques des batteries couramment disponibles dans la prochaine partie de cette série de blogs.
7. Taille physique et forme – Les piles sont généralement disponibles dans les formats de taille suivants : piles bouton/bouton, piles cylindriques, piles prismatiques et piles en poche (la plupart d'entre elles dans des formats standardisés).
8. Coût – Il peut arriver que vous deviez laisser de côté une batterie offrant de meilleures caractéristiques de performance, car l'application est très sensible au coût. Cela est particulièrement vrai pour les applications jetables à grand volume.
9. Réglementations en matière de transport et d'élimination – Le transport des batteries au lithium est réglementé. L’élimination de certains produits chimiques des batteries est également réglementée. Cela peut être une considération pour les applications à volume élevé.
10. Sécurité de la batterie au lithium du fabricant. Certains fabricants n'ont même pas effectué de tests de sécurité et de fiabilité de leur propre côté avant la production en série. Cela pose un grand danger dans l'application finale.
De nombreuses considérations doivent être prises en compte lors du choix d'une batterie. Plusieurs d'entre eux sont liés à la chimie, tandis que d'autres sont liés à la conception, à la construction et à la capacité du fabricant de la batterie. Choisir le fabricant de batteries lithium-ion le plus expérimenté est le plus important. VTC Power Co., Ltd, spécialisée dans la fabrication de batteries lithium-ion depuis 20 ans et donnez la meilleure proposition pour vous！
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