История типоразмеров электрических батарей
Ранние версии электрических батарей, разработанные в Европе в 1700-х и 1800-х, имели корпус в виде стеклянных банок. По мере роста размеров батарей банки сменились на герметичные деревянные или фанерные контейнеры. В 1890-е, производство электрических батарей началось и в Соединенных Штатах, где в 1896 году National Carbon Company успешно выпустила первый стандартизованный элемент для потребительского использования. Это была угольно-цинковая батарейка под торговой маркой “Columbia Dry Cell Battery”, способная обеспечить напряжение 1,5 В и имевшая размер 15 сантиметров в длину.
Сфера портативных источников питания начала активно расти, что вызвало необходимость во всеобщей стандартизации электрических батарей. Международная электротехническая комиссия (МЭК), неправительственная организация по стандартизации, основанная в 1906 году, разработала стандарты для большинства электрических батарей. Примерно в 1917 году Национальный институт стандартов и технологий ввел алфавитную номенклатуру обозначения типоразмеров батарей, которая используется и по сей день. В таблице 1 приведены размеры и история этих типоразмеров.
Типоразмер Габаритные размеры Историческая справка F 33 х 91 мм Введен в 1896 году для фонарей; позже использовался в радиостанциях; сегодня доступен только в NiCd. E - Введен примерно в 1905 году для фонарей и хобби. Не поддерживается с 1980 года. D 34.2 х 61,5 мм Введен в 1898 году для фонариков и радиоприемников; до сих пор актуален. C 25,5 х 50 мм Введен примерно в 1900 году для создания малого форм-фактора. Sub-C 22,2 х 42,9 мм16,1 мл Используется в беспроводных инструментах. Длина может варьироваться в размерах ½, ⅘ и 5/4 от номинала. В основном, NiCd. B 20,1 х 56,8 мм Введен в 1900 году для портативного освещения, в том числе, для велосипедных фар; не поддерживается в Северной Америке с 2001 года. A 17 х 50 мм Доступны только в NiCd и NiMH; размер может быть ⅔ и ⅘ от номинала. Были популярны в старых ноутбуках и для использования в хобби. AA 14,5 х 50 мм Введен в 1907 году; также известен как “пальчиковая батарейка”. Добавлен в стандарт ANSI в 1947 году. AAA 10,5 х 44,5 мм Введен в 1954 году для уменьшения размеров камер Kodak и Palaroid. Добавлен в стандарт ANSI в 1959 году. AAAA 8,3 х 42,5 мм 9 В ответвление, введено в 1990-х; используется для лазерных указателей, светодиодных фонариков, стилусов и наушников. 4,5В батарея 67 х 62 х 22 мм Состоит из трех элементов плоской формы. Клеммы в виде контактных полос, короткая - положительная, длинная - отрицательная. Распространен в Европе и России. 9В батарея 48,5 х 26,5 х 17,5 мм Введен в 1956 году для транзисторных радиоприемников. Содержит шесть призматических или АААА элементов. Добавлен в стандарт ANSI в 1959 году. 18650 18 х 65 мм16,5 мл Разработан в середине 1990-х для литий-ионной системы; обычно используется в ноутбуках, электротранспорте. 26650 26 х 65 мм34,5 мл Больший типоразмер для литий-ионной системы. При размере 26 х 70 мм может называться 26700. В основном использует LFP технологию. 14500 14 х 50 мм Типоразмер для литий-ионной системы, аналогичен АА. (Следует обратить внимание на разные значения напряжений, у NiCd и NiMH — 1,2 В, у щелочной батареи — 1,5 В, а у литий-ионной — 3,6 В).
Таблица 1: Наиболее распространенные старые и новые типоразмеры электрических батарей.
Стандартизация коснулась, в первую очередь, производства первичных угольно-цинковых батарей, появившиеся в 1960-х щелочные батареи уже сразу выпускались в стандартизированных типоразмерах. С ростом популярности герметичных NiCd батарей в 1950-х и 1960-х годах появились новые форматы, большинство из которых было продолжением типоразмеров “А” и “С”. Начиная с 1990-х годов, производители литий-ионных батарей отошли от привычных стандартов и создали свои собственные типоразмеры.
Standard Range AGM Deep Cycle Range AGM Gellyte Range GEL 10 - 12 лет / 600 циклов 10 - 12 лет / 700 циклов 10 - 12 лет / 750 циклов универсальная серия AGM для глубоких разрядов AGM универсальная серия GEL
Крайне успешным стандартом стал типоразмер 18650 в форме цилиндрической ячейки. Разработанный в начале 1990-х для литий-ионной электрохимической системы, этот типоразмер используется для конструирования аккумуляторов, используемых в ноутбуках, электровелосипедах и даже электромобилях (в том числе, Tesla). Первые две цифры в названии “18650” обозначают диаметр элемента в миллиметрах, а последние три - длину в десятой доле миллиметра. Соответственно, такая ячейка будет иметь диаметр 18 мм и длину 65,0 мм.
Другие названия типоразмеров могут быть расшифрованы аналогичным способом. Например, призматический элемент типоразмера 564656Р будет иметь толщину 5,6 мм, ширину 46 мм и длину 56 мм. “Р” означает prismatic, что в переводе с английского - призматический. Электрохимическая система элемента, как правило, в номенклатуре типоразмера не указывается.
Можно обратить внимание, что в разных моделях мобильных телефонов и ноутбуков идут и разные по размеру аккумуляторы. Такое различие отчасти объясняется неспособностью производителей договориться о едином стандарте, и вследствие этого большинство потребительских устройств поставляются с выполненными на заказ аккумуляторными батареями. Необходимость конструирования таких батарей компактного размера заставляет производителей отступать от общепринятой стандартизации.
Marin GEL Range Deep Cycle GEL Range Solar GEL Range 10 - 12 лет / 800 циклов 10 - 12 лет / 800 циклов 10 - 12 лет / 800 циклов для электромоторов лодок и катеров для глубоких циклических разрядов для солнечных электростанций
На заре производства электрических батарей понятия о их стандартных размерах весьма отличались от сегодняшних, и это отразилось на введенных типоразмерах. Например, типоразмер F сегодня кажется весьма большим, а в конце 1800-х, когда его собственно и ввели, он был призван стать стандартом для электрических батарей среднего размера. Разработчики того времени наверняка не ожидали, что будут созданы батареи размером с кредитную карту, способные обеспечить невиданную, как для тех времен, мощность. Развитие сферы электрохимических источников тока приводило к уменьшению их размеров, приходилось подстраиваться и стандартизации. Так возникли несколько неудобные для прочтения форматы батарей типа АА, ААА или АААА.
С момента стандартизации 9В батареи в 1956 году, никаких новых типоразмеров для систем из нескольких элементов не было введено. В то время все портативные устройства уже разрабатывались с рабочим напряжением 3-5 В. Последовательное совмещение шести элементов для создания 9В батареи является дорогим в производстве, альтернативная конструкция с напряжением 3,6 В более выгодна и в производстве, и в эксплуатации. Современные 3,6 В электрические батареи имеют встроенную систему защиты, которая препятствует зарядке в случае, если это первичная батарея, или в них заложен правильный алгоритм зарядки, если это вторичная.
Батарейный монитор Защита от глубокого разряда Батарейный балансир контроль более 25 параметров, история и синхронизация защита от низкого и высокого напряжения, возможность регулировки для 12, 24, 36 и 48В систем, возможность параллельного подключения
Стартерные аккумуляторы для транспортных средств также соответствуют стандартам, таким как американский BCI, европейский DIN и японский JIS. Эти аккумуляторы имеют одинаковый размер для удобства их замены. Стационарные и глубокоразрядные свинцово-кислотные аккумуляторы стандартизированы не столь строго, поэтому при их замене необходимо использовать оригинальные батареи той же емкости и от того же производителя. В активно развивающемся направлении электротранспорта пока нет единой системы стандартов, и разнообразие размеров аккумуляторов в нем довольно велико. Ситуация с электротранспортом напоминает неудачную попытку стандартизировать аккумуляторы для всех портативных компьютеров в 1990-е.