История и стандартизация размеров аккумуляторов
Ранние батареи 1700-х и 1800-х годов в основном упаковывались в стеклянные банки. С увеличением размеров батарей, они переместились в герметичные деревянные контейнеры и композитные материалы. Стандартов размеров было мало, за исключением, пожалуй, сухого элемента № 6, название которого было дано в честь его шестидюймовой высоты. Другие размеры изготавливались вручную для конкретных целей. С переходом к портативности появились герметичные цилиндрические элементы, что привело к появлению стандартов. Примерно в 1917 году Национальный институт стандартов и технологий формализовал алфавитную номенклатуру, которая используется и по сей день.
Исторические и современные размеры батарей
| 🔋 Размер | 📏 Размеры | 📅 История |
|---|---|---|
| F-элемент | 33 x 91 мм | Введен в 1896 году для фонарей, позже использовался для радиоприемников; сегодня доступен только в никель-кадмиевом корпусе. |
| E-элемент | Нет данных | Введен примерно в 1905 году для распределительных фонарей и хобби-устройств. Снят с производства примерно в 1980 году. |
| D-элемент | 34,2 x 61,5 мм | Введен в 1898 году для фонариков и радиоприемников, до сих пор актуален. |
| C-элемент | 25,5 x 50 мм | Введен примерно в 1900 году для достижения меньшего форм-фактора. |
| Sub-C | 22,2 x 42,9 мм | Аккумулятор для инструментов. Другие размеры - ½, 4/5 и 5/4 длины sub-C. Преимущественно никель-кадмиевые. |
| B-элемент | 20,1 x 56,8 мм | Введен в 1900 году для портативного освещения, включая велосипедные фонари в Европе; производство прекращено в Северной Америке в 2001 году. |
| A-элемент | 17 х 50 мм | Доступен только как элемент NiCd или NiMH, также доступен в размерах 2/3 и 4/5. Популярен в старых ноутбуках и аккумуляторах для хобби. |
| АА-элемент | 14,5 x 50 мм | Представлен в 1907 году как батарейка для карманных фонариков и шпионского инструмента во время Первой мировой войны, добавлен в стандарт ANSI в 1947 году. |
| ААА-элемент | 10,5 x 44,5 мм | Разработан в 1954 году для уменьшения размера камер Kodak и Polaroid. Добавлен в стандарт ANSI в 1959 году. |
| AAAA-элемент | 8,3 x 42,5 мм | Ответвление 9V, с 1990-х годов, используется для лазерных указок, светодиодных пальчиковых фонариков, компьютерных стилусов, усилителей для наушников. |
| Батарейка 4,5 В | 67x62x22 мм | Три элемента образуют плоскую упаковку, короткая клеммная полоска — положительная, длинная — отрицательная; распространены в Европе и России. |
| 9-вольтовая | 48,5x26,5x17,5 мм | Введен в 1956 году для транзисторных радиоприемников, содержит шесть призматических или AAAA элементов. Добавлен в стандарт ANSI в 1959 году. |
| 18650 | 18 x 65 мм | Разработан в середине 1990-х годов для литий-ионных аккумуляторов, широко используется в ноутбуках, электровелосипедах, включая электромобили Tesla. |
| 26650 | 26 x 65 мм | Более крупный литий-ионный аккумулятор. Некоторые имеют размер 26x70 мм, продаются как 26700. Распространенный химический состав - LiFePO4 для ИБП, хобби, автомобилей. |
| 14500 | 14 x 50 мм | Литий-ионный, аналогичного размера с AA. (Обратите внимание на несовместимость напряжений: NiCd/NiMH = 1,2 В, щелочной = 1,5 В, литий-ионный = 3,6 В) |
Роль стандартов: IEC и ANSI
Стандартизация охватывала первичные элементы, в основном угольно-цинковые; щелочные появились только в начале 1960-х годов. С ростом популярности герметичных никель-кадмиевых аккумуляторов в 1950-х и 1960-х годах появились новые размеры, многие из которых были производными от размеров «A» и «C». Производители литий-ионных аккумуляторов отошли от традиционных размеров и изобрели свои собственные.
Международная электротехническая комиссия (IEC), неправительственная организация по стандартизации, основанная в 1906 году, разработала стандарты для большинства аккумуляторных батарей под номером 600086. Соответствующими стандартами США является серия ANSI C18, разработанная Национальной ассоциацией производителей электротехники США (NEMA).
Современные стандарты и их маркировка
Успешным стандартом для цилиндрического элемента является 18650. Разработанные в середине 1990-х годов для литий-ионных аккумуляторов, эти элементы питают ноутбуки, электрические велосипеды и даже электромобили, такие как автомобили Tesla. Первые две цифры обозначают диаметр в миллиметрах; следующие три цифры - длину в десятых долях миллиметра. Батарейка 18650 имеет диаметр 18 мм и длину 65,0 мм.
В призматических элементах первые две цифры обозначают толщину в десятых долях миллиметра. Следующие две цифры обозначают ширину, а последние две – длину элемента в миллиметрах. Например, призматический элемент 564656P имеет толщину 5,6 мм, ширину 46 мм и длину 56 мм. P означает призматический. Из-за большого разнообразия химических веществ и их различий внутри, элементы аккумуляторов не обозначают химический состав.
Будущее и существующие форматы
Глядя на батареи в мобильных телефонах и ноутбуках, можно увидеть отклонения от устоявшихся стандартов. Частично это связано с неспособностью производителей договориться о стандарте. Большинство потребительских устройств поставляются с батареей, изготовленной на заказ. Компактный дизайн и адаптация к требованиям рынка отталкивают производителей от стандартов. Большой объем производства допускает уникальные размеры, которые часто недолговечны.
Раньше батарея воспринималась как «большая», и это отражается в условности определения размеров. Хотя номенклатура «F», возможно, была выбрана как батарейка среднего класса в конце 1800-х годов, наши предки не предполагали, что крошечная батарейка может выполнять вычисления, служить телефоном и делать фотографии на смартфоне. Нехватка букв в сторону меньших размеров привела к неудобному обозначению AA, AAA и AAAA.
С момента появления 9-вольтовой батарейки в 1956 году не появилось ни одного нового формата. Между тем, портативные устройства снизили рабочее напряжение, и 9 В является избыточным. Батарейка имеет шесть элементов, соединенных последовательно, и дорога в производстве. Альтернатива на 3,6 В хорошо подошла бы. Этот аккумулятор должен иметь систему кодирования, чтобы предотвратить зарядку первичных элементов и выбрать правильный алгоритм зарядки для вторичных химических элементов.
Стартерные аккумуляторы для транспортных средств также соответствуют нормам для аккумуляторов, которые состоят из североамериканского стандарта BCI, европейского стандарта DIN и японского стандарта JIS. Эти аккумуляторы имеют схожие размеры, что позволяет их замену. Для стандартизации американские производители автомобилей переходят на аккумуляторы американского размера DIN. Для аккумуляторов глубокого цикла и стационарных аккумуляторов нет стандартизированных норм, а запасные комплекты должны быть приобретены у оригинального производителя. Попытка стандартизировать аккумуляторы для электромобилей также может не увенчаться успехом и повторить неудачную попытку с обычными аккумуляторами для ноутбуков в 1990-х годах.
