Molicel INR21700-P50B - новый лидер по мощности

В последние несколько лет Molicel значительно продвинулся в разработке li-ion аккумуляторов сверхвысокой мощности. Molicel INR21700-P50B - это усовершенствованная версия предыдущей модели INR21700-P45B.
Новая модель устанавливает новые границы по мощности в нише аккумуляторов формата 21700 высокой емкости (4500-5000 mAh). Аккумулятор способен работать на токах разряда до 60 Ампер (12С) и заряжаться током до 25 Ампер (5С).
По сравнению с предшественником он обеспечивает более долгое время работы за счет увеличение емкости до 5000 mAh, а также меньший нагрев на высоких токах нагрузки, что по заявлению производителя фактически удваивает срок его службы (по сравнению с аккумулятором INR21700-P45B).
High-nickel оксидный катод с многослойным покрытием обеспечивает плотность энергии 265 Вт*ч/кг. Полимерный сепаратор с высокой смачиваемостью позволяет работать аккумулятору на токах разряда до 60 Ампер. Усовершенствованный графитовый анод рассчитан на поддержку быстрой зарядки током 5С (25 Ампер), обеспечивая при этом высокие стандарты безопасности.

Новая технология анода из кремний-углеродного композита обеспечивает снижение нагрева аккумулятора на высоких токах нагрузки, что фактически удваивает срок его службы с 700 до 1400 циклов при разряде мощностью 100 Ватт (примерно 30 Ампер). Новая формула низкотемпературного электролита обеспечивает пиковую мощность 238 Ватт без значительной просадки напряжения при температуре -10 градусов (в течение 10 секунд).
Общая конструкция ячейки была тщательно оптимизирована для достижения исключительно низкого внутреннего сопротивления примерно 6,5 мОм AC и 13 мОм DC.

Характеристики

Параметр	Значение
Емкость
Емкость номинальная	5000 mAh
Емкость минимальная	4800 mAh
Напряжение
Напряжение максимальное	4.2 В
Напряжение номинальное	3.6 В
Напряжение минимальное	2.5 В
Ток разряда
Максимальный ток разряда	60 А с контролем температуры аккумулятора (не выше 80 град. С)
Ток заряда
Стандартный ток заряда	5 A
Максимальный ток заряда	25 A
Температура
Температура заряда	-20 ... +60 град.
Температура разряда	-40 ... +60 град.

Ниже представлена информация производителя о максимально допустимой мощности разряда, продолжительностью 10 секунд (импульсный разряд) при разных температурах и уровнях заряда аккумулятора. Также для сравнения приведена аналогичная информация для предыдущей модели Molicel INR21700-P45B. SOC% - это уровень заряда аккумулятора в процентах. Как видно из таблицы аккумулятор Molicel INR21700-P50B способен кратковременно отдавать в некоторых режимах выше 400 Ватт мощности. Это выше 100 Ампер по току. По мере разряда аккумулятора (SOC 50%) максимальная отдаваемая мощность ожидаемо уменьшается.
Но стоит отметить, что такие запредельные режимы работы аккумулятора встречаются очень редко. В реальном использовании токи нагрузки значительно меньше.



Полный datasheet на Molicel INR21700-P50B (PDF) вы можете скачать тут.

Ресурс аккумулятора (Cycle Characteristics)

Отдельно рассмотрим характеристики снижения емкости аккумулятора в процессе использования (зависимость фактической емкости от количества циклов заряд/разряд). На первый взгляд 500 циклов, вроде ничего особенного. Но техническую информацию всегда надо читать внимательно.

При токе разряда 5 Ампер через 500 циклов аккумулятор будет иметь примерно 90% емкости от первоначальной. Если сравнить, например, с моделью Samsung INR21700-50G, которая позиционируется, как аккумулятор с очень высоким ресурсом, но Samsung через 1000 циклов сохранит не менее 80% емкости. Циклов в два раза больше, но и снижение емкости тоже в два раза больше.
Причем с повышением тока заряда ресурс P50B сильно не снижается. Даже при токах заряда 15 и 25 Ампер (3C и 5C) остаточная емкость после 500 циклов остается выше 85% от первоначальной.

Теперь посмотрим, что происходит на высоких токах разряда. После 500 циклов разряда мощностью 100 Ватт (ток примерно 30 Ампер) емкость будет составлять примерно 85% от первоначальной. При разряде мощностью 150 и 200 Ватт (токи примерно 45 и 60 Ампер) после 500 циклов емкость составит примерно 80 и 75% от первоначальной.

В datasheet на графике выше представлена информация о снижении емкости аккумулятора при работе только до 500 циклов. Но на сайте производителя есть более расширенная информация о снижении емкости при работе вплоть до 2500 циклов. 
При заряде током 15 Ампер и разряде током 5 Ампер через 2000 циклов емкость аккумулятора составит примерно 70% от первоначальной. Как видим, даже заряд таким большим током ресурс уменьшает не сильно.




При увеличении тока заряда до 25 Ампер (максимальное значение) ресурс уже уменьшается. 70% от первоначальной емкости останется уже через 1500 циклов.




Третий график показывает режим работы аккумулятора на высокой мощности разряда 100 Ватт (примерно 30 Ампер) при относительно небольшом токе заряда 5 Ампер. 70% от первоначальной емкости сохранится так же после 1500 циклов заряд-разряд. Видим, что разряд большими токами аккумулятор Molicel INR21700-P50B переносит хорошо, резкого уменьшения ресурса не происходит.

Внутреннее сопротивление

Внутреннее сопротивление аккумуляторов Molicel INR21700-P50B чуть ниже 6 мОм. Это даже ниже, чем у модели INR21700-P45B. В новой модели Molicel смог не только увеличить емкость, но и понизить внутреннее сопротивление. Это важно в первую очередь для увеличения тока и сокращения времени зарядки. А также улучшает параметры работы аккумулятора с высокой нагрузкой.




На диаграмме ниже представлены типовые значения сопротивления самых распространенных высокотоковых моделей li-ion аккумуляторов формата 21700. Как видно, реальную конкуренцию Molicel INR21700-P50B по сопротивлению могут составить Molicel P45B и Samsung 30T. Но емкость этих моделей ниже, у Molicel P45B - 4500 mAh, у Samsung 30T - всего 3000 mAh. У всех остальных моделей внутреннее сопротивление выше 9 мОм.

Результаты тестирования

Тестирование проводилось на электронной нагрузке Rigol DL3021 на токах от 1 до 40 Ампер. На токе 1 Ампер аккумулятор отдал 4947 mAh, что с запасом превышает минимально допустимые 4850 mAh и совсем ненамного меньше номинальных 5000 mAh.
На токах от 5 до 30 Ампер емкость Molicel INR21700-P50B практически одинаковая 4840 - 4855 mAh. При высоких токах просадка напряжения небольшая и с увеличением тока нагрузки увеличивается не сильно, т.е. нет резкого провала напряжения даже на токах 30 и 40 Ампер. Тестирование с током нагрузки 40 Ампер проводилось до момента нагрева аккумулятора до температуры 80 градусов.

Обратите внимание, что аккумулятор на высоких токах греется не сильно. Даже при токе нагрузки 30 Ампер в конце разряда температура аккумулятора всего 78 градусов. Аккумуляторы, которые выдерживают полный разряд током 30 Ампер с нагревом до 80 градусов, всего буквально несколько моделей. А пятитысячников в формате 21700 среди них нет и вовсе. Molicel INR21700-P50B первый перешагнул эту планку.

Сравнение Molicel INR21700-P50B с Moliel INR21700-P45B и Samsung INR21700-50S

Ближайшим аналогом Molicel P50B является Molicel P45B. Также для сравнения возьмем высокотоковый пятитысячник от Samsung - модель INR21700-50S. Правда он имеет гораздо более высокое внутреннее сопротивление, поэтому на высоких токах высоких результатов в этом сравнительном тесте от него ждать не стоит.




При разряде током 1 Ампер фактическая емкость Molicel INR21700-P50B меньше, чем у Samsung INR21700-50S. И кривая разряда Molicel идет немного ниже, чем у Samsung.




При токе разряда 10 Ампер кривые разряда всех трех аккумуляторов почти совпадают практически до конца разряда. Molicel INR21700-P50B греется чуть сильнее, разница 4 градуса.




При разряде током 20 Ампер Samsung 50S резко "проваливается по напряжению". Все-таки это больше среднетоковый аккумулятор. Кривые разряда Molicel P50B и P45B почти совпадают до самого конца разряда. P50B в конце разряда нагрелся больше, чем P45B, на 4 градуса. Но продолжительность разряда P50B больше, так что это ожидаемо.




Переходим теперь к по настоящему высоким токам нагрузки. Начнем с 30 Ампер. Samsung INR21700-50S резко проваливается по напряжению и нагревается до 80 градусов раньше всех. Напоминаю, что внутреннее сопротивление Samsung 50S  значительно выше, чем у Molicel P45B и P50B. Аккумулятор Molicel P45B нагрелся до 80 градусов почти в самом конце разряда. А вот P50B полностью завершил тест с нагревом до 78 градусов.  Это очень хороший показатель. Среди аккумуляторов 21700 даже меньшей емкости всего буквально несколько моделей, которые при нагрузке 30 Ампер способны выдержать полный разряд без нагрева выше 80 градусов.
По просадке напряжения Molicel P50B совсем немного опережает P45B, кривые разряда почти совпадают.




Ток разряда 40 Ампер. Тестирование проводилось до нагрева аккумуляторов до 80 градусов. Molicel P50B продержался немного больше. Обратите внимание, что просадка напряжение у Molicel P50B и P45B на токе 40 Ампер даже немного меньше, чем у Samsung 50S на токе 20 Ампер.

Выводы

Новая модель Molicel INR21700-P50B получилась крайне удачной. В последние годы Molicel демонстрирует очень сильный прогресс в разработке именно высокотоковых аккумуляторов. Сначала INR21700-P45B, потом INR18650-P30B, а сейчас и INR21700-P50B.
Molicel смогли усовершенствовать аккумулятор P45B сохранив очень низкое сопротивление и увеличив емкость до 5000 mAh. У других производителей по настоящему интересные высокотоковые модели в формате 21700 имеют емкость в районе 4000 mAh. Новый аккумулятор имеет преимущество перед P45B в первую очередь на высоких токах - 30 Ампер и выше. На токах до 20-30 Ампер особого смысла в применении Molicel P50B нет, т.к. переплата по сравнению с P42A или тем более с P45B будет существенной, а выигрыш по сумме характеристик не такой уж и большой. Но в некоторых сферах, где аккумулятора INR21700-P45B уже недостаточно, уже имеет смысл рассмотреть возможность применения P50B.

На сайте производителя приведена информация о сферах применения Molicel INR21700-P50B. Это мощные гоночные электрокары и электромотоциклы. Их аккумуляторные батареи должны обеспечивать необходимую мощность, в том числе и максимальную пиковую, а также иметь минимальные массо-габаритные характеристики. Мощные (грузовые) квадрокоптеры, им тоже необходима очень высокая мощность батареи, минимальные массо-габаритные характеристики, а также минимальное время заряда.

Отдельно хочется рассказать про системы BBU (backup battery unit). Это системы резервного питания серверных RAID-контроллеров. BBU должны обеспечить корректное завершение работы RAID-контроллера при аварийном отключении питания и обеспечить время работы, необходимое для переноса данных из памяти контроллера в систему хранения (HDD/SSD). Это время составляет от нескольких десятков секунд до нескольких минут. И в силу конструктивных особенностей батарея BBU должна иметь минимальные размеры. В этом и заключается отличие BBU от традиционных UPS. Если UPS при сравнительно небольшом токе обеспечивает достаточно длительное время работы, то батарея BBU должна в течение относительно небольшого времени выдать большую мощность. В батареях BBU обычно устанавливают всего несколько ячеек li-ion аккумуляторов. Но такая батарея должна выдавать токи в несколько десятков Ампер, а иногда и выше 100 Ампер. Поэтому для BBU и нужны очень мощные высокотоковые аккумуляторы.

Molicel кстати специально для модулей BBU производит немного модернизированный вариант INR21700-P50B, а именно INR21700-P50S. Эта модель аккумулятора допускает работу с нагревом ячейки до +83 градусов и максимальный ток не 60, а 100 Ампер (при определенных условиях). Также есть некоторые другие отличия. Кому интересно, то можете поизучать datasheet Molicel INR21700-P50S. В розничной продаже правда этого аккумулятора сейчас нет.