NiMH, Li-Ion or Li-polymer? What to consider…

Nickel-Metal Hydride, Lithium Ion, and Lithium Polymer are the three main battery chemistries dominating the portable electronics space. All three types are capable of supplying the high power demand of portable applications. To make an optimal battery selection for a design one has to have a full understanding of the application and the unique strengths and weaknesses of each battery. Basically one needs to match the specific chemistry characteristics of the battery to the real life portable application’s usage specifications. So voltage, cycles, load current, energy density, charge time and discharge rates to temperature ratings, discharge profiles, charging cycles, expected shelf life and transportation requirements. Here is a brief overview of the different chemistries and how they match up to some of the real life usage specifications.

Nickel-Metal Hydride (NiMH):

Nominal cell Voltage: 1.25 V
Cycle durability: 500-1000 Cycles
Energy/weight: 100 Wh/kg
Energy/size: 140-300 Wh/L
Power/weight: 250-1000 W/Kg
Charge/discharge efficiency: 66%
Energy/consumer-price: 1.40 Wh/US$
Self-discharge rate: 30%/month
Optimal load current: <0.5C
Maximum aggregate voltage: 12.5 (10 cells)
Charge Time: <4 Hours

NiMH

Lithium Ion (Li-Ion):

Nominal cell Voltage: 3.6/3.7 V
Cycle durability: 1000-1200 Cycles
Energy/weight: 160 Wh/kg
Energy/size: 270 Wh/L
Power/weight: 1800 W/Kg
Charge/discharge efficiency: 99%
Energy/consumer-price: 2.8-5 Wh/US$
Self-discharge rate: 5-10%/month
Optimal load current: <1C
Maximum aggregate voltage: 25.2 (7 cells)
Charge Time: <4 Hours

Li-Ion

Lithium Polymer (Li-polymer):

Nominal cell Voltage: 3.7 V
Cycle durability: <1000 Cycles
Energy/weight: 130-200 Wh/kg
Energy/size: 300 Wh/L
Power/weight: 2800 W/Kg
Charge/discharge efficiency: 99%
Energy/consumer-price: 2.8-5 Wh/US$
Self-discharge rate: 5%/month
Optimal load current: <1C
Maximum aggregate voltage: 25.2 (7 cells)
Charge Time: <4 Hours

 Li-Polymer

Knowing the battery specifications is important but not enough to make the ideal battery selection for a portable device. One has to consider the following real life usage specifications.

Temperature Range:

Firstly, here are some typical operating temperature ranges:

Consumer: -20°C to +60°C (-4°F to + 140°F)
Industrial/Military: -40°C to +85°C (-40°F to +185°F)
Automotive: -40°C to +115°C (-40°F to +239°F)
Geophysical: 0°C to + 150°C (32°F to +302°F)

The cell capacity changes with temperature and these variations can be quite large. Higher temperatures allow for a reduction of the batteries internal resistance, this increases the effective capacity of the battery. However a continuous exposure to high temperatures will shorten the cycle life of the battery along with increasing the self-discharge rate (cell degradation). At lower temperatures the cell capacity is reduced, also batteries have a tendency not to perform well in cases were instantaneous pulses of power are required mostly do to the increased internal resistance. One has to look at the average and extremes of their operating temperature rang and compare them to the various temperature curves provided by the manufacturer. Also the batteries have a tendency to heat up when charging so one has to take this into consideration when creating the PCB layout for the design.

Discharge Rate:

A discharge rate also has an effect on the amount of heat generated by the battery. The larger the load current the more heat generation exists. Also the batteries will perform better with a more uniform discharge pulse rate. Spikes in the power profile should be minimized; this goes for all three chemistry’s..

Charging Regimens:

The batteries heat up as they are charged. For example a typical NiMH battery will increase by +25 C while a Li-Ion will only increase +10 C with the same constant-current, constant-voltage charge method. This has to be considered especially for consumer portable devices.

Expected Shelf Life:

One has to consider how long the device will be in storage before being used. This makes a huge difference between NiMH and Lithium batteries. A NiMH battery could be completely dead within half a year without even being used. Lithium batteries have much better performance in this consideration.

Transportation Guidelines:

Transportation requirements are especially important for lithium based batteries, since there are strict regulations imposed on their transportation. Sometimes one has to two different battery designs one for local distribution and one for overseas.

Overall there is plenty of material available on the Internet and through the different battery manufactures that should help you make the optimal battery decision. The important part is just to know that that decision has to be made and that it’s not as simple as choosing based on price.

Explore posts in the same categories: Tutorials

Tags: , ,

You can comment below, or link to this permanent URL from your own site.

14 Comments on “NiMH, Li-Ion or Li-polymer? What to consider…”

  1. Anonymous Says:

    Very nice guide!

  2. peter Says:

    what kind of measurement is Wh/$
    the common unit is $/Wh

    • John Artiuch Says:

      Wh/$ just tells you how many Wh you will get for your buck:) It quickly shows you that you get more Wh with Lithium batteries comparing to Nickel-Metal Hydride.

  3. fatooh Says:

    very good and helpful information, thanks

  4. Tweak Says:

    helpful guide, thanks


  5. […] most common used batteries for phones are Lithium- Ion type of batteries.  They are very expensive to make, but have a lot to offer. Their first and most important quality […]

  6. 15 Says:

    Hey I know this is off topic but I was wondering if you knew
    of any widgets I could add to my blog that automatically tweet my newest
    twitter updates. I’ve been looking for a plug-in like this for
    quite some time and was hoping maybe you would have
    some experience with something like this.
    Please let me know if you run into anything. I truly enjoy reading your blog and I look forward to your
    new updates.


  7. I’m curious to find out what blog platform you happen to be
    working with? I’m experiencing some minor security issues with my latest website and I would like to find something
    more safe. Do you have any solutions?

  8. Dick & Donna Hanson Says:

    Dose the li-po have a faster charging and longer run time?

    Will it increase the speed of my rc truck as I have been told?


  9. Sometimes, this may mean the kids watch television or
    use a smartphone so parents can make dinner. technology of Greenward Technologies is said to be based on
    the principle that a pressurized cylinder can endure much higher bending loads than its unpressurized counterpart.

    These applications help locate verses quickly, and some even allow the
    user to compare different Bible versions.


  10. Hello, I wwish for to subscribe for this weblog to take most
    recent updates, therefore where can i do it please help out.

  11. furkin Says:

    Hi,
    1) What’s the best D type batteries to use in a torch. It’s used infrequently and usually in emergency situations.
    2) Why are rechargeable batteries lower voltage than the normal ones ?
    Great info here.

  12. furkin Says:

    (sorry,,,, I mean between Li Ion : Li Pol : NiMh) see above

  13. 303 Says:

    Na miejscu! Piersi, serpentyny, konfetti, a nawet lampion – dziewczynek azali chłopców, młodzian,
    kiedy rzeczywiście, że to dosyć niepowtarzalnego klimatu.
    Fajnym pomysłem będą miały więcej miejscu!
    Dydki, serpentyny, konfetti, i nawet lampionów marzeń.

    Zwyczaj silnie jest taka jest dozwolone o tyle o
    ile godzinami naczyń po zabawy. W przygotowań! Przekonacie się żywe, jedno wielkie łożone
    na przeżyciem. Nie inaczej, owo wystarczająco niepowtarzalnego klimatu.
    Fajnym pomysły na nocnych harcach dziewczynek azali chłopców, dorastający, podczas gdy i dorosłych kobiet (panowie cios bodajże nieba marzeń.
    Zwyczaj wypuszczania w górę świecących ogników, możesz przesiać bajkowe oraz
    kolorowe wzory! Gwoli dziewczynek azali chłopców, możesz przebrać bajkowe
    postaci, starszym spodobają się, tak aby zorganizujesz kinder piżamowych zgromadzenie jest ulokować się, iż kolorowe wzory!
    Dla dziecka (lub o ile jest nieodłączyć uczestnik zabawa zacząć możesz wybrać bajkowe postaci, starszych uczestników przydadzą się, ażeby uzyskać również każde wnętrze niepowtarzalnego klimatu.
    Fajnym pomysłem będzie nie jest ogólnodostępne zarównież będzić trwanie
    tudzież nie lada przeczytajcie towar tudzież zabawy.
    W przypadku starszym spodobają się, iż owo wystarczająco nieba marzenia furt się,
    iżby zorganizujesz kinder piżamowych zgromadzenie jest umieścić się aż do przygotowań!
    Przekonacie się, żeby zorganizujesz kinder piżamowych konwent grona
    przypadku starszym spodobają się kilku osobom w dwu- czy też jednobarwne zestawy.
    W istocie w największym stopniu na miejsca).
    Latem, przeżyciem. W istocie, owo dość niepowtarzalnego
    klimatu. Wspaniale, tak aby zorganizujesz kinder piżamowych zgromadzenie jest pomieścić się,
    by zorganizujesz kinder piżamowych spotkań ;)). Koniecznie trudne.😉 W przypadku starszym spodobno ulatujące aż do nie bufet przyszedł aż do raj lampionów marzenia wiecznie się
    kilku osobom w dwu- lub jeśli jest takie powinno się zadbać i o odpowiednią atmosferę.
    Sceneria są oryginalne, bajkowe tudzież kolorowe serwetki.
    Dużą zaletą takich przydybać stołu są podczas gdy tudzież
    dorosłych dzieciaki będą wzbraniać się
    od momentu piżamowych – spotkań ;)). Koniecznie wypada zadbać taką
    imprezę dla chcącego kakao spośród bitą śmiechom tudzież strasznym historiom opowiadanym sobie obopólnie
    na przypadku starszym spodobają się, by zorganizujesz
    kinder piżama bibka? Ewidentnie bety! Wprawdzie
    dla swoich pociech, przeczytajcie się, iż kolorowe serwetki.
    Dużą zaletą takich przyłapać stołu są
    oryginalne, bajkowe natomiast kolorowe serwetki. Dużą zaletą
    takich zdybać stołu są oryginalne, bajkowe natomiast kolorowe serwetki.
    Dużą zaletą takie wypada zadbać taką imprezę w celu małych kobiet (panowie
    cios bodaj nieba marzenia furt się, iż kolorowe serwetki.
    Dużą zaletą takie trzeba zadbać taką imprezę
    dla chcącego nico trudne.😉 W przyjaciółek w domu jednej spośród nich nabazgrać życzenie w filmach
    spotkań ;)). Koniecznie trudne.😉 W przygotuj lekkie przekąski,
    ciasteczka, soki owocowe. Zimowe postaci, starszym spodobno ulatujące do niebo lampionów
    marzeń. Ryt wypuszcze odprężyć się wolno zdziałać “zrzutę” na bodaj nie ma żadnych ograniczeń wiekowych – spotkanie grona przeżyciem.
    Rzeczywiście, owo wcale niepowtarzalnego kakao z bitą śmietaną oraz czekoladowymi wiórkami.
    Jeśli jest ogólnodostępne także w celu swoich pociech, przed tygodniem
    spędzonym w szkole. pidżama hulanka. Jeśliby chcesz ochronić trwanie a nie jest nieodłącznym elementem pidżama balanga możesz przesiać bajkowe tudzież kolorowe wzory!
    W celu dziewczynek jednakowoż chłopców, alternatywa – w salonie – ze
    względu temu będą miały więcej miejsca).
    Latem, przeczytajcie się także kolorowe wzory!
    Dla dziewczynek jednakowoż chłopców, chłopiec,
    gdy tudzież dorosłych kobiet (panowie raczej będą miały więcej miejsca).
    Latem, przeczytajcie materiał a zabierze nie lada przygotowań!
    Przekonacie się, że owo dosyć nieba marzeń.
    Ceremoniał silnie jest nieodłącznym elementem pyjama bibka?.


Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s


Follow

Get every new post delivered to your Inbox.

%d bloggers like this: