Правила эксплуатации аккумуляторов

[Alex]

Литиевые:

Спойлер

Владельцы различных устройств иногда испытывают определённые трудности при поиске информации о правильной эксплуатации аккумуляторов. Этому вопросу и посвящена данная статья.

​

Все современные телефоны, смартфоны и КПК снабжены аккумуляторами на литиевой основе: литий-ионными или литий-полимерными, поэтому в дальнейшем речь будет идти именно о них. Такие аккумуляторы имеют замечательную ёмкость и сроки службы, но требуют очень жёсткого следования определённым правилам эксплуатации. Эти правила можно разделить на две группы:

1. Не зависящие от пользователя
2. Зависящие от пользователя.

В первую группу входят основополагающие правила заряда и разряда аккумуляторов, которые контролируются встроенным в аккумулятор устройством (контроллером), а также иногда дополнительным контроллером, располагающимся в самом устройстве. Эти правила просты:

1. Аккумулятор всю свою жизнь должен находиться в состоянии, при котором его напряжение не превышает 4.2 вольта и не опускается ниже 2.7 вольта. Эти напряжения являются показателями соответственно максимального (100%) и минимального (0%) заряда. Минимальное напряжение, указанное выше, применимо к аккумуляторам с электродами, выполненными из кокса, однако большинство современных аккумуляторов имеет электроды из графита. Для них минимальное напряжение равно 3 вольта.
2. Количество энергии, отдаваемой аккумулятором при изменении его заряда от 100% до 0%, - это его ёмкость. Некоторые производители ограничивают максимальное напряжение 4.1 вольтами, при этом аккумулятор живёт подольше, но его ёмкость снижается примерно на 10%. Также иногда нижний порог повышается до 3.0-3.3 вольт, в зависимости от материала электродов, с такими же последствиями.
3. Наибольшая долговечность аккумулятора достигается при примерно 45-процентном заряде, а при увеличении или уменьшении степени заряда срок жизни аккумулятора уменьшается. Если заряд находится в пределах, которые обеспечивает контроллер аккумулятора (см. выше), изменение долговечности не значительно.
4. Если в силу обстоятельств напряжение на аккумуляторе выходит за пределы, указанные выше, даже на непродолжительное время, срок его жизни драматически уменьшается. Такие состояния называются перезаряд и переразряд и являются очень опасными для аккумулятора.
5. Контроллеры аккумуляторов, предназначенные для разных устройств, если они (контроллеры) изготовлены с надлежащим качеством, никогда не позволяют напряжению на аккумуляторе во время заряда стать больше 4.2 вольта, но, в зависимости от предназначения батареи, могут по-разному ограничивать минимальное напряжение при разряде. Так, в аккумуляторе, предназначенном для, скажем, шуруповёрта или моторчика модели автомобиля, минимальное напряжение, скорее всего, будет действительно минимально допустимым, а для КПК или смартфона - повыше, ибо минимального напряжения в 2.7-3.0 вольт может просто не хватить для работы электроники девайса. Поэтому в сложных устройствах типа телефонов, КПК и т.п. работу контроллера, встроенного в сам аккумулятор, дополняет контроллер в самом устройстве.

Поговорим о процессе заряда литиевых аккумуляторов. Зарядное устройство любого литиевого аккумулятора представляет собой источник постоянного напряжения в 5 вольт, способный отдавать для заряда ток, равный примерно 0.5-1.0 емкости аккумулятора. Так, если емкость аккумулятора равна 1000 mA•h, зарядное устройство должно обеспечить ток заряда не менее 500 mA, а номинально - 1 ампер.
Существует несколько режимов заряда литиевых аккумуляторов.
Начнём с режима, являющегося стандартным в компании Sony. Этот режим требует длительного времени заряда, сложного контроллера, но обеспечивает наиболее полный заряд аккумулятора. На представленном графике синим цветом обозначен ток заряда, красным - напряжение на аккумуляторе, розовым - степень заряженности аккумулятора в процентах.

​

На первом этапе зарядки, длящемся приблизительно 1 час, аккумулятор заряжается током постоянной величины до достижения напряжения в 4.2 вольта на аккумуляторе. После этого начинается второй этап, длящийся также около часа, во время которого контроллер, поддерживая напряжение на аккумуляторе ровно в 4.2 вольта, постепенно уменьшает зарядный ток. При уменьшении зарядного тока до определённой величины (порядка 0.2 от ёмкости аккумулятора) начинается третий этап зарядки, в течение которого зарядный ток продолжает уменьшаться, а напряжение на клеммах аккумулятора сохраняется на прежнем уровне - 4.2 вольта. Третий этап, в отличие от первых двух, имеет строго определенную длительность, определяемую встроенным в контроллер таймером, - 1 час. По истечении третьего этапа контроллер полностью отключает аккумулятор от зарядного устройства.
Степень заряженности аккумулятора в конце первого этапа равна 70%, в конце второго - 90%, а в конце третьего - 100%.
Многие компании, стремясь к удешевлению своих устройств, используют упрощенные режимы заряда аккумуляторов, например, прекращая заряд при достижении напряжения на аккумуляторе 4.2 вольта, то есть используя только первый этап зарядки. В этом случае аккумулятор заряжается быстро, но, увы, только до 70% своей реальной емкости. Определить, что в вашем устройстве именно такой, упрощенный контроллер нетрудно, - для полноценной зарядки требуется примерно 3 часа, не меньше.
Во вторую группу входят правила эксплуатации, на которые мы с вами можем влиять, тем самым значительно увеличивая или уменьшая срок жизни аккумулятора. Эти правила следующие:

1. нужно стараться не доводить аккумулятор до минимального заряда и, тем более, до состояния, когда машинка сама выключается, ну, а если так случилось, то нужно зарядить аккумулятор как можно скорее.
2. не нужно бояться частых подзарядок, в том числе и частичных, когда полный заряд не достигается - аккумулятору это не вредит.
3. вопреки сложившемуся у многих пользователей мнению, перезаряд вредит литиевым аккумуляторам не меньше, а даже больше, чем глубокий разряд. Контроллер, конечно, ограничивает максимальный уровень заряда, но есть одна тонкость. Хорошо известно, что ёмкость аккумуляторов зависит от температуры. Так, если, например, мы зарядили аккумулятор при комнатной температуре и получили заряд 100%, то при выходе на мороз и остывании машинки степень заряженности аккумулятора может снизиться до 80% и ниже. Но может быть и обратная ситуация. Аккумулятор, заряженный при комнатной температуре до 100%, будучи немножко нагрет, станет заряженным, скажем, до 105%, а это для него очень и очень неблагоприятно. Такие ситуации встречаются при эксплуатации машинки, длительное время находящейся в кредле. Во время работы температура девайса и вместе с ним аккумулятора повышается, а ведь заряд уже полный…
   В связи с этим правило гласит: если Вам необходимо работать в кредле, сначала отсоедините машинку от зарядки, поработайте на ней, а когда она выйдет на “боевой” температурный режим, подключайте зарядку.
   Кстати, это правило также касается владельцев ноутбуков и прочих гаджетов.
4. Идеальные условия для длительного хранения аккумулятора - это нахождение вне девайса с зарядом примерно 50%. Исправный аккумулятор при этом не требует заботы о себе месяцами (порядка полугода).

И напоследок еще немного информации.
- Вопреки сложившемуся мнению, литиевые аккумуляторы, в отличие от никелевых, почти не обладают “эффектом памяти”, поэтому, так называемая, “тренировка” нового литиевого аккумулятора практически не имеет смысла. Для собственного успокоения достаточно один-два раза полностью зарядить-разрядить новый аккумулятор. Это нужно для калибровки дополнительного контроллера.
- Владельцы устройств знают, что можно заряжать батарею как от зарядного устройства, так и от USB. При этом зачастую вызывает недоумение невозможность зарядки от USB. Дело в том, что по “закону” USB-контроллер должен отдавать периферийным устройствам, подключенным к нему, ток около 500 mA. Однако бывают ситуации, когда либо сам контроллер не может обеспечить такой ток, либо устройство подключают к USB контроллеру, на котором уже висит какая-то периферия, потребляющая часть мощности. Вот и не хватает тока для зарядки, особенно если аккумулятор разряжен слишком сильно.
- Литийсодержащие аккумуляторы ОЧЕНЬ НЕ ЛЮБЯТ ЗАМОРАЖИВАНИЕ. Всегда старайтесь избегать пользования машинкой на сильном морозе - увлечетесь, и аккумулятор придётся менять. Конечно, если Вы достали машинку из тёплого внутреннего кармана куртки и сделали пару заметок или звонков, а потом положили зверька обратно, проблем не будет.
- Практика показывает, что литиевые батареи (не только аккумуляторы) снижают свою ёмкость при уменьшении атмосферного давления (в высокогорье, в самолете). Вреда батареям это не приносит, но знать об этом следует.
- Бывает, что после приобретения аккумулятора повышенной ёмкости (скажем, 2200 mA•h вместо штатных 1100 mA•h) машинка через пару дней пользования новым аккумулятором начинает странно себя вести: виснет, отключается, зарядка аккумулятора, вроде, происходит, но как-то странно, и т.п. Не исключено, что ваше зарядное устройство, которое с успехом работает на “родном” аккумуляторе, просто не в состоянии обеспечить достаточный ток зарядки аккумулятора большой ёмкости. Выход - приобретение зарядного устройства с большим отдаваемым током (скажем, 2 ампера вместо прежнего 1 ампера).
Автор статьи: slimest


Источник

http://4pda.ru/2008/10/08/1155/

 

[Alex]

Никелевые:

Спойлер

• Берегите аккумулятор для сотового телефона от огня и воды, чрезмерного нагревания (охлаждения), а так же резких перепадов температур.
  Не используйте аккумулятор при температурах выше +40°С и при ниже -25°С. Рабочие характеристики Ni-Mh и Li-Ion аккумуляторов ухудшаются при температуре ниже -10°С и 0°С соответственно, поэтому при продолжительном воздействии низких температур сотовый телефон следует защитить от холода. Не оставляйте мобильный телефон в зоне повышенных температур (например, летом в закрытом автомобиле). Это может привести к сокращению срока службы электронных компонентов, повреждению аккумулятора и деформации или плавлению некоторых синтетических материалов. При температуре выше 40°С аккумулятор не заряжается.
• Не допускайте соприкосновения контактов аккумулятора с металлическими предметами. Возможной причиной быстрого саморазряда может быть сама внутренняя контактная группа Вашего сотового телефона.
• Никогда не пытайтесь вскрыть аккумулятор самостоятельно. Восстановительная работа с современными аккумуляторами для сотовых в домашних условиях невозможна.
• Берегите аккумулятор от ударов, не роняйте его. Подобные шоки зачастую расцениваются как скрытые дефекты, но резкий удар может сместить или повредить внутреннюю систему питания или скрытые контакты. Используйте дополнительные средства защиты, например, кантовые чехлы.
• Никогда не следует разряжать аккумуляторы полностью в ноль, закорачивая выводы.
• Перед заменой аккумуляторной батареи следует выключить телефон.
• Для зарядки аккумуляторной батареи пользуйтесь только рекомендованными изготовителем оригинальными зарядными устройствами.
• Не следует оставлять аккумулятор во включенном зарядном устройстве дольше чем на 24 часа.
• Хранить в сухом и прохладном месте. Никелевые аккумуляторы для сотовых необходимо раз в полгода потренировать (разряд-заряд), литиевые аккумуляторы достаточно раз в год просто подзаряжать, чтобы не допустить их глубокого саморазряда (если напряжение литиевого элемента упадет меньше 3 В, то восстановить его будет невозможно). При длительном (более 1 недели) неиспользовании сотового телефона его аккумулятор следует полностью зарядить и хранить отдельно от телефона.
• Оптимальные значения рабочих характеристик аккумулятора для сотового телефона достигаются только после 3-4 первых полных циклов зарядки-разрядки.
• Особенности зарядки аккумулятора: Ni-Mh - во избежание уменьшения емкости аккумуляторной батареи ее следует заряжать только после полной разрядки. Рекомендуемое время первоначальной зарядки для новых батарей в устройствах всех типов - 14 часов. Li-Ion, Li-Pol - эти аккумуляторные батареи не требуют предварительной разрядки перед зарядкой. Батареи заряжаются только в интервале температур от +5° С до +45° С. Рекомендуемое время первоначальной зарядки для новых батарей в зарядных устройствах всех типов - 5 часов.
• Убедитесь, что ваш аккумулятор полностью заряжен перед использованием.
• Протирайте аккумуляторную батарею и контакты чистой, мягкой и сухой тканью.
• Аккумулятор может нагреваться во время работы или заряда. Это нормально.
• Во время длительного хранения может произойти саморазряд аккумуляторадля сотового телефона. Если Вы временно не используете аккумулятор, отсоедините его от телефона или зарядного устройства во избежание потери емкости.
• С течением времени рабочие характеристики аккумуляторов ухудшаются. Продолжительность и эффективность работы Ni-Mh аккумулятора увеличиваются, если по крайней мере один раз в неделю производить его полную разрядку.
• При несоблюдении правил эксплуатации и зарядки аккумуляторной батареи ее номинальная емкость (и, следовательно, время работы) может уменьшиться.

ТИПЫ АККУМУЛЯТОРОВ ДЛЯ СОТОВЫХ ТЕЛЕФОНОВ

1. По химическому составу аккумуляторы для сотовых телефонов делятся на:
2. Ni-MH (никель-металл-гидридные) аккумуляторы;
3. Li-Ion (литий-ионные) аккумуляторы;
4. Li-Pol (литий-полимерные) аккумуляторы.

• Ni-mh - аккумуляторы. Основная причина, по которой Ni-MH аккумуляторы уступает позиции Li-Ion, — “эффект памяти”. Он возникает, когда перед очередной зарядкой аккумулятор сел еще не полностью. Невостребованный остаток по-прежнему занимает место, но не может быть использован. В результате емкость аккумулятора для сотового телефона существенно снижается. Один из методов борьбы с коварным эффектом — полная разрядка аккумулятора раз в две-три недели. Для удобства и экономии времени предлагаются специальные зарядно-разрядные устройства (во многих моделях, например у Siemens, функция такой профилактики предусмотрена в меню).
  Никель-металлгидридные (NiMH) аккумуляторы при меньших размерах и массе, чем у никель-кадмиевых, обладают большей энергетической плотностью (примерно на 30% - 50%). Потерю заряда у Ni-mh аккумуляторов вызывает и старение. У изношенного аккумулятора для сотового телефона пластины электродов разбухают и начинают слипаться друг с другом, что приводит к повышению тока саморазряда. Укрупнение кристаллических образований в Ni-mh аккумуляторах на основе никеля происходит в основном из-за слишком долгого нахождения аккумулятора для сотового в зарядном устройстве и многократного заряда без периодического полного разряда. Однако не нужно и полностью (до 1 В на элемент) разряжать аккумулятор перед каждым зарядом. Это также сокращает срок его службы. Подобную процедуру - полный заряд-разряд аккумуляторов - достаточно проводить один раз в 30 - 60 дней. Это позволит разукрупнить кристаллические образования.

• Li-Ion - аккумуляторы для сотовых, позволившие мобильникам скинуть лишний вес, практически не обнаруживают “эффекта памяти”, но они малопригодны для эксплуатации при низких температурах. У Li-ion - аккумуляторов примерно вдвое больше емкость, чем у NiCd того же размера, низкий саморазряд (менее 1% в сутки), отсутствие каких-либо требований к обслуживанию, за исключением необходимости хранения аккумулятора в заряженном состоянии. Li-ion аккумуляторы повреждаются при заряде в "чужих" зарядных устройствах, а также при хранении в глубоко разряженном состоянии. Уменьшение емкости Li-ion - аккумуляторов необратимо, так как используемые в них токсичные материалы рассчитаны на работу только в течение определенного времени (к концу эксплуатации аккумулятора для сотового телефона токсичность применяемых в них веществ снижается). Li-ion - аккумуляторы некоторых производителей могут работать только при положительных температурах (!!!); аккумуляторы подвержены старению, даже если не используются, плюс высокая цена. Ухудшение емкости аккумулятора наблюдается примерно после года эксплуатации. Через два года аккумулятор практически выходит из строя, поэтому Li-ion - аккумуляторы не рекомендуется хранить в течение длительного времени.

• Литиево - полимерные (Li-Pol) аккумуляторы в этом плане выносливее, имеют высокую емкость и выдерживают больше зарядных циклов, чем Li-Ion. Однако литий-полимер пока не обрел обещанной аналитиками популярности. Важным достоинством Li-Pol аккумуляторов считалось применение сравнительно дешевой искусственной составляющей. Тонкое место аккумулятора — слабо отработанная технология производства. То ли ее не удалось довести до ума, то ли проявились дополнительные минусы, а Li-Pol так и не заменил Li-Ion.
  Литий - полимерные (Li-polymer, Li-Pol) аккумуляторы немного дешевле, чем Li-ion. Выдерживает примерно 150 циклов зарядки-разрядки, имеет более высокую энергетическую плотность (больше, чем у Li-ion аккумуляторов).
  Химический состав и емкость батареи Вашего радиотелефона обязательно указывается в инструкции к аппарату.

• Количество дней, через которое рекомендуется проводить полный цикл заряд-разряд аккумуляторов:
  
  NICKEL METAL-HYDRIDE BATTERY - (или сокращенно NiMH) никель-металлгидридные аккумуляторы - 1 раз в 6 месяцев
  LITHIUM ION BATTERY - (или сокращенно Li-ion) литий-ионные аккумуляторы - не требуется
  LITHIUM POLIMER BATTERY - (или сокращенно Li-Pol) литий-полимерные аккумуляторы - не требуется

1. Время работы телефона от заряженного аккумулятора зависит от нескольких факторов:
2. Расстояние до соты - при плохом сигнале аппарат увеличивает мощность и, следовательно, тратит больше энергии. Это верно как для режима ожидания, так и для разговора.
3. Температура - аккумулятор для сотового телефона куда быстрее садится при нахождении вне разумного температурного интервала.
4. Функции самого аппарата (подсветка клавиш, уровень звонка, вибрационный режим и т.д.) могут заметно влиять на время ожидания.

Емкость аккумуляторов для сотовых телефонов

• Основными параметрами аккумулятора являются номинальная емкость, реальная емкость и внутреннее сопротивление. Номинальная емкость фирменного аккумулятора для телефона, как правило, зашифрована в его обозначении, и в обязанности продавца входит посвятить вас в тайну этого шифра. Реальная емкость нового аккумулятора составляет от 110 до 80% от номинальной емкости. Нижний предел в 80% обычно рассматривается как минимально допустимое значение для нового аккумулятора. Внутреннее сопротивление новых аккумуляторов для сотовых телефонов должно быть как можно меньше и находиться для никель-кадмиевых и никель-металлгидридных в пределах до 300 миллиом, для литий-ионных чуть повыше. Но для всех типов аккумуляторов значение внутреннего сопротивления, приближающееся к 500 миллиомам, говорит о старости аккумулятора или его неправильной эксплуатации. Повышенное внутреннее сопротивление аккумулятора вызывает сокращение времени работы телефона, а при очень больших значениях (более 800 - 1000 миллиом) при входящих и исходящих звонках телефон отключается. Сокращается время работы и при окислении контактов аккумулятора или телефона. Поэтому, прежде чем грешить на всех и вся, проверьте чистоту контактов, а если необходимо, верните им первозданный вид с помощью обыкновенного ластика.

Как оживить аккумулятор для сотового телефона

• Вдохнуть в аккумуляторы новую жизнь можно, но далеко не всегда, и то исключительно в аккумуляторы на основе никеля. Если тренировка таких аккумуляторов не проводилась в течение нескольких месяцев, кристаллы уплотняются, и раздробить их становится трудно. В этом случае тренировка аккумулятора уже не поможет и нужно приступать к восстановлению. Последнее представляет собой медленный, глубокий разряд, который удаляет оставшуюся энергию из аккумулятора для сотового, приводя его элементы к порогу напряжения ниже одного вольта (до 0,4 В) на элемент. Во время восстановления ток через аккумулятор должен тщательно контролироваться, чтобы предотвратить реверсирование какого-либо элемента. Лучше всего поддаются восстановлению NiCd - аккумуляторы, NiMH - гораздо хуже. Причем успешность "воскрешения" зависит от степени "запущенности" аккумулятора. После восстановления следует проконтролировать величину саморазряда возвращенного к жизни аккумулятора, так как довольно часто восстановленный аккумулятор имеет недопустимо высокий саморазряд. Тренировка аккумуляторов на основе никеля производится с использованием настольных зарядных устройств, имеющих режим разряда аккумулятора. Разряд аккумуляторов, например в сотовом телефоне, этой функции не выполняет, так как телефон автоматически отключается (прекращается разряд) при более высоком напряжении, чем требуется для эффективной тренировки аккумулятора. Для восстановления аккумуляторов простым зарядным устройством не обойтись. Здесь уже требуются специальные приборы типа анализатора аккумуляторов, которые позволяют проводить не только тренировку и восстановление аккумулятора, но и подготовку новых или долго хранившихся аккумуляторов к эксплуатации, измерение внутреннего сопротивления аккумуляторов, оценку величины саморазряда и т. п.

Аккумуляторы Li-ion, Ni-mh и Li-Pol: дополнительные характеристики

• Аккумуляторы Ni-Mh – сравнительно неплохо работают при минусовых температурах, при правильной эксплуатации выдерживают до 600-800 полных циклов заряд-разряд, но обладают, гак называемым, "эффектом памяти".
• Аккумуляторы Li-Ion – у этих аккумуляторов полностью отсутствует "эффект памяти". Обладают несколько повышенным внутренним сопротивлением, особенно на морозе, что может проявляться в самопроизвольном отключения телефона при разговоре или звонке при минусовых температурах, поэтому не рекомендуется допускать чрезмерного переохлаждения телефона с литиевым аккумулятором. При правильной эксплуатации аккумуляторы выдерживают до 500-600 полных циклов заряд-разряд.
• Аккумуляторы Li-Pol – у этих аккумуляторов отсутствует "эффект памяти". При правильной эксплуатации выдерживают до 300-400 полных циклов заряд-разряд.
• Источник

 

[Alex]

Еще по литиевым:

Спойлер

Наиболее часто в мобильных устройствах (ноутбуки, мобильные телефоны, КПК и другие) применяют литий-ионные (Li-ion) аккумуляторы. Это связано с их преимуществами по сравнению с широко использовавшимися ранее никель-металлгидридными (Ni-MH) и никель-кадмиевыми (Ni-Cd) аккумуляторами. У Li-ion аккумуляторов значительно лучшие параметры. Однако следует учитывать, что Ni-Cd аккумуляторы имеют одно важное достоинство: способность обеспечивать большие токи разряда. Это свойство не является критически важным при питании ноутбуков или сотовых телефонов (где доля Li-ion доходит до 80% и их доля становится все больше и больше), но существует достаточно много устройств, потребляющих большие токи, например всевозможные электроинструменты, электробритвы и т.п. До сих пор эти устройства являлись вотчиной почти исключительно Ni-Cd аккумуляторов. Однако в настоящее время, особенно в связи с ограничением применения кадмия в соответствии с директивой RoHS, резко активизировались исследования по созданию бескадмиевых аккумуляторов с большим разрядным током.
Первичные элементы ("батарейки") с литиевым анодом появились в начале 70-х годов 20 века и быстро нашли применение благодаря большой удельной энергии и другим достоинствам. Таким образом, было осуществлено давнее стремление создать химический источник тока с наиболее активным восстановителем - щелочным металлом, что позволило резко повысить как рабочее напряжение аккумулятора, так и его удельную энергию. Если разработка первичных элементов с литиевым анодом увенчалась сравнительно быстрым успехом и такие элементы прочно заняли свое место как источники питания портативной аппаратуры, то создание литиевых аккумуляторов натолкнулось на принципиальные трудности, преодоление которых потребовало более 20 лет.
После множества испытаний в течение 1980-х годов выяснилось, что проблема литиевых аккумуляторов закручена вокруг литиевых электродов. Точнее, вокруг активности лития: процессы, происходившие при эксплуатации, в конце концов, приводили к бурной реакция, получившей название "вентиляция с выбросом пламени". В 1991 г. на заводы-изготовители было отозвано большое количество литиевых аккумуляторных батарей, которые впервые использовали в качестве источника питания мобильных телефонов. Причина - при разговоре, когда потребляемый ток максимален, из аккумуляторной батареи происходил выброс пламени, обжигавший лицо пользователю мобильного телефона.
Из-за свойственной металлическому литию нестабильности, особенно в процессе заряда, исследования сдвинулись в область создания аккумулятора без применения Li, но с использованием его ионов. Хотя литий-ионные аккумуляторы обеспечивают незначительно меньшую энергетическую плотность, чем литиевые аккумуляторы, тем не менее Li-ion аккумуляторы безопасны при обеспечении правильных режимов заряда и разряда.

Химические процессы Li-ion аккумуляторов

Революцию в развитии перезаряжаемых литиевых аккумуляторов произвело сообщение о том, что в Японии разработаны аккумуляторы с отрицательным электродом из углеродных материалов. Углерод оказался весьма удобной матрицей для интеркаляции лития. Для того чтобы напряжение аккумулятора было достаточно большим, японские исследователи использовали в качестве активного материала положительного электрода оксиды кобальта. Литерованный оксид кобальта имеет потенциал около 4 В относительно литиевого электрода, поэтому рабочее напряжение Li-ion аккумулятора имеет характерное значение 3 В и выше.
При разряде Li-ion аккумулятора происходят деинтеркаляция лития из углеродного материала (на отрицательном электроде) и интеркаляция лития в оксид (на положительном электроде). При заряде аккумулятора процессы идут в обратном направлении. Следовательно, во всей системе отсутствует металлический (нуль-валентный) литий, а процессы разряда и заряда сводятся к переносу ионов лития с одного электрода на другой. Поэтому такие аккумуляторы получили название "литий-ионных", или аккумуляторов типа кресла-качалки.
Процессы на отрицательном электроде Li-ion аккумулятора. Во всех Li-ion аккумуляторах, доведенных до коммерциализации, отрицательный электрод изготавливается из углеродных материалов. Интеркаляция лития в углеродные материалы представляет собой сложный процесс, механизм и кинетика которого в существенной степени зависят от природы углеродного материала и природы электролита.
Углеродная матрица, применяемая в качестве анода, может иметь упорядоченную слоистую структуру, как у природного или синтетического графита, неупорядоченную аморфную или частично упорядоченную (кокс, пиролизный или мезофазный углерод, сажа и др.). Ионы лития при внедрении раздвигают слои углеродной матрицы и располагаются между ними, образуя интеркалаты разнообразных структур. Удельный объем углеродных материалов в процессе интеркаляции-деинтеркаляции ионов лития меняется незначительно.
Кроме углеродных материалов в качестве матрицы отрицательного электрода изучаются структуры на основе олова, серебра и их сплавов, сульфиды олова, фосфориды кобальта, композиты углерода с наночастицами кремния.
Процессы на положительном электроде Li-ion аккумулятора. Если в первичных литиевых элементах применяются разнообразные активные материалы для положительного электрода, то в литиевых аккумуляторах выбор материала положительного электрода ограничен. Положительные электроды литий-ионных аккумуляторов создаются исключительно из литированных оксидов кобальта или никеля и из литий-марганцевых шпинелей.
В настоящее время в качестве катодных материалов все чаще применяются материалы на основе смешанных оксидов или фосфатов. Показано, что с катодами из смешанных оксидов достигаются наилучшие характеристики аккумулятора. Осваиваются и технологии покрытий поверхности катодов тонкодисперсными оксидами.
При заряде Li-ion аккумулятора происходят реакции:
на положительных пластинах:

LiCoO2 → Li1-xCoO2 + xLi+ + xe-
на отрицательных пластинах:
С + xLi+ + xe- → CLix
При разряде происходят обратные реакции. Процесс заряда демонстрируется рисунком.

Рис.1. Процесс заряда литий-ионного (Li-ion) аккумулятора
Конструкция Li-ion аккумуляторов

Конструктивно Li-ion аккумуляторы, как и щелочные (Ni-Cd, Ni-MH), производятся в цилиндрическом и призматическом вариантах. В цилиндрических аккумуляторах свернутый в виде рулона пакет электродов и сепаратора помешен в стальной или алюминиевый корпус, с которым соединен отрицательный электрод. Положительный полюс аккумулятора выведен через изолятор на крышку (рис. 2). Призматические аккумуляторы производятся складыванием прямоугольных пластин друг на друга. Призматические аккумуляторы обеспечивают более плотную упаковку в аккумуляторной батарее, но в них труднее, чем в цилиндрических, поддерживать сжимающие усилия на электроды. В некоторых призматических аккумуляторах применяется рулонная сборка пакета электродов, который скручивается в эллиптическую спираль (рис. 3). Это позволяет объединить достоинства двух описанных выше модификаций конструкции.

Рис.2. Устройство литий-ионного (Li-ion) аккумулятора

Рис.3. Устройство призматического литий-ионного (Li-ion) аккумулятора с рулонной скруткой электродов Некоторые конструктивные меры обычно предпринимаются и для предупреждения быстрого разогрева и обеспечения безопасности работы Li-ion аккумуляторов. Под крышкой аккумулятора имеется устройство, реагирующее на положительный температурный коэффициент увеличением сопротивления, и другое, которое разрывает электрическую связь между катодом и положительной клеммой при повышении давления газов внутри аккумулятора выше допустимого предела.
Для повышения безопасности эксплуатации Li-ion аккумуляторов в составе батареи обязательно применяется также и внешняя электронная защита, цель которой не допустить возможность перезаряда и переразряда каждого аккумулятора, короткого замыкания и чрезмерного разогрева.
Большинство Li-ion аккумуляторов изготавливают в призматических вариантах, поскольку основное назначение Li-ion аккумуляторов - обеспечение работы сотовых телефонов и ноутбуков. Как правило, конструкции призматических аккумуляторов не унифицированы и большинство фирм-производителей сотовых телефонов, ноутбуков и т.д.. не допускают применение в устройствах аккумуляторов посторонних фирм.
Разноименные электроды в литиевых и литий-ионных аккумуляторах разделяются сепаратором из пористого полипропилена.
Конструкция Li-ion и других литиевых аккумуляторов, как и конструкция всех первичных источников тока ("батареек") с литиевым анодом, отличается абсолютной герметичностью. Требование абсолютной герметичности определяется как недопустимостью вытекания жидкого электролита (отрицательно действующего на аппаратуру), так и недопустимостью попадания в аккумулятор кислорода и паров воды из окружающей среды. Кислород и пары воды реагируют с материалами электродов и электролита и полностью выводят аккумулятор из строя.
Технологические операции производства электродов и других деталей, а также сборку аккумуляторов проводят в особых сухих комнатах или в герметичных боксах в атмосфере чистого аргона. При сборке аккумуляторов применяют сложные современные технологии сварки, сложные конструкции гермовыводов и т.д.
Закладка активных масс электродов является компромиссом между желанием достичь максимума разрядной емкости аккумулятора и требованием гарантировать безопасность его работы, которая обеспечивается при соотношении С-/С+ => 1,1 для предупреждения образования металлического лития (и тем самым возможности возгорания).

Характеристики Li-ion аккумуляторов

Современные Li-ion аккумуляторы имеют высокие удельные характеристики: 100-180 Втч/кг и 250-400 Втч/л. Рабочее напряжение - 3,5-3,7 В. Если еще несколько лет назад разработчики считали достижимой емкость Li-ion аккумуляторов не выше нескольких ампер-часов, то сейчас большинство причин, ограничивающих увеличение емкости, преодолено и многие производители стали выпускать аккумуляторы емкостью в сотни ампер-часов.
Современные малогабаритные аккумуляторы работоспособны при токах разряда до 2 С, мощные - до 10-20С. Интервал рабочих температур: от -20 до +60 °С. Однако многие производители уже разработали аккумуляторы, работоспособные при -40 °С. Возможно расширение температурного интервала в область более высоких температур.
Саморазряд Li-ion аккумуляторов составляет 4-6 % за первый месяц, затем - существенно меньше: за 12 месяцев аккумуляторы теряют 10-20% запасенной емкости. Потери емкости у Li-ion аккумуляторов в несколько раз меньше, чем у никель-кадмиевых аккумуляторов, как при 20 °С, так и при 40 °С. Ресурс-500-1000 циклов.
Заряд Li-ion аккумуляторов.
Li-ion аккумуляторы заряжаются в комбинированном режиме: вначале при постоянном токе (в диапазоне от 0,2 С до 1 С) до напряжения 4,1-4,2 В (в зависимости от рекомендаций производителя), далее при постоянном напряжении. Первая стадия заряда может длиться около 40 мин, вторая стадия дольше. Более быстрый заряд может быть достигнут при импульсном режиме.
В начальный период, когда только появились Li-ion аккумуляторные батареи, использующие графитовую систему, требовалось ограничение напряжения заряда из расчета 4,1 В на элемент. Хотя использование более высокого напряжения позволяет повысить энергетическую плотность, окислительные реакции, происходившие в элементах такого типа при напряжениях, превышающих порог 4,1 В, приводили к сокращению их срока службы. Со временем этот недостаток ликвидировали за счет применения химических добавок, и в настоящее время Li-ion элементы можно заряжать до напряжения 4,20 В. Допустимое отклонение напряжения составляет лишь около ±0,05 В на элемент.
Li-ion аккумуляторные батареи промышленного и военного назначения должны иметь больший срок службы, чем батареи для коммерческого использования. Поэтому для них пороговое напряжение конца заряда составляет 3,90 В на элемент. Хотя энергетическая плотность (кВтч/кг) у таких батарей ниже, повышенный срок службы при небольших размерах, малом весе и более высокая по сравнению с батареями других типов энергетическая плотность ставят Li-ion батареи вне конкуренции.
При заряде Li-ion аккумуляторных батарей током 1С время заряда составляет 2-3 ч. Li-ion батарея достигает состояния полного заряда, когда напряжение на ней становится равным напряжению отсечки, а ток при этом значительно уменьшается и составляет примерно 3% от начального тока заряда (рис. 4).

Рис.4. Зависимость напряжения и тока от времени при заряде литий-ионного (Li-ion) аккумулятора Если на рис. 4 изображен типовой график заряда одного из типов Li-ion аккумуляторов, то на рис. 5 процесс заряда показан более наглядно. При повышении тока заряда Li-ion батареи время заряда сколько-нибудь значимо не сокращается. Хотя при более высоком токе заряда напряжение на батарее нарастает быстрее, этап подзарядки после завершения первого этапа цикла заряда продолжается дольше.
В некоторых типах зарядных устройств для заряда литий-ионной аккумуляторной батареи требуется время 1 ч и менее. В таких зарядных устройствах этап 2 исключен, и батарея переходит в состояние готовности сразу после окончания этапа 1. В этой точке Li-ion батарея будет заряжена приблизительно на 70 %, и после этого возможна дополнительная подзарядка.

Рис.5. Зависимость напряжения и тока от времени при заряде Li-ion аккумулятора
ЭТАП 1 - Через аккумулятор протекает максимально допустимый ток заряда, пока напряжение на нем не достигнет порогового значения.
ЭТАП 2 - Максимальное напряжение на аккумуляторе достигнуто, ток заряда постепенно снижается до тех пор пока он полностью не зарядится. Момент завершения заряда наступает когда величина тока заряда снизится до значения 3% от начального.
ЭТАП 3 - Периодический компенсирующий заряд, проводящийся при хранения аккумулятора, ориентировочно через каждые 500 часов хранения. Этап струйной подзарядки для Li-ion аккумуляторов неприменим из-за того, что они не могут поглощать энергию при перезаряде. Более того, струйная подзарядка может вызвать металлизацию лития, что делает работу аккумулятора нестабильной. Напротив, короткая подзарядка постоянным током способна компенсировать небольшой саморазряд Li-ion батареи и компенсировать потери энергии, вызванные работой ее устройства защиты. В зависимости от типа зарядного устройства и степени саморазряда Li-ion батареи такая подзарядка может выполнятся через каждые 500 ч, или 20 дней. Обычно ее следует осуществлять при снижении напряжения холостого хода до 4,05 В/элемент и прекращать, когда оно достигнет 4,20 В/элемент.
Итак, Li-ion аккумуляторы имеют низкую устойчивость к перезаряду. На отрицательном электроде на поверхности углеродной матрицы при значительном перезаряде становится возможным осаждение металлического лития (в виде мелко раздробленного мшистого осадка), обладающего большой реакционной способностью к электролиту, а на катоде начинается активное выделение кислорода. Возникает угроза теплового разгона, повышения давления и разгерметизации. Поэтому заряд Li-ion аккумуляторов можно вести только до напряжения, рекомендуемого производителем. При увеличенном зарядном напряжении ресурс аккумуляторов снижается.
Безопасной работе Li-ion аккумуляторных батарей должно уделяться серьезное внимание. В Li-ion батареях коммерческого назначения имеются специальные устройства защиты, предотвращающие превышение напряжения заряда выше определенного порогового значения. Дополнительный элемент защиты обеспечивает завершение заряда, если температура батареи достигнет 90 °С. Наиболее совершенные по конструкции батареи имеют еще один элемент защиты - механический выключатель, который срабатывает при увеличении внутрикорпусного давления батареи. Встроенная система контроля напряжения настроена на два напряжения отсечки - верхнее и нижнее .
Есть и исключения - Li-ion аккумуляторные батареи, в которых устройства защиты вообще отсутствуют. Это аккумуляторные батареи, в состав которых входит марганец. Благодаря его наличию, при перезаряде реакции металлизации анода и выделения кислорода на катоде происходят настолько медленно, что стало возможным отказаться от применения устройств защиты.

 

[Alex]

Продолжение (не влезло в 1 пост):

Спойлер

Сохранность Li-ion аккумуляторов. Все литиевые аккумуляторы характеризуются достаточно хорошей сохранностью. Потеря емкости за счет саморазряда 5-10 % в год.

Приводимые показатели следует рассматривать как некоторые номинальные ориентиры. Для каждого конкретного аккумулятора, например, разрядное напряжение зависит от тока разряда, уровня разряженности, температуры; ресурс зависит от режимов (токов) разряда и заряда, температуры, глубины разряда; диапазон рабочих температур зависит от уровня выработки ресурса, допустимых рабочих напряжений и т.д.
К недостаткам Li-ion аккумуляторов следует отнести чувствительность к перезарядам и переразрядам, из-за этого они должны иметь ограничители заряда и разряда.
Типичный вид разрядных характеристик Li-ion аккумуляторов изображен на рис. 6 и 7. Из рисунков видно, что с ростом тока разряда разрядная емкость аккумулятора снижается незначительно, но уменьшается рабочее напряжение. Такой же эффект появляется при разряде при температуре ниже 10 °С. Кроме этого, при низких температурах имеет место начальная просадка напряжения.

Рис.6. Разрядные характеристики Li-ion аккумулятора при различных токах

Рис.7. Разрядные характеристики Li-ion аккумулятора при различной температуре Что касается эксплуатации Li-ion аккумуляторов вообще, то, учитывая все конструктивные и химические способы защиты аккумуляторов от перегрева и уже устоявшееся представление о необходимости внешней электронной защиты аккумуляторов от перезаряда и переразряда, можно считать проблему безопасности эксплуатации Li-ion аккумуляторов решенной. А новые катодные материалы часто обеспечивают еще большую термическую стабильность Li-ion аккумуляторов.
Безопасность Li-ion аккумуляторов. При разработке литиевых и литий-ионных аккумуляторов, как и при разработке первичных литиевых элементов, вопросам безопасности хранения и использования уделялось особое внимание. Все аккумуляторы имеют защиту от внутренних коротких замыканий (а в отдельных случаях - и от внешних коротких замыканий). Эффективным способом такой защиты является применение двухслойного сепаратора, один из слоев которого изготавливается не из полипропилена, а из материала, аналогичного полиэтилену. В случаи короткого замыкания (например, из-за прорастания дендритов лития к положительному электроду) за счет локального разогрева этот слой сепаратора подплавляется и становится непроницаемым, предотвращая, таким образом, дальнейшее прорастание дендритов.

Устройства защиты Li-ion аккумуляторных батарей

Li-ion аккумуляторные батареи коммерческого назначения имеют наиболее совершенную защиту среди всех типов батарей. Как правило в схеме защиты Li-ion батарей используется ключ на полевом транзисторе, который при достижении на элементе батареи напряжения 4,30 В открывается и тем самым прерывает процесс заряда. Кроме того, имеющийся термопредохранитель при нагреве батареи до 90 °С отсоединяет цепь ее нагрузки, обеспечивая таким образом ее термальную защиту. Но и это не все. Некоторые аккумуляторы имеют выключатель, который срабатывает при достижении порогового уровня давления внутри корпуса, равного 1034 кПа (10,5 кг/м2), и разрывает цепь нагрузки. Есть и схема защиты от глубокого разряда, которая следит за напряжением аккумуляторной батареи и разрывает цепь нагрузки, если напряжение снизится до уровня 2,5 В на элемент. Внутреннее сопротивление схемы защиты аккумуляторной батареи мобильного телефона во включенном состоянии составляет 0,05-0,1 Ом. Конструктивно она состоит из двух ключей, соединенных последовательно. Один из них срабатывает при достижении верхнего, а другой - нижнего порога напряжения на батарее. Общее сопротивление этих ключей фактически создает удвоение ее внутреннего сопротивления, особенно если батарея состоит всего лишь из одного аккумулятора. Батареи питания мобильных телефонов должны обеспечивать большие токи нагрузки, что возможно при максимально низком внутреннем сопротивлении батареи. Таким образом, схема защиты представляет собой препятствие, ограничивающее рабочий ток Li-ion батареи.
В некоторых типах Li-ion батарей, использующих в своем химическом составе марганец и состоящих из 1-2 элементов, схема защиты не применяется. Вместо этого в них установлен всего лишь один предохранитель. И такие батареи являются безопасными из-за их малых габаритов и небольшой емкости. Кроме того, марганец довольно терпим к нарушениям правил эксплуатации Li-ion батареи. Отсутствие схемы защиты уменьшает стоимость Li-ion батареи, но привносит новые проблемы.
В частности, пользователи мобильных телефонов могут использовать для подзарядки их батарей нештатные зарядные устройства. При использовании недорогих зарядных устройств, предназначенных для подзарядки от сети или от бортовой сети автомобиля, можно быть уверенным, что при наличии в батарее схемы защиты, она отключит ее при достижении напряжения конца заряда. Если же схема защиты отсутствует, произойдет перезаряд батареи и, как следствие, ее необратимый выход из строя. Этот процесс обычно сопровождается повышенным нагревом и раздутием корпуса батареи.

Механизмы, приводящие к уменьшению емкости Li-ion аккумуляторов

При циклировании Li-ion аккумуляторов среди возможных механизмов снижения емкости наиболее часто рассматриваются следующие:
- разрушение кристаллической структуры катодного материала (особенно LiMn2O4);
- расслоение графита;
- наращивание пассивирующей пленки на обоих электродах, что приводит к снижению активной поверхности электродов и блокированию мелких пор;
- осаждение металлического лития;
- механические изменения структуры электрода в результате объемных колебаний активного материала при циклировании. Исследователи расходятся во мнении, какой из электродов претерпевает большие изменения при циклировании. Это зависит как от природы выбранных электродных материалов, так и от их чистоты. Поэтому для Li-ion аккумуляторов удается описать только качественно изменение их электрических и эксплуатационных параметров в процессе эксплуатации.
Обычно ресурс коммерческих Li-ion аккумуляторов до понижения разрядной емкости на 20 % составляет 500-1000 циклов, но он значительно зависит от величины предельного зарядного напряжения (рисунок 8). С уменьшением глубины циклирования ресурс повышается. Наблюдаемое повышение срока службы связывают с уменьшением механических напряжений, вызываемых, изменениями объема электродов внедрения, которые зависят от степени их заряженности.

Рис.8. Изменение емкости Li-ion аккумулятора при разном предельном напряжении заряда Повышение температуры эксплуатации (в пределах рабочего интервал) может увеличить скорость побочных процессов, затрагивающих границу раздела электрод-электролит, и несколько повысить скорость уменьшения разрядной емкости с циклами.

Заключение

В результате поисков наилучшего материала для катода современные Li-ion аккумуляторы превращаются в целое семейство химических источников тока, заметно различающихся друг от друга как энергоемкостью, так и параметрами режимов заряда/разряда. Это, в свою очередь, требует существенного увеличения интеллектуальности схем контроля, которые к настоящему времени стали неотъемлемой частью аккумуляторных батарей и питаемых устройств - в противном случае возможно повреждение (в том числе необратимое) как батарей, так и устройств. Задача усложняется еще и тем, что разработчики стараются максимально полно использовать энергию аккумуляторов, добиваясь повышения времени автономной работы при минимально занимаемом источником питания объеме и весе. Это позволяет достигнуть существенных конкурентных преимуществ. По мнению Д. Хикока, вице-президента Texas Instruments по силовым компонентам мобильных систем, при использовании катодов из новых материалов разработчики аккумуляторов далеко не сразу достигают тех же конструкционных и эксплуатационных характеристик, что и в случае с более традиционными катодами. В итоге новые аккумуляторы часто имеют значительные ограничения диапазона условий эксплуатации. Мало того, в последнее время на рынок помимо традиционных производителей аккумуляторных ячеек и батарей - Sanyo, Panasonic и Sony - очень активно пробиваются новые производители, по большей части из Китая. В отличие от традиционных производителей, они поставляют продукцию с существенно большим разбросом параметров в пределах одной технологии или даже одной партии. Это связано с их желанием конкурировать в основном за счет низкой цены продукции, что часто приводит к экономии на соблюдении требований технологического процесса. Итак, в настоящее время существенно возрастает важность информации, предоставляемой т.н. "умными аккумуляторами": идентификация аккумулятора, температура аккумулятора, остаточный заряд и допустимое перенапряжение. По словам Хикока, если разработчики готовых устройств будут конструировать подсистему питания, учитывающую как условия эксплуатации, так и параметры ячеек, это позволит нивелировать различия в параметрах аккумуляторов и повысить степень свободы для конечных пользователей, что предоставит им возможность выбирать не только рекомендуемые производителем устройства, но и аккумуляторы других компаний.
Отметим, что изготовители аккумуляторов прилагают большие усилия к разработке катодов на основе литиевых соединений, которые позволили бы Li-ion аккумуляторам заменить Ni-Cd в устройствах с большим потребляемым током. В этой сфере представляется перспективным использование катодов на основе LiMn2O4.


Источник

 

[Alex]

Еще немного отсюда:

Диапазон рабочих напряжений аккумулятора

Спойлер

Приводимое в описаниях напряжение лит-ион аккумулятора 3,7В - это средневычисленное значение напряжения при разряде от максимального до минимального значений
Максимальное напряжение до которого обычно заряжают лит-ион аккумуляторы 4,18 - 4,20 В. Если больше - резко уменьшается срок службы аккума, меньше - уменьшается ёмкость. Управляет зарядкой контроллер зарядки на материнке коммуникатора, он же определяет и максимальное напряжение зарядки . Чтобы изменить напряжение обычно нужно перепаять контроллер. В теме про коммуникаторы Ровер обсуждалась проблема - в какой-то партии впаяли контроллеры с повышенным напряжением ( кажется 4,23 В ) - аккумуляторы стали вспухать. Сейчас правда появились контроллеры в которых основные параметры программируются. Встроенная в сам аккумулятор защита от перенапряжения обычно рассчитана на 4,3 В - аккум не взорвётся но как ограничитель при зарядке использовать нельзя, только как последний рубеж защиты аккума.
Минимальное напряжение 3,4 -3,6 В, разряжать ниже особого смысла нет - напряжение очень резко падает с разрядкой, выигрыша практически не будет. Команду на выключение обычно даёт драйвер, причём ориентируется не на напряжение а на вычисленное или полученное от контроллера аккумулятора значение остаточного заряда. Чтобы значение 0% соответствовало реально минимальному напряжению и нужна периодическая калибровка ( если только остаточный заряд не определяется просто из таблицы напряжение - ёмкость )
Калибровка не всегда помогает - народ просто отключает драйвер. Тогда коммуникатор обычно отключается при напряжении 3,0 - 3,2 В просто от нехватки напряжения для нормальной работы. Это равносильно отключению компа выдёргиванием шнура из розетки со всеми возможными проблемами. Следует учитывать так-же возрастание внутреннего сопртивления аккума с возрастом что приводит к сильной зависимости выходного напряжения аккума от тока нагрузки и проявляется в неожиданном самоотключении коммуникатора например при звонке ( скачёк тока потребления ).
Если аккумулятор по какой-то причине разрядится ниже 3,0 В могут быть проблемы при зарядке. Если при зарядке контроллер зарядки обнаруживает что напряжение на аккуме меньше 3В, то сначала ток зарядки контроллер ограничит величиной не более 50 мА пока напряжение на аккуме не достигнет 3,0В. Режим ограничен по времени - таким способом определяются плохие аккумуляторы, зарядка которых номинальным током может привести к разгерметизации банки ( взрыву ).
Встроенная в аккумулятор защита от переразряда обычно отключает выводы банки от внешних выводов аккумулятора если напряжение упадёт ниже 2,7 - 2,4 В ( зависит от типа встроенного в контроллер аккумулятора чипа ). Здесь также будут проблемы при зарядке - доступ к выводам самой банки от внешних выводов аккума при подаче внешнего напряжение идёт через токоограничивающие цепи ( несколько десятков мА ) пока банка не зарядится до порогового напряжения.
Разряжать лит-ион аккум ниже 2 В нельзя - если он останется в таком состоянии некоторое время внутренние процессы приводят к невозможности дальнейшей эксплуатации аккумулятора ( может взорваться )

Зарядное устройство

Спойлер

Алгоритм зарядки и само зарядное устройство для коммуникаторов существенно отличаются от алгоритма и зарядки телефонов ряда производителей. Например телефон Nokia 6700 - у него целых два контроллера зарядки, один заряжает от фирменного "тонкого" разъёма, другой от разъёма microUSB. В первом случае контроллер забирает от ЗУ весь ток который это зарядное устройство может выдать - зарядное устройство работает в режиме с ограничением тока. Если подключить зарядку с меньшим током - аккумулятор будет заряжаться этим уменьшенным током, и наоборот. Долго не мог понять фирменные зарядки Nokia - пишут 5В и 750 мА а реально выдаёт больше 7В и сильно зависит от тока. Оказывается 5В получается если ток нагрузки равен 750 мА, при дальнейшем увеличении тока напряжение резко падает - режим стабилизации тока.
При зарядке через microUSB алгоритм совсем иной. Здесь подразумевается что зарядное устройство - просто источник стабилизированного напряжения ( что и представляет из себя источник питания порта USB компьютера ), который должен обеспечить ток затребованный контроллером зарядки. Этот ток уже не зависит от способностей зарядки - определяется самим контроллером зарядки ( лишь бы ЗУ было способно выдать зтот ток ). Забавная ситуация - у меня Nokia 6700 прекрасно заряжалась от зарядника НТС через microUSB, но отказывалась заряжаться через переходник и "тонкий" разъём ( "неподдерживаемое ЗУ" ) и наоборот - фирменная заряжала через "тонкий" и глючила через microUSB.
В коммуникаторах используется второй вариант - зарядное устройство это просто источник стабилизированного напряжения. Поскольку коммуникатор должен заряжаться и от порта USB сразу же накладываются ограничения на напряжение и максимальный ток который коммуникатор может потреблять от внешнего источника ( если не принять специальных мер , о чём ниже ) - напряжение 5В, ток не более 500 мА ( по спецификациям на USB ).
Некоторые ( например ASUS P525 - P750 ) ограничивают потребление на ещё меньшем уровне 100 мА ( максимальный ток от USB 1 или разветвителя ). Чтобы включить 500 мА, ASUS сообщает по интерфейсу компьютеру о своих потребностях по току и получает разрешение или наоборот запрет ( в зависимости от нагрузочной способности соответствующего порта компа ) на запрошенный максимальный ток. Большинство же коммуникаторов просто ограничивают ток потребления от порта 500 мА.
Мощный коммуникатор при работе может сам потреблять больше чем 500 мА, аккумулятор при таком ограничении тока от зарядного устройства будет разряжаться а не заряжаться. От ЗУ можно бы взять и побольше тока но как отличить подключение к ЗУ от подключения к порту ? Сейчас в большинстве случаев в ЗУ просто закорачивают контакты 2 и 3 ( шина данных ) в разъёме USB. Так делают в ASUS, HTC HD, HTC MAX, HTC Diamond2. Например в HTC D2 если подключить ЗУ с незамкнутыми контактами 2 и 3 контроллер зарядки ограничит потребление на уровне около 450 мА, если контакты 2 и 3 замкнуть ограничение будет уже около 900 мА. Аналогично у HTC HD и HTC MAX. У HTC X7500 иначе - там надо замыкать контакты х и 4 в миниUSB, ограничение по потреблению изменяются аналогично. В штатных зарядках ASUS Pxxx, HTC HD, HTC MAX, HTC D2 контакты 2 и 3 замкнуты.
Использовать зарядки рассчитанные на ток больше 1А смысла нет - пока не слышал о коммуникаторах в которых контроллер зарядки ограничивал бы ток потребления от зарядки на уровне больше 1А.
Зарядка от порта мало отличается от зарядки зарядным устройством - только током, конечный заряд будет одинаков. В некоторых коммуникаторах контроллер зарядки не включит зарядку пока не произойдёт обмен данными с компом ( соответственно коммуникатор должен быть включён и опознан ББ )

Зарядка аккумулятора и измерение степени заряженности

Спойлер

1. Контроллер зарядки ( чип на материнке коммуникатора ) занимается только зарядкой аккума и выбором источника для питания коммуникатора - внешний источник или аккумулятор. Его задача - сформировать правильный алгоритм зарядки аккума - в два этапа
1 этап - зарядка постоянным током до предельного напряжения ( около 4,2 В ). Переключение на второй этап происходит при зарядке аккумулятора до примерно 85%
2 этап - дальнейшая зарядка производися плавно падающим током при сохранении постоянным зтого напряжения ( 4,2В ). Зарядка продолжается пока ток не упадёт до величины около 3% от первоначального ( 15 -30 мА ). Этот этап занимает около часа.
После этого зарядка полностью прекращается и снова включится только если напряжение на аккуме упадёт ниже определённого значения или переподключить внешний источник ( но в этом случае критерий полной зарядки аккума будет выполнен сразу и зарядка опять прекратится ). При таком алгоритме аккумулятор зарядится максимально полно независимо от начального тока ( может быть разным - включён или выключен коммуникатор при зарядке, от какого источника заяжается ).Чип ограничивает ток потребления от внешнего источника :
Ток потребления от внешнего источника = ток зарядки аккумулятора + ток для работы коммуникатора
больше задействовано ресурсов = больше потребляет сам коммуникатор = меньше остаётся тока на зарядку.
Чип также контролирует температуру аккума - один из выводов на аккумуляторе это выход термистора расположенного в аккуме, по его сопротивлению контроллер зарядки и определяет температуру аккумулятора. Если ниже 0 градусов или выше заданного значениия - зарядка аппаратно ( в чипе контроллера зарядки ) запрещена.
Т.о. контроллер зарядки контролирует только максимальное значение напряжения на аккумуляторе, не допуская его превышения. До какого напряжения разрядится аккумулятор - его не волнует. Единственно - если при зарядке контроллер обнаруживает что напряжение на аккуме меньше 3В, то сначала ток зарядки контроллер ограничит величиной не более 50 мА пока напряжение на аккуме не достигнет 3,0В. Режим ограничен по времени - таким способом определяются плохие аккумуляторы, зарядка которых номинальным током может привести к разгерметизации банки ( взрыву ). Так же этот чип никоим образом не причастен к вычислению степени заряженности аккума.

2. С выхода контроллера зарядки нестабилизированное напряжение = напряжению аккумулятора поступает на чип менеджера питания на материнке коммуникатора, и уже этот чип выдаёт несколько стабилизированных напряжений для питания узлов коммуникатора.
Нередко нестабильная работа коммуникатора или повышеноое потребление связано с этими чипами или с их окружением ( конденсаторы, диоды и т.д. )

3. Контроллер аккумулятора ( тот что расположен в самом аккумуляторе ) в основном необходим для защиты лит-ион банки от перенапряжения, переразрядки, коротких замыканий, переполюсовки входного напряжения. Неправильная эксплуатация лит-ион аккумуляторов ( в отличие от других типов ) может привести к печальным последствиям, поэтому для них и была придумана защита в виде контроллера аккумулятора.
Во многих случаях ( но не всегда ) в контроллер аккумулятора добавляют ещё один чип, который участвует в вычислении степени заряженности аккумулятора. Очень кратко суть: втекающий/вытекающий заряд измеряет специализированный чип в контроллере аккумулятора и передаёт информацию по однопроводному интерфейсу хосту (коммуникатору) ,драйвер обсчитывает и выдаёт %.
Если этого чипа в контроллере аккумулятора нет, степень заряженности вычисляется просто по напряжению - на материнке есть АЦП, который измеряет напряжение аккумулятора и по таблице зашитой в драйвер вычисляется степень заряженности аккума.
В большинстве современных коммуникаторов контроллеры аккумулятора имеют подобный чип. Критерий определения степени заряженности 100 % ( и зелёный индикатор ) аналогичен тому что используется в контроллере зарядки ( на примере чипа измерителя DS2780 ) : напряжение превысило максимальное значение ( порог устанавливается чуть ниже чем в контроллере зарядки ), ток зарядки постепенно уменьшается и достигает минимального уровня ( порог чуть выше чем ток при котором контроллер зарядки полностью прекращает зарядку ). Возможно там где используются другие чипы измерителя алгоритм несколько отличается. Но в любом случае - контроллер зарядки ( только он определяет как заряжать аккум и когда прекратить зарядку ) и измеритель степени заряженности ( никак не влияет когда зарядку аккумулятора закончить ) независимы друг от друга. Т.е. зелёный индикатор отнюдь не означает что зарядка полностью прекратилась ( при включённом коммуникаторе ) и наоборот: аккумулятор может быть полностью заряжен а индикатор всё никак не зеленеет ( помогает СР ).

Внутреннее сопротивление аккумулятора

Спойлер

Нормально на разрядку аккумулятора система реагирует предупреждениями, последовательным отключением энергопотребляющих ресурсов ( WiFi и т.п. ) и отключением при 0%. Процесс измерения степени заряженности весьма инерционен и не реагирует на быстрые изменения напряжения ( в то время как электроника весьма чувствительна к кратковременным просадкам напряжения ) . А чем больше внутреннее сопротивление аккумулятора тем больше просадка напряжения при повышении нагрузки - например при входящем звонке или приёме-передаче данных.
Uвых=Uэдс - Iнагр x Rвнутр
При небольшом среднем потреблении напряжения достаточно, % степени заряженности далёк от критического - но стоит току резко возрасти ( входящий звонок - при этом импульс тока может быть весьма большим ) при большом внутреннем сопротивлении напряжение просаживается ниже допустимого предела, система отключается ( или зависает ). Внутреннее сопротивление хорошего лит-ион аккумулятора не превышает 0,2 Ом, с возрастом увеличивается в большей степени чем у аккумов других типов. Обычно чем больше ёмкость аккумулятора - меньше внутреннее сопротивление. Аналогично влияет и сопротивление контактов.
Как измерить внутреннее сопротивление:
Для примера то что я намерил у себя на HTC MAX :
степень заряда аккумулятора 70%
ток потребления 50 мА - напряжение на аккумуляторе 3,917 В
ток потребления 362 мА - напряжение на аккумуляторе 3,863 В
Внутреннее сопртивление = ( 3,917 - 3,863 ) / ( 0,362 - 0,050 ) = 0,173 Ом

Поиск решения проблемы с аккумулятором

Спойлер

Зачастую проблемы с аккумулятором вызваны не банкой аккумулятора а глюками этого самого измерителя ( чипа или драйвера ).
Состояние ситемы аккумулятор-зарядка можно оценить по 4 параметрам:
1. Максимальное напряжение на аккумуляторе без нагрузки - 4,18 - 4,2 В. Если меньше - проблемы возможно с зарядным устройством ( низкое напряжение) или с контроллером зарядки на материнке коммуникатора
2. Минимальное напряжение - напряжение при котором коммуникатор отключается при работе с минимальной нагрузкой. Зависит от температуры, обычно 3,4 - 3,6 В при комнатной температуре. Если больше - скорей всего проблема с калибровкой измерителя. Разряжать ниже этих значений смысла нет - напряжение очень резко падает, заметного выигрыша не получить.
3. Внутреннее сопротивление - на хорошем лит ион обычно не больше 0,2 Ом. Проявляется в неожиданном саммоотключении устройства при резком возрастании нагрузки ( входящий звонок ) при вроде достаточном уровне зарядки. Сильно зависит от температуры - почему лит-ион плохо работают на морозе. Для примера: приехал на дачу, холодно, температура коммуникатора как на улице - около 5 град, отключился и не включается. Положил к печке, нагрелся до примерно 40 град - включился и проработал ещё минут 45.
4. Сопротивление контактов аккумулятор - тело коммуникатора. Хоть они и золочёные но бывает увеличивается. Проявляется аналогично внутреннему сопротивлению, только от температуры не зависит. Почистить стирательной резинкой ( ни в коем случае наждаком - сдерёте покрытие )
Также смотрите пункт 7 в шапке темы.
Зная ответы по этим пунктам можно что-то сказать о проблеме: виноват сам аккумулятор, какие-то программы или нужно калибровать измеритель.

 

[ПотапаПапа]

Классные статьи! Сенк.
У меня вопрос: в нетбуке Sony Vaio P31 акк садится при выключеном буке буквально за пару дней. Это нормально? Читал где то на форуме что якобы у всех "пишек" такая проблема, но может это просто что то с аккумулятором?

 

[Alex]

ПотапаПапа, может в ждущий режим уходит?
попробуй выключи ноут, вытащи аккум, потом вставь снова - и засеки второй раз.

 

[ПотапаПапа]

Alex, не. Я конечно не сильно продвинутый юзер, но тем не менее отличаю ждущий режим от "Завершение работы" "выключить компьютер". Он реально садится сам по себе. Я для проверки попробую зарядить его полностью, и потом выну батарею на пару дней. Доложу у результате.

 

[Alex]

ПотапаПапа, гугль нашел все за 10 секунд:

Почему полностью зарядив аккумулятор моего ноутбука SONY и включив его через несколько дней я вижу, что он теряет часть заряда? Об этой проблеме можно часто услышать на форумах - пользователи сообщают о "саморазряде" по 1-2% в сутки. Аккумулятор потребляет энергию даже в выключенном состоянии по нескольким причинам: 1. Когда батарея подключена к вашему ноутбуку VAIO энергия используется для работы функции Real Time CLock (RTC), которая отвечает за сохранение и отображение актуального времени. 2. Кнопка включения всех компьютеров, разработанных и выпущенных после спецификации PC97 (wiki) имеет функцию, называемую software switch. Буквально - программное переключение. Суть этой функции заключается в том, что когда вы нажимаете кнопку питания компьютер не выключается\перезагружается автоматически, а посылает специальный сигнал схеме управления питанием и вот она уже сама решает что делать дальше. Поэтому, управление питанием всегда включено при наличии аккумулятора или внешнего питания и готово принимать сигнал. Как результат - трата энергии и заряда батареи. 3. Аккумулятор вашего VAIO имеет функцию мониторинга собственного состояния и регулярно посылает сигналы ноутбуку. Эта функция также работает всегда, в том числе, когда ноутбук выключен. Разряд батареи различных моделей различается даже в одинаковых условиях и конфигурациях. Батареи меньшей емкости разряжаются быстрее. Когда следует менять старую батарею? Компания SONY рекомендует менять старые аккумуляторы по мере их существенного износа. Как только время автономной работы ноутбука от одного заряда снижается ниже половины первоначального - пора покупать новый аккумулятор. Как увеличить срок жизни батареи SONY? Время жизни аккумулятора можно увеличить, выполняя несколько простых рекомендаций: - Не оставляйте ваш ноутбук или отдельно батарею в местах с сильно высокой и низкой температурами (например в припаркованной на солнце машине в летнее время или зимой в неотапливаемом помещении). - Если вы долгое время не пользуетесь компьютером - вытащите из него кабель сетевого блока питания. - Если вы долго используете ноутбук на рабочем месте как стационарный - вынимайте батарею и работайте от электросети. - Если вы долгое время (больше месяца) не пользуетесь ноутбуком - вытащите из него батарею, чтобы не допускать глубокого разряда. При этом зарядите ее не полностью (процентов до 80) и храните в прохладном сухом месте. Перезаряжайте ее раз в 3-4 месяца. - По возможности, при пользовании ноутбуком не допускайте глубокого разряда батареи. Можно включить в Vaio Control Center функцию ухода за батареей - в этом случае она будет использовать 80% ёмкости, тем самым никогда не разряжаясь до конца. Sony VAIO Power Management В ноутбуках SONY есть замечательная сервисная надстройка - VAIO Power Management. Она нужна для управления схемами электропитания. Стандартно, есть несколько схем, таких как Best battery, Ultimate battery, VAIO optimized итд. Схема Ultimate battery позволяет максимально увеличить время работы от одного заряда батареи. Также, в VAIO Power Management вы сможете вручную настроить схемы, сэкономив энергию батареи, отключив например, оптический привод или сетевую карту. Добраться до настроек VAIO Power Management можно либо через Vaio Control Center, либо через настройки электропитания в панели управления. Сменить текущую схему электропитания можно щелкнув по значку аккумулятора в трее.

 

[stama]

пользуюсь зарядкой Lacrosse 700, вопрос, на который не нашел ответа за пару дней поиска - эффект памяти NiMh устраняется одним циклом заряд-разряд-заряд в режиме теста емкости, или нужно делать несколько циклов рефреша? просто аккумы не убитые, пользуюсь постоянно. как бы рефреш и устранение эффекта памяти - совсем разные вещи? вообще эффект памяти - когда рано падает напряжение, растет внутреннее сопротивление или емкость меньше?
и еще, есть у меня аккум пальчиковый фирмы Max Cell, покупался в комплекте с зарядным той же фирмы и заряжался только им же, так вот у него внутри как будто шарик металлический перекатывается и стукается, остальные три аккума без этого. при этом он нормально заряжается и работает)) мне стремно - не взорвется ли он или еще чего?
и еще, у кого есть Lacrosse BC-700 или 900 сгоревшие, куплю на запчасти, одна уже сгорела(

 

[DesKV]

эффект памяти NiMh устраняется одним циклом заряд-разряд-заряд в режиме теста емкости, или нужно делать несколько циклов рефреша?

У металлгидрида и так циклов мало, в теории 300, а на практике раза в два меньше. Поэтому при таком режиме "несколько циклов рефреша" аккумы еще быстрее помруть.

 

[Sanyok77]

А у мене питання-що робити,щоб батарея від SE K790i працювала довше?
А то їй вже 4 роки. І вона при заряді швидко садиться приблизно до 85-86%, потім використовується як звичайно.

 

[rvsw]

Ни чего не делать, а просто радоваться что после 4 лет использования она сохранила 85% емкости. Возможно "потренировать" ак с помощью зарядного устройства(не от сотового), но я слабо представляю как это возможно сделать для ак сотовых так как необходимо тренировать каждый элемент ак в отдельности.

 

[Roman_UA]

у кого есть Lacrosse BC-700 или 900 сгоревшие, куплю на запчасти, одна уже сгорела(

почему сгорела?

 

[EvgenyTar]

И по ходу - что лучше Technoline BC-700 или Lacrosse BC-700? Понимаю, что они типа одинаковые, один в Германии, другой во Франции собран, но который из них считается надежней?

 

[stama]

Roman_UA, одна с Ибея новая и нерабочая приехала, другую спалил, попутав с БП ноута - они напостой включены и валяются на полу

EvgenyTar, раньше я думал, что Технолайн и Лакросс производятся в одном месте, только первый для Европы с евровилкой, а второй для США с плоскими контактами. а по факту - ибеевский Лакросс с плоскими контактами, второй Лакросс покупал тут - евровилка и коробка на украинском, и еще видел Технолайн - тоже евровилка, но пластиковый блистер на немецком, инструкцию не видел. и на всех написано "мейд ин чайна". а начинка должна быть одинакова вне зависимости от бренда. так что пофиг какую брать, это еще год назад их с ольшим трудом доставали - кооперировались по несколько зарядок и ждали их из Штатов по три месяца, а сейчас они в любом инет-маге есть по 300 гр

Добавлено через 2 минуты
да, и Технолайн почему то дороже Лакросса при одинаковых вилках

 

[gegl]

знакомый на la crosse попытался восстановить старые NI-cd AA-аккумы. за 5 -ть циклов они набрали 80% номинальной емкости, но у них большой саморазряд - за неделю уходят в нуль. Это так и должно быть? как-то можно восстановить функцию сохранения заряда?
А вообще, la crosse просто гоняет туда-сюда аккумы на постоянном токе или там ток заряда и разряда какой-то хитрой формы?

 

[NRG]

Если вы долго используете ноутбук на рабочем месте как стационарный - вынимайте батарею и работайте от электросети.

Много дискуссий было по этому поводу. А все же стоит вынимать или нет?
Как ноут себя ведет если АКБ нет и он уходит в ждущий режим?

 

[Maxim6630]

Как ноут себя ведет если АКБ нет и он уходит в ждущий режим?

Точно так же как и при наличии АКБ.

 

[stama]

А вообще, la crosse просто гоняет туда-сюда аккумы на постоянном токе или там ток заряда и разряда какой-то хитрой формы?

лакросс выдает ток заряда, контрлируемый процессором, по своей программе, это "интеллектуальная" зарядка. ток идет в зависимости от сопротивления аккума, напряжения на нем, времени заряда и все такое

Если вы долго используете ноутбук на рабочем месте как стационарный - вынимайте батарею и работайте от электросети.

я для себя решил просто - накупил 6 аккумов для ноута, благо, модель популярная и на разборках их завались по ценам от 50 гр. один аккум убитый, держит минут 20, он стоит постоянно при работе от сети, и его хватает на случай отключения света или чтобы перенести ноут в другую комнату. остальные держат по два часа, в сумме до 10 часов, очень удобно - один аккум сел, ноут ушел в гибернацию, поставил следующий аккум и продолжил работу с того же места
ну а если аккум только один и дорогой - тогда смотрите сами, если если ноут "стационарный", и не боитесь потери данных от отключения света, можно без него. но например, на моем ноуте аккум начинает заряжаться, если он сядет меньше 95%, это спасает от частого заряжания при быстрых переносах по квартире. и в других ноутах в биосе видел - использовать аккум на 80%, это бережет его вроде. а так, думаю, на свой ноут тоже найдете убитый аккум, чтобы держал минут 5 хотя бы, и не париться