Рассказывам об особенностях устройства батарей в мобильных девайсах.
Миллионы людей во всем мире являются активными пользователями мобильных устройств. Это плоды гигантской, мультимиллиардной индустрии, раз и навсегда изменившей наш образ жизни. Маленькие и не очень, функциональные и простые, дорогие и дешевые мобильные телефоны, планшеты и ноутбуки объединяет один фактор — все они используют для работы заряд батарей. Без них, все эти девайсы превратились бы в куски пластика, метала и текстолита, неспособные прожить и минуты без розетки.
Батареи внутри вашего мобильного устройства представляют собой чудеса химической инженерии — они способны накапливать огромный заряд энергии, способный поддерживать работоспособность устройств на протяжении часов. Как же они устроены?
Большинство современных мобильных устройств используют литий-ионные (или Li-ion) батареи, состоящие из двух основных частей: пары электродов и электролита между ними. Материалы, из которых сделаны эти электроды, варьируются (литий, графит и даже нанопровода), но все они полагаются на химические процессы в основе которых стоит литий.
Это химически активный метал, что подразумевает его способность вступать в реакцию с другими элементами. Чистый литий настолько активен, что воспламеняется под воздействием воздуха, поэтому большинство батарей используют его более безопасную разновидность, именуемую литий оксид кобальта.
Между двух электродов находится электролит, в роли которого обычно выступает жидкий органический растворитель, способный пропускать ток. Когда литий-ионная батарея заряжена, молекулы литий оксид кобальта удерживают электроны, которые затем высвобождаются, когда ваш телефон работает.
Литий-ионные батареи являются наиболее распространенными, потому что могут накапливать большой заряд при малом размере. Это измеряется по шкале плотности энергии на единицу массы. Для литий-ионной батареи этот показатель равен 0,46-0,72 МДж/кг. Для сравнения, у Никель-металл-гидридного аккумулятора (Ni-MH) он равняется 0,33 МДж/кг. Иными словами, литий-ионные батареи меньше и легче, чем другие типы аккумуляторов, что подразумевает более компактные девайсы с более продолжительной «живучестью» от одного заряда.
Емкость аккумулятора
Емкость батареи измеряется в миллиампер-часах (мАч), что означает какое количество энергии сможет выдать аккумулятор за конкретный промежуток времени. К примеру, если емкость батареи равна 1000 мАч, то она сможет предоставить вам 1000 миллиампер на протяжении 1 часа. Если ваш девас будет потреблять 500 миллиампер в час, то проработает он уже 2 часа.
Однако понятие «живучести батареи» чуть сложнее, вышеописанного принципа, так как потребление энергии варьируется в зависимости от того, какие задачи девайс выполняет. Например, если у него включен экран, работает антенна сотовой связи, а процессор загружен тяжелой работой, то девайс будет потреблять больше энергии, чем когда экран выключен, а процессор и антенна находятся в режиме ожидания.
Именно поэтому не нужно слепо полагаться на заявленные производителем показателям автономности работы — производитель может выдавать эти цифры с учетом основе яркости экрана, без включения некоторых функций, как-то Wi-Fi или GPS. Стоит отметить, что Apple в этом отношении действует более честно, указывая «живучесть» устройства на основании выполнения конкретных задач. Если вам любопытно сколько энергии поглощает в том или ином режиме работы, советуем воспользоваться специальным приложением Battery Life Pro.
Контроль за потоком энергии
Так как у литий-ионных батарей имеется тенденция к возгоранию, они должны быть подвержены тщательному контролю. Производители батарей достигли этого путем включения специального контроллера, который следит за силой тока. В итоге, каждый аккумулятор содержит внутри маленький компьютер, который предотвращает слишком быструю разрядку и потерю заряда до опасно низкого уровня. Этот компонент также регулирует силу тока во время зарядки, понижая его по мере того, как заряд батареи приближается к максимальной отметке, чтобы избежать чрезмерной зарядки.
Именно поэтому, полностью разряженный девайс, поставленный на подзарядку, греется в этом процессе намного сильнее, чем лишь немного разряженный.
Будущее аккумуляторов
Технологии по производству батарей не стоят на месте — множество исследовательских лабораторий по всему миру исследуют новые технологии, способные заменить литий, а также новые походы по созданию литий-ионных батарей. Среди новых технологий, много работы было проделано с супер-конденсаторами, в которых батарея хранит энергию в форме электричества, а затем высвобождает ее подобно вспышке на фотоаппарате.
Супер-конденсаторы заряжаются намного быстрее, так как в этом процессе практически не задействованы химические реакции, но современные представители такого рода накопителей способны отдавать заряд лишь короткими порциями, что является противоположностю тому, что требуется для большинства мобильных устройств.
Топливные элементы на основе водорода, тоже являются альтернативой существующим батареям. Система топливных элементов от Nectar, представленная на недавней CES, использует десятидолларовый картридж, способный питать мобильный телефон до двух недель. Однако топливные элементы все еще слишком велики, чтобы поместится в телефоне — та же система от Nectar просто подзаряжает литий-ионную батарею, а не заменяет ее.
А вот сера вполне может занять место внутри литий-ионных батарей. Ученые из Стэндфордского Университета недавно представили нанотехнологию по включению серы в химический состав батареи, что увеличило ее емкость в пять раз, а также увеличило срок службы. В то же время, эта технология находится пока на ранней стадии развития и не выйдет на рынок в ближайшие несколько лет.
P.S. Аккумуляторы в мобильных устройствах, равно как и обычные батарейки, требуют определенной утилизации — просто так выбрасывать их в мусорный бак нельзя. Поэтому рады напомнить вам, что iLand готов взять на себя утилизацию отживших свое элементов питания. Просто принесите их к нам в офис, а об остальном мы позаботимся!
Аккумулятор - неотъемлемая часть мобильного телефона, которая обеспечивает ему автономную работу. От правильности эксплуатации аккумулятора, а также от возможностей вашего телефона будет зависеть то, как часто вам придется использовать зарядное устройство.
Виды аккумуляторов
Существует три основных вида аккумуляторов, используемых в мобильных телефонах: никель-кадмиевые, литий-ионные и литий-полимерные. На самом деле их больше, но остальные виды не получили массового распространения, поэтому мы оставим их за рамками этой статьи.
Никель-кадмиевые аккумуляторы когда-то были очень популярными, но сегодня от них почти отказались из-за пагубного влияния на экологию и ряда других недостатков. В современных мобильных телефонах их не используют, разве что вы найдете такой аккумулятор в какой-нибудь очень старой модели. В свое время их массовое распространение было обусловлено низкой стоимостью, в остальном же они обладали целым рядом отрицательных качеств: быстрая саморазрядка, низкое соотношение емкости и физических размеров, сильное разогревание в процессе эксплуатации. Никель-кадмиевые аккумуляторы обладают так называемым «эффектом памяти», из-за которого их приходится регулярно по несколько циклов подряд заряжать и разряжать полностью. Этот эффект проявляется тогда, когда начинают подзаряжать еще не севший полностью аккумулятор. При этом остается заряд, который не может быть использован, а в результате снижается время автономной работы устройства. Для никель-кадмиевых аккумуляторов в среднем характерно свыше 1000 циклов зарядки-разрядки.
Самое большое распространение в современных мобильных устройствах получили литий-ионные аккумуляторы. Они более долговечные и менее вредные для окружающей среды, чем никель-кадмиевые, и при этом обладают гораздо большей энергетической плотностью: при скромных физических размерах имеют относительно высокую емкость. У них отсутствует «эффект памяти», им свойственна низкая скорость саморазрядки. К недостаткам этого вида аккумуляторов можно отнести старение (даже если они не используются по прямому назначению), поэтому покупать их впрок не рекомендуется. А еще лучше обращать внимание на дату производства при покупке нового литий-ионного аккумулятора. Этот вид аккумуляторов не требует какого-либо особого обслуживания, но при правильном хранении (в заряженном состоянии) и эксплуатации с соблюдением температурного режима он прослужит гораздо дольше. Для литий-ионных аккумуляторов в среднем характерно от 500 до 1000 циклов зарядки-разрядки.
Литий-полимерные аккумуляторы представляют собой усовершенствованную модель литий-ионных аккумуляторов, но при этом стоят дешевле. Они отличаются высокой энергетической плотностью, медленной саморазрядкой, а также они еще более безопасны для окружающей среды. Как и литий-ионным аккумуляторам, им свойственно постепенное старение. Для литий-полимерных аккумуляторов в среднем характерно от 500 до 600 циклов зарядки-разрядки.
Особенности эксплуатации аккумуляторов
Сократить срок службы большинства аккумуляторов или полностью привести их в негодность могут следующие причины:
- несоблюдение правил эксплуатации (переохлаждение, перегрев, попадание влаги);
- физические повреждения контактной группы;
- самостоятельное вскрытие аккумулятора в домашних условиях;
- частые падения и удары;
- подзарядка аккумулятора с включенным телефоном;
- замена аккумулятора с включенным телефоном;
- регулярные длительные подзарядки (больше суток во включенном состоянии);
- длительное хранение без эксплуатации.
Любой из трех рассмотренных видов аккумуляторов со временем теряет свою емкость и через 2-3 года постоянной эксплуатации подлежит замене. Это нормальный процесс - не стоит ругать производителей за некачественный продукт, который часто служит гораздо меньше, чем сам мобильный телефон. Если возникла необходимость замены, следует выбирать более дорогие фирменные аккумуляторы, а не дешевые подделки, так как экономия в этом случае может получиться очень сомнительной.
Также следует знать, что на длительность автономной работы вашего устройства может значительно повлиять расположение базовых станций мобильного оператора. Чем дальше станция, тем больше энергии требуется для получения сигнала и тем быстрее потребуется повторная подзарядка аккумулятора.
Выбор телефона в зависимости от емкости аккумулятора
Сегодня в продаже можно встретить телефоны, которые укомплектованы аккумуляторами емкостью от 800 до 1500 мА·ч. Есть модели телефонов с емкостью аккумулятора вне этого диапазона, но они скорее являются исключением из правил.
При покупке телефона и предварительном расчете времени его автономной работы следует правильно оценивать возможности мобильного устройства в целом. Дело в том, что далеко не каждый телефон или смартфон с аккумулятором емкостью 1300-1500 мА·ч будет работать неделями напролет, все может быть как раз наоборот. Производитель обычно указывает в спецификациях устройства не только емкость аккумулятора, но и время автономной работы в режиме непрерывного разговора по телефону и в режиме ожидания. В первом случае это обычно 5-8 часов, во втором - около двух недель. Но это сухие цифры для крайних случаев - на самом деле мы понимаем, что разговаривать часами или просто смотреть на телефон сутки напролет никто не будет. Поэтому реальное время работы телефона будет зависеть от его технических характеристик и емкости аккумулятора, а не от одного какого-либо фактора.
Обычно чем телефон проще, тем дольше он сможет проработать без подзарядки. Основная часть «долгоиграющих» телефонов - это типичные моноблоки, которые имеют самый обычный экран диагональю до 2 дюймов и не подразумевают постоянное использование беспроводных коммуникаций (модулей Bluetooth, Wi-Fi, GPS и т. п.). Емкость аккумуляторов для большинства этих устройств невелика (до 1000 мА·ч), но отсутствие энергоемких функций и модулей при умеренной нагрузке позволяет подзаряжать его примерно раз в 5-7 дней. Под умеренной нагрузкой мы понимаем ежедневные звонки в течение 30-50 минут, 2-3 отправленных/принятых сообщения, 1-2 сделанных фотокамерой снимка, около получаса работы с дополнительными приложениями (браузером, органайзером, аудиопроигрывателем).
Сегодня очень популярными являются мобильные телефоны и смартфоны с сенсорными экранами . Они современные и удобные, но не могут долго работать без подзарядки. Крупные сенсорные экраны (а чаще всего они имеют 3-4 дюйма по диагонали) являются очень энергоемкими, к тому же значительную нагрузку дает аппаратная платформа (если речь идет о смартфоне). Кроме того, тачфоны чаще других используют для проверки электронной почты, прокладки маршрута, передачи данных, просмотра мультимедийного контента - все эти возможности дополнительно «съедают» изрядную долю емкости аккумулятора. За редким исключением, график работы смартфонов с сенсорными экранами следующий: работа днем, подзарядка вечером.
Данная статья посвящена аккумулятором, применяемых в качестве элементов питания в сотовых телефонах. Однако общие эксплуатационные характеристики применимы и для аккумуляторов, используемых в другой технике.
По поводу аккумуляторов существует много мифов, слухов, ошибок. Одна из самых распространенных из них - для повышения срока службы аккумуляторов их обязательно надо периодически разряжать до конца. На самом деле для современных аккумуляторов это приближение их конца.
Рассмотрим это подробнее.
Виды аккумуляторов.
В современной техние применяются батареи, основанные на различных химических реакциях. Рассмотрим некоторые из них:
Аккумуляторы, применяемые в качестве элементов питания сотовых телефонов:
- Никель-кадмиевые (NiCd) (nickel cadmium)
- Никель-металл гидридные (NiMH) (nickel metal-hydride)
- Литий-ионные (Li-Ion) (lithium ion)
Другие виды аккумуляторов (например SLA - Sealed lead acid, герметичные свинцово-кислотные батареи) в данной статье рассматриваться не будут, т.к. они практически не применяться в современных сотовых телефонах.
Литий-полимерные (Li-Pol) (lithium polymer) аккумуляторы не будут рассмотрены по причине малой распространённости и отсутствии их точных характеристик, которые в принципе соизмеримы с характеристиками других аккумуляторов на основе лития. Данный вид аккумуляторов набирает популярность благодаря своей некритичности к форме конечного элемента питания.
Никель-кадмиевые (NiCd) аккумуляторы.
Технические характеристики:
Достоинства: Низкая стоимость, высокая вероятность восстановления, работа в широком диапазоне температур, быстрая зарядка.
Недостатки: Высокая степень саморазряда, эффект "памяти", большие размеры, токсичность при неправильной утилизации.
Общая информация: Аккумулятор должен поставляться полностью разряженным. Аккумулятор не должен находится в зарядном устройстве значительное время (более 2х суток), т.к. это ухудшает его характеристики. Для избежания проявления эффекта "памяти" рекомендуется полностью разряжать аккумулятор перед зарядкой (по крайней мере раз в неделю). Никель-кадмиевый элемент питания можно восстановить от образовавшихся кристаллов с вероятностью около 60%.
Специфика использования в мобильном телефоне: Аккумулятор более эффективен при использовании в режиме сильного разряда, т.е. если Вы много разговариваете - это предпочтительный режим разрядки.
Никель-металл гидридные (NiMH) аккумуляторы.
Технические характеристики:
Достоинства: Низкая стоимость, незначительный эффект памяти, высокая ёмкость, низкая токсичность.
Недостатки: Высокая степень саморазряда, малое количество циклов заряда/разряда, более сложное (и дорогое) устройство зарядки (в сравнении с NiCd).
Общая информация: Аккумулятор должен поставляться полностью разряженным. Аккумулятор не должен находится в зарядном устройстве значительное время (более 2х суток), т.к. это ухудшает его характеристики. Эффект "памяти" не значителен, однако рекомендуется эксплуатировать данный вид аккумуляторов, как и NiCd (полностью разряжать аккумулятор перед зарядкой (по крайней мере раз в неделю). Восстановлению NiMH аккумуляторы поддаются плохо. Вероятность около 15 процентов.
Специфика использования в мобильном телефоне
: Аккумулятор более эффективен при использовании в режиме постоянного слабого (порядка 1/2 - 1/3 паспортного) разряда, в связи с чем оптимален при частом нахождении телефона в режиме ожидания. Однако частично данное свойство компенсируется высокой степенью саморазряда. Многие фирмы-производители сотовых телефонов (в том числе и уважаемая мною NOKIA) указывают в своих инструкциях что данные аккумуляторы не обладают эффектом "памяти". Отнеситесь к данным утверждениям скептически - это маркетинговый ход, который основан на том, что в сравнении с NiCd аккумуляторами данный эффект проявляется в меньшей степени.
Литий-ионные (Li-Ion) аккумуляторы.
Технические характеристики:
Достоинства: Высокая ёмкость, отсутствие эффекта "памяти", малые габариты, большое количество циклов заряда/разряда.
Недостатки: Высокая стоимость, быстрое старение (через 1,5 - 2 года аккумулятор может стать непригоден к использованию) в не зависимости от интенсивности использования, потенциальная опасность при использовании (первые модели этих батарей часто взрывались при зарядке).
Общая информация: Аккумулятор должен поставляться заряженным на 80-90% . Аккумулятор может (и должен, если не используется) находиться в зарядном устройстве значительное время. Восстановлению данные аккумуляторы не подлежат (не верьте "умельцам").
Специфика использования в мобильном телефоне: Аккумулятор эффективен при интенсивном использовании сотового телефона. На период своей службы (около года) он будет оптимален в сравнении с батареями на основе никеля.
Эффект "памяти".
Проявляется у аккумуляторов на основе никеля, является следствием неполной зарядки. Часть аккумулятора, которая не разряжается "отмирает" (образуются кристаллические соединения).
Для избежания данного эффекта рекомендуется полностью разряжать батарею перед зарядкой. Для этого существуют специальные устройства зарядки, которые перед циклом заряда производят полный разряд аккумулятора. Настоятельно рекомендуется приобретение зарядного устройства с данным алгоритмом работы. Идеальным является разряд/заряд в специальном анализаторе. Но из-за его высокой стоимости он редко является "элементом интерьера" комнаты обычного пользователя сотового телефона;-).
Если возможности заряжать аккумулятор на специальном зарядном устройстве нет, то необходимо перед зарядкой полностью разрядить батарею в телефоне (например позвонив в по бесплатному номеру абонентской службы Bee line. Времени, в течении которого Вы будете ждать ответа оператора, вполне хватит что бы "добить" севшую батарею;-). В некоторых компаниях - операторах есть специальный сервисный телефон для этих целей.
Методы зарядки.
Следует различать методы зарядки аккумуляторных батарей:
1. Быстрая зарядка - обычно производится самим телефоном с помощью сетевого адаптера, поставляемого в комплекте (за зарядку отвечает именно телефон, "шнурик" - это лишь преобразователь/стабилизатор). Зарядка идёт повышенным током, эффективность её ниже стандартной. Даёт выигрыш по времени, рекомендуется использовать лишь в случае необходимости.2. Стандартная зарядка - производится специальным зарядным устройством. Процесс зарядки идёт оптимальным для данного аккумулятора током, длительность и эффективность зарядки выше, нежели "быстрой". Зачастую совмещена с процессом предварительного полного разряда батареи.
Эта информация актуальна лишь для батарей на основе никеля. Литиевые батареи к методу зарядки не критичны (конечно, необходимо, что бы зарядка осуществлялась с соответствии с требованиями производителя. Вполне допустимо заряжать только в телефоне).
Используйте оригинальные зарядные устройства.
Обслуживание.
Можно конечно использовать аккумулятор на полную, не заботясь о "каком то эффекте памяти" и т.д. Но и срок службы его заметно сохраниться.
Если же Вы не относитесь к "новым русским пофигистам" то:
1. Храните аккумулятор в прохладном месте (можно и в холодильнике, только в герметичной упаковке).
2. Старайтесь не использовать аккумулятор в предельных температурах.
3. Очищайте контакты батареи от образующихся на них окислов.
4. Перед началом эксплуатации нового аккумулятора полностью зарядите его. Не доверяйте индикации примитивных зарядных устройств (в том числе и встроенных в телефон) - заряжайте в этот период аккумулятор на 2-3 часа дольше, чем это необходимо по показанию индикаторов зарядного устройства. В идеале - данную процедуру осуществить на специализированном анализаторе.
5. Покупайте только фирменные зарядные устройства. Это тот случай, когда скупой платит дважды. Дешёвые устройства зачастую не соответствуют заявленным характеристикам, а зачастую и вовсе используют упрошённые алгоритмы зарядки/разрядки. Т.к. при зарядке аккумуляторов критична стабильность параметров заряда (при заряде аккумуляторов на основе никеля постоянен ток заряда, кислотных и литиевых - напряжение), то неверно работающим устройством Вы можете значительно сократить жизнь своей батареи.ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: Довольно часто, в "довесок" к телефону нерадивый продавец даёт ещё и китайскую вариацию на тему "автомобильное зарядное устройство". Категорически не рекомендую их использовать - есть довольно много фактов порчи ими аккумулятора, особенно это относится к современным низковольтовым батареям (например Nokia 61**, 3210 и т.д.). Если использовать такой аппарат с активизированными инженерными функциями (Nokia Net Monitor, 20 - 23), то можно самому проверить, нормальное ли напряжение обеспечивает адаптер питания.
6. Если есть возможность - периодически обслуживайте свой Ni** аккумулятор в специализированном сервис-центре - срок его службы продлится за счёт восстановления его первоначальных свойств на специальных анализаторах.
7. Не используйте аккумуляторы не по назначению.
8. Не разряжайте аккумуляторы кустарными способами (лампочкой и т.д.)
Аккумуляторы, бывшие в употреблении.
Не рекомендуется приобретение таких батарей как отдельно, так и в комплекте сотового телефона. Степень износа (в случае никелевых) или "старости" (литиевые) аккумуляторов достоверно установить без соответствующей аппаратуры не представляется возможным.
Один совет - если Вы имели опыт эксплуатации данной марки аккумуляторов и знаете приблизительное время его полного заряда - можно попробовать его зарядить, предварительно разрядив. Чем больше будут отклонения по времени заряда от нового аккумулятора - тем хуже эта батарея (особенно критично, если аккумулятор зарядился (по индикации зарядного устройства) слишком быстро - верный признак его непригодности. Он разрядиться с той же "резвостью").
Покупка восстановленных NiCd аккумуляторов в фирмах, на этом специализирующихся вполне уместна. Требуйте полного тестирования аккумулятора.
Итак.
В настоящее время выбор складывается практически из двух видов аккумуляторов - NiMH и Li-Ion. При одинаковой ёмкости, стоит определиться, что предпочтительнее - низкая цена и теоретически больший срок службы (NiMH), или простое обслуживание и больший срок службы при интенсивной эксплуатации (LiIon, тоже справедливо и для LiPol).
Никель-кадмиевые аккумуляторы сейчас практически не используются в новых моделях телефонов, где на их место пришли метал-гидридные собратья.
Если же у Вас телефон с морально устаревшей NiCd батареей, то не стоит расстраиваться - по некоторым параметрам они превосходят NiMH при должном обслуживании.
В наше время у каждой семьи в пользовании находится большое количество электронных устройств. Телефоны, смартфоны, фонарики, планшеты, игрушки для детей всех возрастов и многие другие бытовые приборы нуждаются в питании от переносных источников тока: батареек или аккумуляторов.
Источники питания создаются для длительной эксплуатации, но могут быстро выйти из строя по неосторожности. Чтобы максимально использовать заложенный в них ресурс производителя рекомендуем ознакомиться с особенностями работы аккумуляторов различных конструкций, правилами их зарядки и безопасного обращения.
Самым нетерпеливым читателям можно сразу перейти к правилам зарядки, рекомендуемым заводом. Они приведены в конце. Однако, последовательное прочтение материала позволит лучше понять их особенности и правильно применять на практике.
Как устроен и работает аккумулятор
Весь широкий ассортимент аккумуляторной продукции работает по единому принципу преобразования энергии химических процессов в электрическую. Для ее протекания создана специальная конструкция.
Принципы устройства аккумулятора
Герметичный сосуд, который называют банкой, заполняют электролитом. В него помещают две отделенные друг от друга пластины из разных металлов, именуемых электродами. На них образуется разность электрических потенциалов, которая способна совершать полезную работу.
Для повышения мощности энергии банки с пластинами делают увеличенных размеров или подключают параллельными цепочками. Чтобы поднять выходное напряжение их соединяют последовательно. Такие конструкции называют аккумуляторными батареями.
Классификация
По видам электролита аккумуляторы делят на:
- жидкостные;
- гелевые.
По конструктивным особенностям жидкостные аккумуляторы разделяют на:
- кислотные;
- щелочные;
- солевые.
Конструкции кислотных аккумуляторов используются относительно редко. Они могут встретиться в бюджетных моделях фонариков, где работают совместно с зарядным устройством.
Аккумуляторы щелочного типа, как правило, имеют повышенные габариты. Раньше их применяли для освещения в переносных фонарях, но сейчас подобные конструкции не удобны для работы и перестали применяться.
В мобильных устройствах для домашнего применения популярны модели аккумуляторов:
- свинцово-кислотных (Pb+H 2 SO 4);
- никель-кадмиевых (Ni-Cd);
- никель-цинковых (Ni-Zn);
- никель-металл-гидридных (Ni-Mh);
- литий-ионных (Li-ion);
- литий-полимерных (Li-Pol)
Конструктивные особенности различных моделей
Типовое устройство батареи аккумуляторов, состоящей из отдельных банок с набором вставленных в них положительных и отрицательных пластин, последовательность их расположения можно наблюдать на примере кислотной аккумуляторной батареи.
Конструкции цилиндрических или «пальчиковых» моделей представлены разрезанным видом для литий-ионного аккумулятора с поясняющими надписями для каждого слоя.
Внешний вид аккумуляторов
Габариты и форма источников тока создаются для удобного их расположения в гнездах мобильных устройств, надежного питания потребителей, возможности быстрой зарядки.
Аккумуляторы могут иметь форму цилиндра или таблетки, как показано на фотографии для распространенных никель-кадмиевых устройств, которые собираются в блоки специальными перемычками.
Когда по условиям эксплуатации предпочтительнее получать питание от единого блока, то создают общий корпус. В него встраивают отдельные пальчиковые элементы, которыми за счет их параллельного и последовательного подключения, обеспечивают выходные характеристики по току и напряжению.
Такой принцип заложен в создание батареи аккумуляторов для ноутбука.
Для малогабаритных мобильных устройств создаются аккумуляторы в форме небольшого параллепипеда с закругленными краями. На одной из торцевых сторон у него смонтированы латунные площадки, обеспечивающие создание электрического контакта для источника и потребителей тока.
Принцип преобразования химической энергии в интересующую нас электрическую поясняет картинка.
Между двумя рядом расположенными веществами с подобранными свойствами протекает окислительно-восстановительная химическая реакция. Она сопровождается выделением электронов и ионов, которые при движении, как известно, образуют электрический ток.
Чтобы движущиеся заряды создавали электрические потенциалы, а не просто выделяли тепло в окружающую среду при смешивании окислителя с восстановителем, необходимо создать для этого условия.
Этим целям служат:
- анод (положительный заряд), осуществляющий окислительную реакцию;
- катод, восстанавливающий вещество;
- электролит, проводящий ток во время диссоциации рабочей среды на катионы и анионы.
Анод с катодом размещают в отдалённых сосудах, которые соединяются солевым мостиком. По нему движутся анионы и катионы, создавая внутреннюю цепь аккумулятора. Внешняя же цепочка образуется подключением потребителя ко входу, например, вольтметра или другой нагрузки.
На аноде и катоде постоянно происходит переход электронов и ионов в электролит и обратно. Во внутренней цепочке идет движение зарядов через солевой мостик, а во внешней протекает ток с анода к катоду.
Этот принцип является базовым для заряда и разряда всех моделей химических источников тока.
Как работает никель кадмиевый аккумулятор
Существует всего два вида работы:
- разряд;
- заряд.
Можно выделить еще режим хранения, но правильнее его отнести к разряду, который стараются максимально ограничить, хотя полностью избежать его не получается.
Цикл разряда
Накопленная на электродах энергия при подключении к ним нагрузки создает электрический ток во внешней цепи.
Анодом в никель-кадмиевом аккумуляторе работают окислы никеля с включениями частичек графита, снижающими общее электрическое сопротивление. В качестве катода используют губчатый кадмий.
Во время разряда происходит выделение молекул активного кислорода из состава окислов никеля, которые поступают в электролит и дальше на кадмий, окисляя его.
Цикл заряда
Его принято проводить при снятой нагрузке. Тогда можно использовать меньшую мощность зарядного устройства.
Полярность клемм у зарядного и аккумулятора должно совпадать, а внешняя мощность превосходить внутреннюю. Тогда под действием постороннего источника внутри аккумуляторной банки формируется ток с направлением, обратным разряду.
Он переориентирует ход химических процессов в емкости банки, обогащает анод кислородом и восстанавливает кадмий на катоде.
Как работает литий-ионный аккумулятор
Углеродный анод и катод из оксидов металла, содержащих литий, например, состава LiMn 2 O 4 , погружены в органический электролит.
В нем движутся положительно заряженные ионы Li+. Сам литий при этом не переходит в металлическое состояние, а создается обмен его ионов между электродными пластинами. По этой причине аккумуляторы называют литий-ионными.
Цикл заряда
Ионы лития изымаются (процесс деинтеркаляции) из содержащего литий катода и внедряются в анод (интеркаляция).
Цикл разряда
Перемещение ионов идет в обратном заряду направлении, а электроны от анода движутся к катоду и образуют электрический ток.
Если сравнить принципы работы аккумулятора любой конструкции, то можно наблюдать общую закономерность перемещения ионов между электродами по внутренней цепи и электронов по внешней при создании схем заряда и разряда.
Эксплуатационные характеристики аккумулятора
Рабочее напряжение
Его величину определяют на разомкнутых клеммах вольтметром при оптимальном заряде. В процессе работы оно постепенно снижается.
Емкость АКБ
Характеристика, показывающая количество тока в миллиамперах или амперах, которое способен выдать аккумулятор за промежуток времени, выраженный в часах.
Мощность
Параметр, учитывающий способность АКБ совершить работу в единицу времени.
Как работает зарядное устройство аккумуляторов мобильных устройств
Сейчас все дорогие электронные устройства снабжаются собственными приборами питания и зарядки.
Для восстановления рабочих характеристик аккумуляторов, используемых индивидуально, выпускаются отдельные зарядные устройства. К ним прилагаются инструкции и таблицы с указанием рекомендованной продолжительности технологического цикла.
Такие модели обычно выдают стабилизированное напряжение на клеммы аккумулятора, у которого при зарядке постепенно меняется электрическое сопротивление, влияющее на величину протекающего тока. Поэтому подобные рекомендации носят усредненный характер.
Формы токов, создаваемые зарядными устройствами
Для зарядки аккумуляторов могут использоваться не только постоянные токи, но и многих других видов, которые решают специфические задачи.
Чтобы обеспечить их протекание создают различные электронные схемы, которые выдают на клеммы аккумулятора напряжение соответствующего вида.
Принципиальные схемы зарядных устройств
Ввиду их разнообразия приведем для примера некоторые типовые решения.
Схема создания постоянных токов
За счет трансформатора понижается напряжение. Его гармоника выпрямляется диодным мостом и пульсации сглаживаются конденсатором высокой емкости.
На выход в аккумулятор поступают токи постоянной величины.
Схема создания пульсирующих токов
Удалив из предыдущей цепочки конденсатор получаем пульсации напряжения на клеммах аккумулятора, которые формируют токи аналогичной формы.
Схема создания пульсирующих токов с промежутком
Заменив диодный мост единичным диодом получаем пульсации токов повышенной частоты в два раза.
Сервисные зарядные устройства
За счет усложнения внутренней электрической схемы создаются различные дополнительные функции для зарядных устройств.
Во всех расчетах величины зарядного тока Iз в амперах за базовое значение принимается эмпирическое соотношение, отсчитываемое в процентах от значения емкости С, выраженной ампер-часами.
Однако для определенных моделей производитель может указать ток зарядки сразу в числовом выражении амперами, которое не соответствует этому правилу. Понятно, что у него есть для этого серьёзные основания.
Свинцово кислотные АКБ
Принято для зарядки использовать токи, составляющие 10% или 0,1 от емкости С. Их записывают 1С.
Для этих аккумуляторов напряжение на единичной банки не должно превышать 2,3 V, что следует учитывать при зарядке батареи, чтобы не превышать критическую величину.
Набор емкости кислотных аккумуляторов после достижения 90% номинальной величины идет по экспоненте. Поэтому дальнейшую зарядку выполняют уменьшенными токами с контролем напряжения на банках, что увеличивает продолжительность процесса.
Свинцово кислотные АКБ нуждаются в периодическом проведении контрольного тренировочного цикла с полным разрядом и зарядом.
Щелочные АКБ
Для них принято ток заряда поддерживать на уровне 25% от емкости или 0,25С.
Никель-кадмиевые модели аккумуляторов
Оптимальная температура для зарядки, как и для работы, в пределах +10÷30 О С. При ней лучше происходит поглощение кислорода на катоде.
Аккумуляторы цилиндрической формы смонтированы плотной намоткой электродов в рулон. Это позволяет эффективно заряжать их токами в широких пределах 0,1÷1С. Стандартный режим предусматривает токи 0,1С и время 16 часов. На каждом элементе напряжение поднимается с одного до 1,35 V.
Если в зарядное устройство вмонтирована система контроля перезаряда, то применяют повышенные токи постоянной формы величиной 0,2÷0,3С. Это позволяет снижать время зарядки до 6 или 3-х часов. Даже допустим перезаряд в пределах 120÷140%.
Характерный недостаток никель-кадмиевых АКБ - эффект «памяти» или обратимая утеря емкости, которая проявляется при нарушениях технологии заряда, а точнее после начала подзарядки аккумулятора с не полностью израсходованной емкостью.
Аккумулятор «запоминает» границу оставшегося резерва и при последующем разряде на нагрузку сокращает свой ресурс при ее достижении. Эту особенность учитывают при эксплуатации, а для хранения Ni-Cd АКБ их переводят в режим полного разряда.
Никель-металл-гидридные модели аккумуляторов
Они создавались для замены никель-кадмиевых АКБ, лишены эффекта памяти, обладают повышенной емкостью. Но, при подготовке к работе после месячного или более срока хранения, требуется проведения цикла полного разряда с последующей зарядкой. Выполнив 3÷5 таких циклов можно увеличить рабочую емкость.
Для хранения этих аккумуляторов осуществляют перевод их емкости в 40% от номинальной величины.
Зарядка производится по технологии 0,1С для никель-кадмиевых АКБ, но с контролем температуры. Ее превышение более 50 О С недопустимо. Сильный нагрев возникает в конце цикла, когда протекание химических реакций замедляется.
По этим причинам для никель-металл-гидридных аккумуляторов создаются специализированные устройства зарядки с встроенными датчиками температуры.
Никель-цинковые модели аккумуляторов
Напряжение одной банки равно 1,6 V. Сила зарядного тока 0,25С. Время заряда 12 часов. Эффект памяти отсутствует. Рекомендуемый предел достижения емкости при заряде - 90% от номинальной.
Нельзя нагревать более 40 О С. Ограниченный ресурс - в три раза короче, чем у никель-кадмиевых АКБ.
Литий-ионные модели аккумуляторов
Оптимальная зарядка выполняется постоянным током в два этапа с величиной:
- 0,2÷1С с напряжением 4÷4,2 V в первые 40 минут;
- поддержанием постоянного напряжения на банке 4,2 V до окончания цикла.
Допустима зарядка током 1С за время 2÷3 часа.
Ресурс литий-ионных аккумуляторов снижают:
- зарядное напряжение, большее 4,2 V;
- перезаряд, сопровождающий скопление лития на катоде и выделение кислорода на аноде.
В результате происходит бурный выброс тепловой энергии, повышение давления в корпусе, разгерметизация.
В целях повышения безопасности при эксплуатации производители этих АКБ применяют одно или несколько мер защиты при заряде:
- схему отключения зарядного тока при достижении температуры в корпусе 90 О С;
- датчик превышения давления;
- систему контроля напряжения при заряде.
Поскольку литий-ионный аккумулятор работает и заряжается внутри дорогих электронных устройств, то к его зарядке следует относиться аккуратно, применять только специализированные зарядные устройства.
Особенности зарядки по глубине разряда
Особенности зарядки по температуре
Правильный выбор этих параметров позволяет значительно продлить ресурс эксплуатации литий-ионных АКБ.
Литий-полимерные модели аккумуляторов
К ним подходят все правила эксплуатации, разработанные для литий-ионных моделей. Но, поскольку в них отсутствует жидкий электролит, а используется гелеобразный, то при перезарядке либо перегреве исключается взрыв корпуса, который может только раздуться.
Понимание принципов того, как работает аккумулятор и зарядка для мобильных устройств поможет продлить ресурс ваших гаджетов, эксплуатировать их надежно и безопасно.
Для закрепления материала предлагаем посмотреть видеоролик владельца Admiral134 «Как правильно использовать литий-ионные аккумуляторы».
Вам сейчас удобно задать вопрос в комментариях и переслать этот материал друзьям в соц сети.
В любом современном гаджете, будь-то сотовый телефон, планшет, ноутбук, фотоаппарат, видеокамера, либо другое умное цифровое устройство стоит литиевая аккумуляторная батарея.
Если Вас интересует замена аккумуляторной батареи на телефон, смартфон, планшет, ноутбук и другие гаджеты в сервисе в Москве, пишите в чат на этом сайте, либо звоните, мы рады помочь.
Страничка, где можно задать вопрос по замене аккумуляторной батарее:
Как правильно заряжать и разряжать аккумулятор в телефоне, планшете либо другом гаджете?
Покупая любое устройство, или аккумуляторную батарею к нему, часто от продавцов можно услышать — «разрядите полностью, и зарядите полностью» — это заблуждение!
На самом деле необходимо при покупке сразу зарядить аккумулятор, и не допускать полного разряда в 1 %, а то что вы не полностью разрядили и не полностью зарядили аккумулятор не так страшно.
Литий-ионные аккумуляторы не любят полный разряд. Внутренняя химия выжимается до последнего процента, и это плохо. Лучше всего не допускать разряда АКБ менее 10%.
Можно ли купить и поставить усиленную аккумуляторную батарею на iPhone, Samsung либо другой сенсорный телефон, где батарея спрятана внутрь телефона?
Часто попадается на глаза усиленная АКБ в блестящей либо золотистой внешней наклейке на китайских сайтах для различных моделей айфона, где пишут, что АКБ в почти два раза больше емкости и в два раза дольше держит аккумулятор — все это обман и «развод» на деньги! Дело в том, что если литиевый аккумулятор в два раза больше емкости, он должен быть в два раза больше размерами, а такой аккумулятор вместить внутрь сверхтонкого современного гаджета не реально. Не верьте продавцам усиленных батарей. Максимум, за что вы можете сознательно переплатить, если правильно сделать выбор, это найти качественный оригинальный аккумулятор, либо качественно изготовленный аккумулятор с хорошей гарантией. Допустим, немецкая компания Craftmann изготавливает действительно качественные и дорогие аккумуляторы и дает на них гарантию в 1 год.
Можно ли оставлять телефон, планшет, и т.д. на зарядку на ночь?
Конечно же можно! А если бы это вредило вашему устройству, вы бы заметили предупредительную надпись в инструкции, но такого обычно не встретишь в инструкции. В подавляющем большинстве АКБ гаджетов стоит умная плата, схема которой следит за уровнем заряда, уровнем тока и температурой. Если замкнуть АКБ — сработает защита, если заряжать АКБ целую ночь, и даже день — система проследит, чтобы при полном заряде в 100% зарядка прекратилась. Если же при зарядке температура будет превышать нормы по каким-либо причинам, умная система тоже может приостановить заряд, и, возможно, появится надпись на экране гаджета об превышении температуры, и о том, что надо охладить устройство.
Если погрызть аккумулятор, он еще немного прослужит без подзарядки.
Это веселое заблуждение заставляет экспериментаторов грызть аккумуляторы, не подозревая о том, что старая «дедовская» схема не сработает с современными аккумуляторами, которые сделаны совсем по другой технологии, мало того, эти экспериментаторы рискуют таким образом повредить аккумулятор в последствии чего АКБ может резко воспламениться или даже взорваться.
На сколько лет хватает аккумулятора в телефоне, планшете или другом устройстве?
Как показывает практика, на таких телефонах как iPhone , аккумулятора хватает на два года, и спустя этого времени, после начала продаж новых смартфонов, клиенты все чаще обращаются в сервис для замены АКБ, с жалобами, что аккумулятор стал быстро разряжаться и заряжаться. Это свидетельствует, что аккумулятор потерял емкость, и исправить это может только его замена. Предположительно, аккумулятор от айфона в среднем рассчитан на 1000 циклов перезарядок.
Можно ли безопасно заряжать телефон, планшет и др. в машине/автомобиле?
Первые позывы задуматься об безопасности были еще когда появлялись первые автомобильные зарядки, на такие телефоны как Nokia. Тогда были случаи, что продавец продал АЗУ (автомобильное зарядное устройство), и, спустя несколько дней, клиент пришел жаловаться, что эта зарядка спалила/поломала телефон. На самом деле, даже самые оригинальное АЗУ не застрахованы на все сто процентов от импульса, который идет при запуске двигателя с ключа машины. Именно в этот момент идет скачек напряжения, и именно тогда ваш телефон должен быть отключен от зарядного устройства. Запомните это, и советуйте избегать зарядки телефона при старте машины с ключа всем своим знакомым. Часто такой импульс выводит из строя телефон или планшет до такой поломки как сгоревший контроллер питания, или еще хуже, сгоревший процессор, где, не каждый мастер справится с таким ремонтом, а в некоторых моделях это отремонтировать даже не реально.
Какой заряд должен быть в АКБ чтобы гаджет запустился?
Для запуска любого устройства (телефон, планшет, плеер ит.д.), напряжение на аккумуляторной батареи доолжно составлять не ниже 3,6 Вольт, это для тех гаджетов, у которых АКБ с максимальным зарядом показывает 4,2 Вольта. Да, есть исключения у некоторых устройств. Допустим, как показывает практика, наушники могут работать с намного меньшим зарядом, а есть и телефоны и планшеты, у которых при запуске потребление составляет более одного ампера, тогда гаджет будет пытаться запуститься, но «просадка» напряжения, за счет большого потребления, может быть такой, что аппарат будет сразу же выключаться.
Поэтому, лучше заряжать с запасом, для включения — от 3,7 Вольт и выше.
Сколько стоит поменять батарею на телефоне, планшете, ноутбуке?
Стоимость замены аккумулятора зависит от нескольких факторов:
- Сложность замены — быстро вынимаемые АКБ заменить на много дешевле, нежели встроеннные, где прийдется заплатить мастеру за все его риски при разборке устройства.
- Качество и производитель — существуют специализирующиеся на аккумуляторах фирмы, которые выпускают большой ассортимент качественных АКБ и дают гарантию до одного года, к таким можно отнести популярную в России Craftmann.
- Срок гарантии — на обычные китайские АКБ дают гарантию в две недели, на брендовые — до одного года. Если мастерская дает гарантию от одного месяца и более — она берет риски на себя, обычно это компенсируется двойной стоимостью на замену АКБ.
- Емкость АКБ — чем больше ёмкость АКБ, тем она крупнее и дороже. Все просто — больше объем аккумуляторной банки вмещает больше химии и дольше заряжается и дольше разряжается. Допустим на телефоны АКБ стоит дешевле нежели на планшетные компьютеры.
Берегите свое устройство, и держите его заряд не ниже 10 %.