Как работает аккумулятор и зарядка для мобильных устройств. Что полезно знать об аккумуляторах для мобильных телефонов

Аккумуляторная батарея является важным элементом мобильного устройства, так как снабжает его электрической энергией. Замена аккумулятора — ответственный шаг и не надо пренебрегать важностью этого события.
1. Первым, что необходимо сделать – это убедиться в том, что Ваш аккумулятор действительно неисправен (поверьте, что быстро разряжаться аппарат может не только из-за аккумулятора). Для этого отнесите аккумулятор в сервисный центр, для того чтобы там, на специальном оборудовании смогли проверить основные технические параметры аккумулятора. Основным параметром АКБ является емкость и внутреннее сопротивление. Если емкость аккумулятора меньше 70% от номинальной емкости либо внутреннее сопротивление больше 400 млОм, то аккумулятор необходимо заменить. Если в сервисном центре нет такого специального прибора, то можно исключить неисправность телефона, проверив его потребляемую мощность, в разных режимах подключив телефон к лабораторному блоку питания который наверняка есть в любом сервисном центре.
2. После того, как Вы убедились в неисправности Вашего аккумулятора, настало время выбрать подходящий именно для Вашего устройства аккумулятор. Вот тут и начинается самое интересное.
В настоящее время на рынке появилось большое количество китайских подделок, которые сложно отличить от оригинальных батареек. Важно подчеркнуть, что большинство малоизвестных производителей снижают номинальную емкость батареек. Давайте сравним номинальную емкость представленных на рынке не оригинальных аккумуляторов. Для сравнения возьмем наиболее распространенные виды аккумуляторов: BP-5X, BP-5M, BL-5F и BST-33.

От чего зависит время работы аккумуляторной батареи:

1. от емкости аккумуляторной батареи
2. от продолжительности разговоров по телефону
3. от параметров сети оператора
4. от температуры окружающей среды

Мобильные аккумуляторы — курс молодого бойца

Статистика гласит, что современный мужчина за год бреется в среднем от 150 до 200 раз. Угадайте, что с такой же периодичностью делают и мужчины, и женщины?
Нет, не то, что вы подумали – они подзаряжают мобильный телефон!
Примерно раз в два-три дня мы идем «кормить мобильник», а вот уже что и как они едят – отдельный разговор. Теоретически мобильный телефон может питаться и от обычной батареи, но с современными аппетитами телефонов могут спорить разве что фотоаппараты, поэтому для телефона необходима аккумуляторная батарея. В переводе с латыни слово «аккумулятор» означает ни что иное, как «собиратель». Благодаря возможности превращать электрическую энергию в химическую реакцию, а затем обратно – «химию» превращать в электроэнергию, мы и получаем на выходе такой элемент питания, как аккумулятор. Пресловутая химическая реакция ничем не примечательна — была бы возможность зарядить один электрод положительно, а другой отрицательно. Цель данной статьи – не реферат по физике, а попытка рассказать об аккумуляторах так, что бы любой прочитавший не подвергался сомнениям, домыслам и прочим страхам при приобретении и эксплуатации этих источников питания.

Для мобильных телефонов (и других портативных устройств) исторически использовали четыре типа аккумуляторов в зависимости от применяемых в них тандемах из двух химических элементов: никель-кадмиевые (NiCd & NiCad), никель-металлогидридные (NiMH, по ошибке их называют никель-магниевые), литий-ионные (LiIon), литий-полимерные (LiPol). Для обычного пользователя достаточно знать две основные технические характеристики батарей: емкость и количество циклов перезарядки. Емкость аккумулятора – это то количество энергии, которой обладает полностью заряженный аккумулятор. Измеряется в ампер-час (Ah), то есть то время, при котором проработает аккумулятор при силе тока в 1 Ампер. В мобильных устройствах работают токи гораздо меньшей силы, с приставкой «мили» и, соответственно, емкость принято указывать в милиампер-часах (mAh). Если говорить совсем уже простыми словами, то емкость аккумулятора можно сравнить с емкостью бензобака в машине. Если бензобак вмещает 10л горючего, то мопед смог бы проехать без дозаправки где-то порядка 200 км, а грузовик… ну, в лучшем случае, 30-50 км. С тем же самым успехом можно приводить примеры и относительно мобильных телефонов. Емкость аккумулятора обычно не соответствует номинальной (указанной) емкости, а колеблется в пределах 80-110%. Так, например, емкость в 700 mAh фактически может иметь как 560, так и 770 mAh. Выводы достаточно просты. Дешевый аппарат на уровне «позвонить и отправить СМС» на таком объеме может продержаться неделю без подзарядки, а «монстр» с двумя SIM картами и 4-х дюймовым экраном, с постоянно включенным Wi-Fi и Bluetooth – сутки. Помните анекдот, где абонент жаловался оператору, что он уже привык к тому, что они воруют у него заряд батареи? В принципе, абонент прав. Не только технические характеристики могут повлиять на количество времени без подзарядки. Качество покрытия сети тоже играет немаловажную роль. Попав на местность, где очень слабый сигнал от станции, телефон начинает усиленно «привязываться» к сигналу и, соответственно, поглощать больше энергии. Совсем крайний случай наступает в поездке с включенным Интернет-соединением и проигрыванием музыки (ну чем себя еще развлечь в пути?) – постоянный поиск базовых станций, подсветка экрана и работа с наушниками «приговорит» ваш аккумулятор к весьма непродолжительной работе. Характерной «болезнью» аккумуляторов является саморазряд. Саморазряд — вещь перманентная для всех типов батарей, и охарактеризовать ее можно количеством потерянного заряда в процентах. Известно, что в первые сутки после заряда батарея теряет количество энергии быстрее всего, и чуть медленнее — в оставшиеся время, поэтому в сравнительных анализах указывают саморазряд за сутки и за месяц. Вызвано это окислительно-восстановительными процессами, протекающими самопроизвольно, но на них напрямую влияет температура окружающей среды и при температуре в 100°С саморазряд вполне может увеличиться в два раза. Это, конечно, не причина хранить телефон в морозилке. Эффект не настолько сильный, что бы существенно повлиять на продолжительность работы батареи. Несмотря на то, что родоначальниками производства батарей были европейцы, первенство в мировом производстве держат Япония, Китай и Южная Корея. За годы производства каждый из видов аккумуляторов успел показать, что он может. И первым был кадмий. Никель-кадмиевые батареи, конечно, не состоят только из никеля и кадмия. Анодом здесь служит гидрат закиси никеля, а катодом – гидрат закиси кадмия, но в батарее присутствует и литий, и графит. Для батареи такого типа характерно то, что ее приходится долго заряжать, а разряжается она быстро. Из-за того, что в таких батареях очень низкое внутреннее сопротивление, она не нагревается даже при зарядке большим током. Зато когда зарядится, то нагреется достаточно чувствительно, что бы зарядное устройство уловило это и отключило процесс зарядки. Очень веский аргумент, особенно в те времена, когда об электронных контролерах зарядки даже не слышали. Пусть и принято ругать такие батареи за неудобство в эксплуатации, но кое-какие преимущества у них все-таки есть. Например, они слабочувствительны к коротким замыканиям (плюс для любителей утопить телефон), взрыво-пожаробезопасны и не так быстро портятся при перезарядке. Такие аккумуляторы лучше перезарядить, чем недозарядить. Основной минус, помимо чувствительных габаритов, так называемый «эффект памяти». «Эффект памяти» проявляется в потере емкости аккумулятора во время его эксплуатации. Происходит это оттого, что не разряженный полностью аккумулятор запоминает свое предыдущее состояние, и остаток неиспользованной энергии больше вам не отдает.

Самое интересное, что пользователь «убивает» батарею своими руками под диктовку телефона. В электрохимической системе аккумулятора появляется еще один электрический слой — с уменьшением напряжения в 0,1В. Контролер напряжения в телефоне понимает это как разрядку и сообщает, что батарея, на его взгляд, плохая. Ведь фактически энергоемкость остается прежней и, возможно, в другом телефоне (кардинально другом) батарея обрела бы новую жизнь. Но телефон упорно доказывает, что нужно еще и еще раз зарядить, таким образом, добавляет все новые «проблемные слои». Ni-Cd необходимо полностью разряжать. Можно гарантированно потерять 50% емкости, а в худшем случае останется только 30% от номинальной емкости. Несмотря на такой «Ой!», Ni-Cad-аккумулятор — большой труженик, он держит напряжение батареи «до последнего» и только когда энергия будет полностью исчерпана, напряжение упадет. Хотя этот эффект вам бы пригодился, в основном, при использовании кассетных музыкальных плееров и в фонариках. В температурном режиме такие аккумуляторы могут работать в диапазоне температур от -15 до +40°С, даже заряжаться могут при отрицательной температуре. Стоят недорого и выдерживают 1000 циклов перезарядки. Такой вот – неприхотливый суровый работяга, у которого есть потомок — Ni-MH. Тот факт, что Ni-Cd маленьким и емким не бывает, и чтобы не допустить габаритов аккумулятора размерами с сам телефон, пришлось искать ему замену. Еще один факт о токсичности самих батарей подстегнул исследователей и ученых к более плодотворной работе по поиску и разработке замены. Так на свет появился никель-металлогидридный аккумулятор. Конструктивно вместо кадмия применили серию из сплавов металлов, которые могут поглощать водород. Тот же самый гидрооксид никеля во время зарядки превращается в оксигидрид, отдавая водород сплавам отрицательного электрода. Сплав специально подбирался таким образом, что бы при реакции соблюдался тепловой баланс. Не получилось. Металлогидридные батареи греются, хоть белье на них суши. Аккумулятор получился емкий и компактный, почти без эффекта памяти. Сначала, даже, думали, что эффекта нет как такового, но ошибались. Честно говоря, потомок Ni-Cd получился дефектным: цикл перезарядки уменьшился до 500 раз, заряжался он дольше, а вот саморазрядка происходила в полтора два раза быстрее, чем у «прародителя». Зато с появлением Ni-MH мы получили такое понятие как «раскачка» аккумулятора. Для того, что бы заряд и емкость набрали полную силу, такой аккумулятор необходимо было несколько раз (2-5) разрядить и зарядить «от А до Я».

Несмотря на семейство никелевых батарей, в наше время преобладают аккумуляторы на основе лития (Li-Ion и Li-Pol). С литием все понятно – это наиболее химически активный металл. Один килограмм лития способен хранить 3860 ампер-часов (для сравнения цинк – 260 Ач). Собственно говоря, вся проблема по созданию литиевых аккумуляторов и заключалась в том, что литий слишком активен. Температура плавления составляет 180°С и при химических реакциях, характерных при окислениях, такой аккумулятор взрывается с весьма печальными последствиями. Так, в Японии взорвавшаяся батарея в мобильном телефоне обожгла несколько человек. Поэтому неустойчивый металлический литий внедрили в графитовую оболочку или применяли оболочки из других металлов. Так же как и в свое время, Нобель додумался закоксовать нитроглицерин, тем самым, создав динамит. То есть в Li-Ion-аккумуляторах в качестве преобразователя энергии используется не взаимодействие двух металлов (как в Ni-Cd, Ni-MH батареях), а ионы лития «завернутые» в безопасную оболочку графита или литийкобальтоксид. В таких батареях нет эффекта памяти, они очень энергоемкие и легкие, саморазряд составляет всего 2-5% от первоначального заряда, быстро заряжаются (1000 mAh за 4 часа), диапазон рабочих температур от -25 до + 60°С – все хорошо… Но, как всегда, своя «ложка дегтя» и здесь найдется. Для обеспечения безопасности и долговечности, каждый пакет аккумуляторов должен быть оборудован электрической схемой управления, чтобы ограничить пиковое напряжение каждого элемента во время заряда и предотвратить понижение напряжения элемента при разряде ниже допустимого уровня. Простыми словами это можно отобразить так. Велосипед это транспортное средство, самолет истребитель тоже транспортное средство, только вот для управления вторым нужно иметь высокий уровень образования, навыков и ответственности. Каждый такой «летчик» «вшит» в мобильное устройство, что не делает его дешевле, но без него никак. Мы сравнивали Ni-Cd пакеты с работягой, а Ni-MH с его дефектным потомком. Li-Ion можно сравнить с пилотом военной авиации. Есть и у него «потомок» — Li-Pol аккумулятор. Суть литий-полимерного аккумулятора заключается в том, что катод отделили от анода композитным материалом – полимерной перегородкой. В результате аккумулятор, при тех же объемах, не только добавил 22% емкости (корпус теперь не нужен), но и смог приобретать замысловатые формы. В целом же характеристики остались прежними. Уход за любым аккумулятором достаточно прост: не перегревать, не переохлаждать и использовать сертифицированные зарядные устройства. И вообще читайте инструкцию по эксплуатации – она полезна для здоровья. Любая компания-производитель мобильных устройств старается сделать зарядное устройство максимально соответствующим данному типу аккумулятора. Много времени проводится на испытания всех режимов зарядки батарей, на проверку качества компонентов, из которых сделано зарядное устройство. В общем, старается как может, и оригинальное зарядное устройство стоит именно своих денег, потому что там используются качественные электронные компоненты и был применен квалифицированный труд. Тем не менее, на рынке огромное количество зарядных устройств неизвестных производителей собранных «на коленке» из мусора. Помните о том, что когда вставляете дешевый неликвид в розетку с напряжением в 220 В вы не рискуете недозаряженной батареей, вы не рискуете испорченным устройством. Вы рискуете сжечь свой дом, сгореть сами, потерять близких вам людей.

Новая и правильно заряженная аккумуляторная батарея сотового телефона (АКБ) практически не требует дополнительного обслуживания и особого внимания. А если она уже не новая? Если она заряжена неправильно? Что тогда делать?

Устройство АКБ сотового телефона, ее основные электрические характеристики и правила использования

АКБ, изготовленные по разной технологии (и, соответственно, имеющие своеобразные предназначения), применяют не только в сотовых телефонах. А также в радиотелефонах, портативных игрушках (например, «мерцающий фонарь»), калькуляторах, ноутбуках, КПК, фотоаппаратах, электронных тетрадях pi в других популярных электронных устройствах бытового и специального назначения. АКБ, применяемые в сотовых телефонах, разделяют на следующие типы, отличающиеся по технологии изготовления:

Никель-кадмиевые - NiCd (Nickel Cadmium);

Никель-металлгидридные - NiMH (Nickel Metal-Hydride);

Литий-ионные - Li-ion (Lithium Ion);

Литий-полимерные - Li-pol (Lithium Polymer).

На рис. 12 представлены АКБ к различным современным сотовым телефонам.

Никель-кадмиевые батареи самые распространенные и дешевые. Это своеобразный ветеран на рынке мобильных устройств связи. Отлаженная технология и надежная работа обеспечили им широкое применение для питания портативной техники и оборудования. К основным достоинствам никель-кадмиевых АКБ относятся:

Превосходная работоспособность в широком диапазоне температур окружающей среды, в том числе

Рис. 12. АКБ к различным сотовым телефонам с разным номинальным напряжением

возможность заряда при отрицательных температурах;

Способность отдавать в нагрузку большой ток;

Длительный срок службы - свыше 1000 циклов заряда/разряда при правильной эксплуатации и обслуживании;

Низкая чувствительность к неправильной эксплуатации;

Легкое восстановление при понижении емкости и после длительного хранения;

Низкая цена.

В NiCd АКБ рабочее вещество находится в виде мелких кристаллов, что обеспечивает максимальную площадь их соприкосновения с электролитом. При неблагоприятных условиях эксплуатации кристаллы укрупняются до размеров в 150 раз превосходящих первоначальные, что приводит к резкому уменьшению площади активной поверхности. Как следствие, снижается напряжение и уменьшается энергетическая емкость.

В некоторых случаях острые грани кристаллов даже прокалывают сепаратор, вызывая быстрый саморазряд или короткое замыкание.

Среди других недостатков АКБ этого типа можно отметить: необходимость периодической полной разрядки для сохранения эксплуатационных свойств (устранения эффекта памяти), быстрый саморазряд (до 10% в течение первых 24 часов), относительно маленькая плотность энергии (отношение емкости к габаритам и массе) и большие габариты (по сравнению с АКБ других типов). К их минусам относится «недружественность» к окружающей среде, ведь они содержат кадмий и требуют специальной утилизации. Из-за больших габаритов и проблем с утилизацией NiCd они давно покинули рынок сотовых телефонов и встречались только на заре массового развития рынка сотовых телефонов, например, в аппаратах фирмы Моторола модели Т-192.

На смену им первыми пришли никель-металлгидрид- ные батареи, но их разрекламированные преимущества на деле не оправдали ожиданий потребителей из-за небольшого срока службы. Эта ситуация выправляется благодаря технологическому прогрессу в их производстве. Отличительные преимущества NiMH-батарей:

Их емкость примерно на 30% больше емкости NiCd-батарей при тех же габаритах;

Они меньше склонны к эффекту памяти, чем NiCd-батареи (периодические циклы восстановления нужно выполнять реже);

Низкая токсичность (NiMH-технология считается экологически чистой).

NiMH-батареи тоже имеют много недостатков. По сравнению с NiCd-батареями у них меньший срок службы - около 500 циклов «заряда/разряда», более быстрый саморазряд (в 1,5-2 раза) и более высокая себестоимость.

Потеря заряда соответственно вызывает и их старение. У относительно изношенной батареи пластины электродов разбухают и начинают слипаться друг с другом, что приводит к повышению тока саморазряда. Укрупнение кристаллических образований в NiCd-бата- реях на основе никеля происходит в основном из-за слишком долгого нахождения ее в зарядном устройстве и многократного заряда без периодического полного разряда. Разукрупнить кристаллические образования позволяет проведение такой процедуры, как тренировка, которую достаточно проводить один раз в 30-60 дней.

В настоящее время (уже несколько лет) сотовые телефоны различных производителей комплектуются исключительно батареями Li-ion.

Литий-ионные батареи завоевывали позиции на рынке устройств мобильной связи. Это обусловлено их преимуществами по сравнению с предыдущими типами АКБ:

Высокая плотность электрической энергии (вдвое большая, чем у NiCd-батареи того же размера, а значит, и вдвое меньшие габариты при той же емкости);

Медленный саморазряд (примерно 2-5% в месяц, а также примерно 3% на питание встроенной электронной схемы защиты);

Отсутствие каких-либо требований к обслуживанию, за исключением требования длительного хранения в заряженном состоянии.

Недостатки популярных аккумуляторных батарей

Батареи некоторых производителей работают только при положительных температурах, все АКБ, созданные по данной технологии, дороги и подвержены процессу старения, даже если они не используются. Уменьшение емкости наблюдается примерно после 1 года хранения. После 2 лет хранения такая батарея, как правило, становится неисправной. Поэтому не рекомендуется хранить

Li-ion – аккумуляторы в течение длительного времени без дела - нужно использовать их, пока они новые.

Li-ion-батареи повреждаются при заряде в «чужих» зарядных устройствах, а также при хранении в чрезмерно разряженном состоянии. Уменьшение емкости Li-ion- батарей необратимо, так как используемые в них токсичные материалы рассчитаны на работу только в течение определенного времени (к концу срока службы батареи токсичность применяемых в них веществ снижается).

Литий-полимерные батареи появились на рынке сотовых телефонов и портативных компьютеров пару лет назад, они немного дешевле, чем литий ионные батареи при одинаковой плотности энергии. Выдерживают мало (по сравнению с Li-ion АКБ) циклов заряда/разряда, что, конечно же, не удовлетворяет массового производителя телефонов.

Литий-полимерные батареи изготавливаются в пластичных геометрических формах, нетрадиционных для обычных батарей. Они весьма тонкие по толщине и способны заполнять любое свободное место.

Основными параметрами аккумуляторной батареи сотового телефона являются:

Электрическая емкость;

Внутреннее сопротивление;

Напряжение;

Саморазряд;

Срок службы.

Электрическая емкость АКБ состоит из номинальной и реальной. Номинальная электрическая емкость - это то количество энергии, которым батарея теоретически должна обладать в заряженном состоянии. Данный параметр аналогичен емкости, например, стакана. Так же как в стандартный граненый стакан можно налить 200 мл жидкости, так и в батарею можно «закачать» лишь вполне определенное количество энергии. Но определяется это количество энергии не в момент заряда, а при обратном процессе (при разряде батареи постоянным током) в течение измеряемого промежутка времени до момента достижения заданного порогового напряжения. Измеряется емкость в ампер-часах (А/ч) или миллиампер-часах (мА/ч) и обозначается буквой С. Значение номинальной емкости батареи, как правило, зашифровано в ее обозначении (см. рис. И). Современные сотовые телефоны конкурируют между собой по миниатюрным размерам без потери длительности ожидания и разговора. Их АКБ, как правило, имеют емкость 700 мА/ч. Реальное значение емкости новой батареи на момент ввода ее в эксплуатацию колеблется от 80 до 110% номинального значения. Оно зависит от фирмы изготовителя, условий и срока хранения, а также от технологии ввода в эксплуатацию. Нижний предел (80%) обычно рассматривается как минимально допустимое значение для новой батареи. Например, батарея с номинальной емкостью 1000 мА/ч может отдавать ток 1000 мА в течение 1ч, 100 мА - в течение 10 ч, или 10 мА в течение 100 ч.

На практике, при высоком токе разряда, номинальной емкости АКБ достичь трудно, а при низком зарядном токе - она превышает расчетную. В процессе эксплуатации емкость батареи уменьшается. Скорость уменьшения зависит от типа батареи, технологии обслуживания в процессе работы, используемых зарядных устройств, условий и длительности эксплуатации. Внутреннее сопротивление батареи определяет ее способность отдавать в нагрузку большой ток. Эта зависимость подчиняется закону Ома. При низком значении внутреннего сопротивления батарея способна отдать в нагрузку больший пиковый ток (без существенного уменьшения напряжения на ее выводах), а значит, и большую пиковую мощность, в то время как высокое значение сопротивления приводит к резкому уменьшению напряжения на выводах батареи при резком увеличении тока нагрузки. Это приводит к тому, что внешне хороший аккумулятор не может полностью отдать запасенную в нем энергию в нагрузку.Регулировка громкости в высококачественной радиоаппаратуре

Особенностью нашего слуха является неодинаковая чувствительность к звуковым колебаниям разных частот: на низших и высших частотах она меньше, чем на средних. Статистическими исследованиями на больших группах слушателей были найдены кривые…….

Простой метод проверки трансформатора или магнетрона. Необходимо снять клемму с магнетрона, отвести ее в сторону, чтобы не пробило высокое напряжение, затем включить печь в рабочий режим на несколько секунд, выключить…….

Если неизвестна внутренняя структура элемента (например микросхемы), то его можно попытаться проверить путем сравнения с таким же, но заведомо исправным. Проводится поочередная про- звонка цепей обоих элементов (при разных полярностях…….

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:

1. разряд;
2. 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:

1. 0,2÷1С с напряжением 4÷4,2 V в первые 40 минут;
2. 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.

Сотовые телефоны очень быстро устаревают (наверное даже быстрее, чем компьютеры), и часто оказывается, что заменить старую батарейку в телефоне проблематично. Их просто не выпускают, и качественных батареек поэтому нет в продаже (китайские поделки в самопальных полиэтиленовых пакетиках не в счет — их покупать нет смысла, обычно они не держат долго заряд). Обидно выбрасывать совершенно исправный телефон, к которому очень привык.

Если умеете немного держать в руках паяльник, то можно просто решить эту проблему. Это возможно, поскольку носитель энергии во всех аккумуляторах для мобильников по технологии одинаков – почти всегда это Li-Ion (литий-ионный) или Li-Polymer (литий-полимер) элемент с напряжением в 3.6 — 3.7 вольта. Отличие только в габаритах аккумулятора, расположении и количестве контактов на нем. Покупаете любой (подчеркиваю — ЛЮБОЙ) аккумулятор от другого современного телефона, примерно подходящий по габаритам, и далее нужно просто вытащить оттуда носитель энергии и перенести в корпус старого аккумулятора. Далее для простоты я буду называть сборку из корпуса, контроллера и электрического элемента «аккумулятором» или «батарейкой», а электрический элемент внутри аккумулятора – «энергоносителем», или «элементом», или «банкой». Замена аккумулятора производилась для телефона Siemens ME45.

Итак, процесс восстановления старого аккумулятора состоит из нескольких простых шагов:

Шаг 1 . Раскрываете телефон, достаете старый аккумулятор, определяте его тип и емкость. Для моего Siemens ME45 это был аккумулятор типа Li-Ion, емкостью 840 ма/час, напряжением в 3.7 вольта, см. фото.

Самое главное – определить тип аккумулятора (Li-Ion или Li-Polymer). Дело в том, что от этого зависит режим заряда и устройство контроллера аккумулятора (специальная электронная схема, обеспечивающая правильный заряд). Аккумуляторы Li-Polymer боятся перезаряда, поэтому менять в старом аккумуляторе элемент Li-Ion на Li-Polymer я бы Вам не советовал.

Примечание . По напряжению Li-Ion и Li-Polymer почти совпадают. Li-Polymer имеет мЕньшее внутреннее сопротивление и бОльшую энергоемкость, чем Li-Ion при одинаковом размере и весе, поэтому аккумуляторы Li-Polymer используются в авиамоделизме для питания силовых установок. Недостаток у Li-Polymer в том, что он боится перезарядки (вздувается и может взорваться). Ни в коем случае не оставляйте без присмотра заряжающийся аккумулятор Li-Polymer, и применяйте для его заряда только специально предназначенные для Li-Polymer зарядные устройства!

Шаг 2 . Теперь стоит разобрать старый аккумулятор и ознакомиться с содержимым. Начинка не очень сложная – в корпусе находится контроллер (маленькая платка) и энергоноситель – увесистый прямоугольник с двумя контактами. Контакты контроллера выходят наружу, а внутри к нему подключен энергоноситель.

Плата контроллера видна снизу, а наружные контакты аккумулятора находятся на заднем плане, на этой фотографии внизу слева.

Энергоноситель приподнят, видна задняя часть наружных контактов, а также шина “-“ (левее, в центре) и шина “+“ энергоносителя (справа), подпаянные к контроллеру.

Это вид на контроллер «сверху». С этой стороны припаиваются шины питания от элемента (на фотографии он уже отпаян). Большой восьминогий чип 9926A – это полевой транзистор, служащий ключом, а маленькая 6-ногая микрушка 521A скорее всего специализированный чип (мне не удалось найти его описание), который измеряет напряжение элемента и определяет логику работы контроллера (управляет полевым транзистором и процессом заряда элемента).

Вид на плату контроллера «снизу» с этой стороны припаяны наружные контакты.

Шаг 3 . Заходите в магазин, показываете продавцу старый аккумулятор и просите продать такой же. Продавец, само собой, говорит, что извините, таких батареек нет. Тогда Вы просите его показать все имеющиеся у него модели аккумуляторов, и выбираете из него тот, который совпадает по типу (например, если старый аккумулятор у Вас был Li-Ion, то нужно искать тоже батарейку Li-Ion) и имеет устраивающую вас емкость (измерятеся в милиампер/часах). Чем больше емкость, тем лучше. С напряжением все проще, тут не промахнетесь — все аккумуляторы имеют внутри одну банку с напряжением 3.6 .. 3.7 вольт. Обращайте внимание также на качество упаковки и время выпуска аккумулятора, чем батарейка свежЕе, тем лучше – дольше проработает. Меняйте только Li-Ion на Li-Ion и Li-Polymer на Li-Polymer!

Шаг 4 . Аккуратно разберите новую батарейку, отделите элемент от контроллера. Если можно, постарайтесь отпаять – это упростит подключение элемента к старому контроллеру. У меня отпаять не получилось (место соединения было залито компаундом), и пришлось просто оторвать. После этой процедуры из элемента должны торчать два контакта – плюс и минус, которые надо облудить и припаять затем к старому контроллеру. Внимание! Не перепутайте полярность и не замкните случайно контакты элемента во время пайки.

Мне на этом шаге пришлось столкнуться с небольшой проблемой – положительный контакт элемента был из алюминия и наотрез отказался облуживаться. К тому же он был очень нежным (по сути – толстая фольга) и мог оторваться при любом неосторожном движении. Пришлось придумать, как сделать для него надежный контакт. Выручила старая панелька от DIP микросхем – 2 контакта от неё как раз подошли для этой цели. Они пружинили и хорошо соединялись с контактом элемента, см. фотографии.

Здесь виден энергоноситель, от него уже оторван контроллер. Слева – отрицательный контакт, его удалось облудить. Справа – положительный алюминиевый контакт и контактики от панельки, подготовленные для подсоединения. Чтобы элемент влез в корпус аккумулятора, пришлось слегка его сжать по бокам. Эту операцию надо делать очень осторожно — ни в коем случае нельзя нарушить герметичность аккумулятора (особенно относится к Li-Polymer).

Контакты панельки насажены на контакт элемента.

Потом тонкой облуженной жилкой от провода МГТФ я закрепил контакты и для надежности слегка пропаял, стараясь как можно меньше класть канифоли (чтобы она не попала между контактом элемента и контактами панельки).

Почти готовый аккумулятор. Мягкие синие прокладки (взял амортизационные шайбы от старого CD-ROMа) нужны для того, тобы элемент не болтался в корпусе аккумулятора. Осталось закрыть крышку, и продура завершена. Я не стал приклеивать крышку, а просто примотал её 2 слоями скотча.

«Старичок» с новым аккумулятором — все в порядке!

Это все, что осталось от «донора» — этикетка и выломанный контроллер.

Аккумуляторы

Приобретая мобильный телефон, человек, как правило, меньше всего задумывается над сроком его безотказной работы. А если и задумывается, то связывает его прежде всего с ненадежностью микросхем, радиоэлементов и механическими повреждениями. Исследования показывают, что первое место по отказам занимают элементы питания. В настоящее время в мобильных телефонах используют никель-кадмиевые (NiCd), никель-металл-гидридные (NiMH), литий-ионные (Li-Ion) и литий-полимерные (Li-Polymer) аккумуляторные батареи. Рассмотрим характеристики аккумуляторов.

Емкость аккумулятора

Емкость аккумулятора – максимальное количество электричества, которое можно получить от одной полной зарядки. Обозначается латинской буквой С и выражается в ампер-часах (А-ч) или миллиампер-часах (мА-ч). Так, например, аккумулятор емкостью 720 мА-ч способен отдавать в нагрузку ток 720 мА в течение оного часа или 360 мА в течение двух часов. При этом, конечно, разрядный ток не должен превышать некоторой максимальной силы для конкретного типа аккумулятора, иначе его пластины быстро выйдут из строя.

Внутреннее сопротивление аккумулятора

Чем оно меньше, тем больший ток способен отдать аккумулятор в нагрузку. Это очень важная характеристика. В режиме приема мобильный телефон потребляет небольшой ток. Однако во время разговора ток резко возрастает. В этом случае аккумуляторы с различным внутренним сопротивлением ведут себя по-разному. Никель-кадмиевые, обладающие наименьшим внутренним сопротивлением, легко отдают требуемый ток. Никель-металл-гидридные обладают самым высоким сопротивлением, поэтому дают просадку напряжения, которая может привести к сбоям либо ваш телефон выдаст сигнал, что аккумулятор разряжен. Так как мобильные телефоны в процессе работы потребляют более или менее стабильный ток, то для их питания применяют литий-ионные либо литий-полимерные аккумуляторы. Никель-металл-гидридные применяют при питании устройств, потребляющих стабильный ток.

Плотность энергии (Energy Density) заряженной батареи

Измеряется в ватт-часах, отнесенных к килограмму массы аккумулятора (встречается и к литру объема). Здесь лидируют литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы (110... 160 Вт/кг), заметно уступают им аккумуляторы 100… 130 Вт/кг. Никель-металл-гидридные аккумуляторы имеют этот показатель 60… 120, никель-кадмиевые - 45… 80 Вт х ч/кг. Из сказанного следует, что наименьшими размерами и весом при одинаковой емкости обладают литий-полимерные и литий-ионные аккумуляторы, несколько большими - никель-металл-гидридные. А литий-полимерным аккумуляторам можно придать практически любую форму.

Время заряда аккумулятора

Это довольно важная характеристика, поскольку при интенсивной эксплуатации аккумуляторы мобильных телефонов приходится заряжать почти ежедневно. Варьируется от 1 часа у никель-кадмиевых (при необходимости их можно зарядить за 15 минут) и 2… 4 часов у никель-металл-гидридных, литий-ионных и литий-полимерных.

Номинальное напряжение одного элемента

У никель-кадмиевых и никель-металл-гидридных аккумуляторов номинальное напряжение составляет 1,25 В, у литий-ионных и литий-полимерных - 3,6 В. Причем у первых двух типов напряжение в процессе разряда практически стабильно, в то время как у литий-ионных аккумуляторов в процессе разряда оно линейно снижается от 4,2 до 2,8 В.

Саморазряд аккумулятора

Саморазряд - уменьшение заряда заряженного, но не подключенного к потребителю энергии аккумулятора в процессе его хранения. Для никель-кадмиевых аккумуляторов это одно из слабых мест. У них потеря заряда достигает 10% в первые сутки после зарядки, а затем по 10% в месяц. Примерно такой же показатель и у никель-металл-гидридных аккумуляторов. Вне конкуренции по этому показателю литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы. У них саморазряд не превышает 2 – 5% в месяц, который происходит в основном из-за наличия схем контроля внутри аккумуляторов. Однако ограниченное время «жизни» этих аккумуляторов не дает полностью использовать это положительное качество.

Срок службы

Это одна из важнейших характеристик аккумуляторов, о которой пользователь задумывается почему-то в последнюю очередь. Для аккумуляторов с различной химией он определяется по-разному. Для одних аккумуляторов критичным является общее число рабочих циклов «заряд - разряд», в то время как для других - общее время их эксплуатации.
Никель-кадмиевые аккумуляторы выдерживают более 1500 циклов «заряд - разряд», и как показывает опыт, после восстановления могут проработать еще столько же. При правильном периодическом обслуживании никель-кадмиевые аккумуляторы служат от 5 до 10 и более лет, вплоть до механического износа их корпуса и внутренних контактов.
Никель-металл-гидридные аккумуляторы выдерживают около 500 циклов «заряд - разряд» и срок их службы редко превышает два года даже при весьма аккуратном их обслуживании.
Литий-ионные аккумуляторы можно заряжать-разряжать от 500 до 1000 раз. Но это число циклов полностью выбрать затруднительно из-за короткого срока службы - не более двух лет (по заявлениям производителей). Практически же литий-ионные аккумуляторы теряют свои эксплуатационные качества уже через год.
У литий-полимерных аккумуляторов число циклов «заряд - разряд» колеблется от 300 до 500, и они также редко служат более года. Кроме того, срок службы зависит и от степени разряда - при частичных разрядах он больше, чем при полных.
Никель-кадмиевые аккумуляторы имеют наименьшее время заряда, допускают наибольший ток нагрузки и обладают наименьшим соотношением цена - срок службы, но в то же время они наиболее критичны к точному соблюдению требований по правильной эксплуатации.

Сравнительная характеристика аккумуляторов

Эффект памяти

Это общеизвестная проблема для никель-кадмиевых и никель-металл-гидридных аккумуляторов. Эффект памяти состоит в частичной (временной) потере емкости аккумулятора, если он будет поставлен на зарядку до полного разряда. Аккумулятор как бы помнит точку начала очередного цикла подзарядки и при разрядке активно отдает только полученную во время последней подзарядки емкость. Иными словами, не полностью разряженный аккумулятор помнит свою предыдущую емкость и, будучи снова полностью заряженным, при разряде отдает только такой заряд, какой он отдал в предыдущем цикле разряда. Проявляется в том, что напряжение в цепи нагруженного и, казалось бы, нормально заряженного аккумулятора внезапно, раньше времени, падает. Эффект памяти реально проявляется в том, что в повседневной жизни пользователи редко дожидаются полной разрядки аккумуляторов перед тем, как поставить их на зарядку.
Физическая суть эффекта памяти заключается в том, что при неполном разряде аккумулятора происходит укрупнение частиц рабочего вещества аккумулятора, соответственно общая площадь соприкосновения рабочего вещества с электролитом уменьшается. Вследствие этого всего за несколько месяцев емкость никель-кадмиевого или никель-металл-гидридного аккумулятора может сократиться в несколько раз.
Поэтому весьма важными для этих типов батарей являются периодические обслуживания, которые состоят в полной разрядке, а затем в полной зарядке аккумулятора. Этот процесс принято называть тренировкой аккумулятора. Никель-кадмиевые аккумуляторы требуют ежемесячной тренировки, никель-металл-гидридные - раз в два-три месяца.
При заметном уменьшении емкости никель-кадмиевых и никель-металл-гидридных аккумуляторов их подвергают процедуре восстановления. Она заключается в очень глубоком разряде аккумулятора, дробящем крупные частицы рабочего вещества на более мелкие. Для этого имеется специальное оборудование, к примеру, анализатор аккумуляторных батарей С7000 канадской фирмы CADEX. Литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы не обладают эффектом памяти.

Устройство

Каждый аккумулятор имеет два электрода - положительный и отрицательный. Между электродами помещается разделительный слой, препятствующий разноименным электродам внутри аккумулятора соприкасаться друг с другом. Пространство между электродами заполнено электролитом (кислотным либо щелочным). Электроды могут быть выполнены как чередующиеся пластины.
Вначале аккумуляторы имели пробки, позволявшие стравливать выделяющиеся при заряде газы и сменять электролит. Позднее разработчики придумали изготавливать разные по размерам электроды, что позволило весь выделяющийся газ поглощать непрореагировавшей частью внутри аккумулятора. А это дало возможность производить аккумуляторы в герметичном корпусе.
В корпусах многих моделей аккумуляторов имеется встроенная электроника, не допускающая глубокого разряда, чрезмерного заряда или высокой температуры.

Заряд аккумуляторов

На сегодняшний день применяют три основных метода заряда аккумуляторов:
- нормальный или медленный заряд;
- быстрый заряд;
- скоростной заряд.

Отключение аккумулятора по окончании заряда производится с использованием:
- контроля температуры;
- контроля напряжения заряда;
- контроля спада напряжения заряда;
- контроля тока в конце заряда;
- таймера.

Нормальный или медленный заряд. Этот метод хотя и редко, но применяют для заряда никель-кадмиевых и никель-металл-гидридных аккумуляторов. Он дешевый, но приводит к кристаллизации элементов аккумулятора, что снижает емкость и срок службы. Для заряда литий-ионных и литий полимерных аккумуляторов данный метод применять нельзя, так как происходят необратимые изменения внутренней структуры аккумуляторов.
Зарядное устройство представляет собой источник постоянного напряжения, в выходную цепь которого последовательно включен задающий ток резистор. Зарядный ток аккумуляторов принято численно выражать в частях емкости аккумулятора С. Ток нормального заряда составляет приблизительно 0,1С. Таким образом при емкости аккумулятора 720 мА/час величина 0,1С будет составлять 72 мА.

Быстрый заряд. Используется только для заряда никель-кадмиевых аккумуляторов током 0,5С. Окончание заряда определяется достижением напряжения на аккумуляторе определенной величины.

Скоростной заряд. Характеризуется зарядным током 1С и включает в себя все способы отключения аккумулятора по окончании заряда.
Для заряда никель-кадмиевых и никель-металл-гидридных аккумуляторов применяют метод контроля окончания заряда по резкому незначительному снижению напряжения на аккумуляторе. Его называют отрицательным дельта V-зарядом. Его величина составляет 10…30 мВ на элемент.
Метод контроля температуры использует то, что в конце заряда проходит более интенсивный нагрев аккумулятора, и окончание заряда можно контролировать по скорости изменения температуры. При заряде никель-кадмиевых и никель-металл-гидридных аккумуляторов окончание заряда определяется в том случае, если изменение температуры достигнет 1°С/мин. Абсолютным порогом перегрева считается 60 °С.
Губительное действие на аккумулятор оказывает перезаряд, особенно если по окончании заряда его принудительно отключают, а затем снова подключают к зарядному устройству. При каждой такой операции инициируется цикл скоростного заряда при его высоком начальном токе. Частые подключения устройств, имеющих никель-кадмиевые и никель-металл-гидридные аккумуляторы, к внешним источникам питания значительно сокращают срок службы аккумуляторов.
Зарядные устройства литий-ионных аккумуляторов умеют определять степень заряда аккумулятора.
Особенностью заряда литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов является ограничение напряжения заряда. В настоящее время эти аккумуляторы можно заряжать до 4,20 В. Допустимое отклонение составляет 0,05 В.
При заряде литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов током 1С время заряда составляет 2-3 часа. В процессе заряда они не нагреваются. Аккумулятор достигает состояния полного заряда, когда напряжение на нем достигает 4,20 В + 0,05 В, а ток при этом значительно снижается и составляет примерно 3% от начального тока заряда.

Иногда приходится заряжать полностью разряженные аккумуляторы. В телефоне такой заряд осуществляется автоматически. А если отсутствует зарядное устройство?

При отсутствии специального зарядного устройства заряд аккумуляторов можно осуществить при помощи источника питания с регулируемым на выходе напряжением и максимальным рабочим током 2А и приборами контроля тока и напряжения следующим образом.