Из чего делают аккумуляторы для телефонов

Что внутри аккумулятора телефона? Наглядно

При недавнем добавлении новых разделов сайта нашего интернет-магазина Neovolt.ru, посвящённых замене элементов питания на нашем производственном предприятии, появилась идея сделать простые схемы устройства аккумуляторов для иллюстрирования материалов.

Несложная с виду идея вылилась в многочасовую проверку возможных изобретений новых вариантов конструкций, в перелопачивание тонны публикаций на BatteryUniversity, в общение с экспертами и инженерами на Quora и в Reddit по материалам в сепараторах и проводниках, чтобы ничего не упустить из внимания.

Получился огромный материал, который в дальнейшем пришлось сократить, иначе можно книгу написать. Результатом делимся с вами.

→ О принципах выбора ёмкости, определения ремонтопригодности, формы и размеров аккумулятора смартфона — в исследовании Карстена Шишке.

Что внутри аккумулятора смартфона

Батареи литий-ионного или литий-полимерного типа работают с помощью химических реакций, которые «отправляют» электроны и ионы с одного электрода на другой. Вот, как всё выглядит, когда наш инженер разбирает внешнюю часть корпуса аккумулятора, например, Samsung Galaxy S9 или любого другого смартфона после извлечения из устройства.

Устройство аккумулятора телефона/смартфона:

(1) Соединительный элемент подключает аккумулятор к системной плате смартфона (в несъёмной конструкции) или к контактам на внешнем корпусе батареи (в съёмной конструкции).

• • Он может быть в виде многожильного провода (как на схеме) или в виде шлейфа.
• • Шлейф имеет гибкую (как у iPhone 6) или формованную (как у Galaxy S8 Plus) основу.
• • У соединительного кабеля чаще всего есть коннектор с несколькими контактами (от двух до пяти).
• • В редких старых или бюджетных смартфонах соединение с системной платой выполняется не через разъём, а методом пайки (у нас есть пример такого соединения в инструкции разборки iPod Touch 6).

(2) — Плата системы управления аккумулятором (Battery Management System, BMS). На неё устанавливается логика работы батареи и предохранитель.

→ Узнайте, как устроена BMS-плата и все подробности по её функциональной роли в телефоне.

(3) и (4) — Положительный и отрицательные выводы питания для работы в электрической цепи.

(5) и (7) — Электродные материалы размещаются на тонкой металлической основе, напоминающей фольгу. Она собирает электроны и передаёт их из батареи к устройству.

Электроды не способны хранить много энергии в ограниченной зоне.

Поэтому нужны длинные скрутки таких полос, чтобы аккумулятор смог обеспечить смартфон необходимой энергией. Их количество и размеры влияют на конечную ёмкость и габариты батареи. Кстати, мы уже рассказывали, по какому принципу производители выбирают и проектируют аккумулятор в процессе разработки очередного смартфона.

(6) и (8) — Сепаратор препятствует электрической проводимости между электродными материалами (катодом и анодом) в пределах тока, который должен проходить через сепаратор в процессе движения ионов от катода к аноду (во время заряда) и обратно (во время разряда).

С превышением температуры (выше 130°C) материал плавится и закрывает поры во избежания дальнейшей катализации химической реакции и взрыва аккумулятора.

В большинстве смартфонов сепаратор однослойный из полиэтиленового материала, пропитанного электролитом.

Хотя последнее время в применение вошли сепараторы трёхслойной «гамбургерной» конструкции для более надёжной работы аккумулятора в условиях повышенной нагрузки:

• • Полипропилен (стойкость +155°C)
• • Полиэтилен (стойкость +130°C)
• • Полипропилен (стойкость +155°C)

(9) — Корпус аккумулятора представляет собой термостойкий материал с достаточной прочностью, чтобы выдерживать небольшие физические воздействия (например, от стягивания внутренних комплектующих смартфона).

В съёмной конструкции размещается в ударостойкую оболочку с контактной площадкой.

Это нужно для удобного и, главное, безопасного хранения вне мобильного устройства (из-за чего превышает габариты несъёмного аккумулятора аналогичных технических характеристик). Может иметь разные виды материалов, выбор которых зависит от производителя.

Вы помогаете наполнять базу знаний Neovolt без ошибок и упущений. Пишите в комментарии предложения, свои взгляды и замечания — мы их читаем все без исключения. Или отправьте сообщение нам ВКонтакте @NeovoltRu.

Подпишитесь в группе на новости из мира гаджетов, узнайте об улучшении их автономности и прогрессе в научных исследованиях аккумуляторов. Подключайтесь к нам в Facebook и Twitter. Мы также ведём насыщенный блог в «Дзене» и на Medium — заходите посмотреть.

Аккумуляторные батареи для мобильных телефонов

Данная статья посвящена аккумулятором, применяемых в качестве элементов питания в сотовых телефонах. Однако общие эксплутационные характеристики применимы и для аккумуляторов, используемых в другой технике.

1. Виды аккумуляторов.

В современной промышленности применяются батареи, основанные на различных химических реакциях. Рассмотрим некоторые из них:

• Никель-кадмиевые (NiCd) (nickel cadmium)
• Никель-металл гидридные (NiMH) (nickel metal-hydride)
• Литий-ионные (Li-Ion) (lithium ion)

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.

2. Никель-кадмиевые (NiCd) аккумуляторы.

Внутреннее сопротивление	150 — 400 mOm.
Энергетическая плотность	> 4 Wh
Степень саморазряда первые 7 дней	> 15%
Степень саморазряда за первый месяц	> 20%
Номинальное количество циклов заряда/разряда	> 1000
Максимальное количество циклов заряда/разряда	> 2500
Срок хранения нового аккумулятора	до 4х лет.
Cрок службы	ограничен кол-вом циклов зар./разр.

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.

3. Никель-металл гидридные (NiMH) аккумуляторы.

Технические характеристики:

Внутреннее сопротивление	250 — 700 mOm
Энергетическая плотность	> 5,5 Wh
Степень саморазряда первые 7 дней	> 15%
Степень саморазряда	> 30%
Номинальное количество циклов заряда/разряда за первый месяц	> 350
Максимальное количество циклов заряда/разряда	> 800
Срок хранения нового аккумулятора	до 4х лет
Cрок службы	ограничен кол-вом циклов зар./разр.

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.

4. Литий-ионные (Li-Ion) аккумуляторы.

Технические характеристики:

Внутреннее сопротивление	300 — 600 mOm.
Энергетическая плотность	> 6,5 Wh
Степень саморазряда	пренебрежимо мала (> 3% в месяц.)
Номинальное количество циклов заряда/разряда	> 1000.
Максимальное количество циклов заряда/разряда	> 2000.
Срок хранения нового аккумулятора	около года.
Cрок службы	около полутора лет.

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.

5. 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.

6. 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.

Рекомендуется пользоваться именно данным методом.

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.

7. 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.)

8. Аккумуляторы, бывшие в употреблении.

Я бы не рекомендовал 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.

9. Выводы.

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.

Аккумуляторы для телефонов и смартфонов — типы и характеристики

Вне зависимости от характеристик, типа, ёмкости, конструкции, аккумулятор — это единственный источник энергии мобильного устройства.

Производители смартфонов и телефонов прекрасно знают, какой должна быть перезаряжаемая батарея в той или иной модели, ориентируясь на цели её использования.

Невзирая на колоссальный опыт и финансовые возможности, даже крупные корпорации могут ошибаться при создании элемента питания. Вспомните скандально известную историю со взрывающимися аккумуляторами Samsung Galaxy Note 7. Идея угловатой конструкции обернулась риском микроповреждений оболочки и смешиванием химических элементов, что в некоторых ситуациях приводит к воспламенению.

Как вы понимаете, техническая часть вопроса стоит даже не о том, насколько эффективным может быть определённый тип аккумулятора, сколько вообще целесообразно и безопасно применять выбранную разновидность в конкретной концепции. Отсюда и появляется разношёрстный выбор телефонов с отличающимися характеристиками батареи.

Предлагаем разобраться в разнице между ними коротко и ясно.

Коммерческие типы аккумуляторов в телефонах и смартфонах

Всего существует около десятка разновидностей аккумуляторов для коммерческой эксплуатации. Но есть также и те, что находятся в разработке, исследуются и готовятся заменить собой устаревающие типы в ближайшие годы. Мы рассмотрим те из них, которые сейчас встречаются в телефонах и смартфонах прежних и новых поколений.

Список типов аккумуляторов по убыванию популярности применения в мобильных устройствах:
1. Li-Ion — литий-ионный (иногда называют литиево-ионный).
2. Li-Po, Li-Pol, Li-Poly — литий-полимерный (также литиево-полимерный).
3. NiCd, Ni-Cd — никель-кадмиевый.
4. NiMH, Ni-MH — никель-металл-гидридный (никель-металлгидридный).

Перезаряжаемые батареи Ni-Cd или Ni-MH вы встретите в основном в бытовых устройствах, в старых телефонах или в специализированных коммуникаторах для промышленной эксплуатации. Почти все современные смартфоны оснащены Li-Ion батареями. Аккумулятор Li-Poly — это относительно новый тип, который появился позднее остальных и распространён в определённых сегментах электроники.

Смартфоны и телефоны с литий-ионным аккумулятором

Общие характеристики:
• плотность вмещаемой энергии — 125-200 Втч/кг;
• число циклов — до 1000;
• саморазряд — 10% в месяц;
• напряжение — 3.6В;
• температуры эксплуатации — +60…-20°C;
• эффект памяти — отсутствует (не требует «тренировки» и «калибровки»);
• сбалансированная стоимость производства.

Литий-ионные (Li-Ion) аккумуляторы доминируют в области носимых гаджетов, смартфонов, телефонов, ноутбуков и других автономных устройств.

Высокая плотность запасаемой энергии при компактных размерах, гарантированный срок службы в течение полутора лет при активной эксплуатации.

Это вписывается в общую картину ежегодного выпуска новых моделей потребительской электроники. Однако конструктивные недостатки и особенности привели к появлению усовершенствованного последователя.

Смартфоны и телефоны с литий-полимерным аккумулятором

Общие характеристики:
• плотность вмещаемой энергии — до 250 Втч/кг;
• число циклов — до 5000;
• саморазряд — 3-5% в месяц;
• напряжение — 2.7В;
• температуры эксплуатации — +60…-20°C (допустимо при -40°C);
• эффект памяти — отсутствует (без «тренировки» и «калибровки»);
• высокая стоимость производства.

Литий-полимерные (Li-Poly) аккумуляторы уже давно должны были вытеснить с рынка литий-ионных предшественников. Слабая промышленная база и невысокая распространённость делают этот тип более дорогим при использовании в мобильной отрасли.

В последние годы использовать Li-Poly становится намного эффективнее в телефонах.

У таких элементов есть способность принимать смелые формы, заполнять больше пространства внутри корпуса и предлагать увеличенные ёмкости в сравнении с Li-Ion. А ещё они обеспечивают куда лучший уровень безопасности.

Смартфоны и телефоны с никель-кадмиевым аккумулятором

Общие характеристики:
• плотность вмещаемой энергии — до 60 Втч/кг;
• число циклов — до 1500;
• саморазряд — 20% в месяц;
• напряжение — 1.25В;
• температуры эксплуатации — +60…-40°C;
• эффект памяти — есть («калибровка» каждые 30 дней);
• самая низкая стоимость производства.

Никель-кадмиевые (NiCd) аккумуляторы повсеместно применялись в 1990-х и в начале 2000-х годов для создания автономных телефонов, радиостанций, ноутбуков, камер и так далее. Этот тип батареи остаётся популярным и до сих пор в отдельных категориях бытовых и промышленных устройств.

NiCd быстро заряжается, допускает большие токи и выдерживает суровый климат, что особенно ценится в индустриальной и строительной сферах.

Значительные эксплуатационные недостатки, включая заметный саморазряд и пресловутый «эффект памяти» (уменьшение ёмкости без обслуживания в виде тренировочных циклов подзарядки), заставили производителей потребительских телефонов перейти на другие технологии.

Смартфоны и телефоны с никель-металлгидридным аккумулятором

Общие характеристики:
• плотность вмещаемой энергии — до 80 Втч/кг;
• число циклов — до 500 (меньше всех);
• саморазряд — 30% в месяц (быстрее всех);
• напряжение — 1.25В;
• температуры эксплуатации — +60…-20°C;
• эффект памяти — есть (тренировочные циклы через 90 дней);
• стоимость производства, как у Li-Ion.

Никель-металлгидридный (Ni-MH) аккумулятор был создан для усовершенствования характеристик батарей типа Ni-CD, предложив экологически чистое производство и меньшую зависимость от «эффекта памяти».

На поверку технология Ni-MH оказалась нестабильной (меньше служит) и значительно более дорогой в производстве, что сыграло негативную роль в популярности такого типа батарей.

Сегодня Ni-MH продолжает совершенствоваться — совсем недавно Panasonic предложила элементы питания с увеличением ёмкости и расширенным диапазоном эксплуатационных температур. Со временем они смогут вытеснить NiCd-аккумуляторы в электромобилях и промышленности, но не в потребительской электронике, где за первенство сейчас сражаются литий-металлические, протонные и литиево-серные батареи будущего.

Аккумуляторы для мобильных устройств — разновидности, сравнительные характеристики

Никель-кадмиевый, никель-металлгидридный или литий-ионный? А может быть лучше приобрести литий-полимерный аккумулятор? А какой дольше работает? А с каким меньше хлопот? Слышал, Моторола разработала какие-то новые топливные элементы, в которые что-то заливается. Случайно не бензин? Вопросы, вопросы, вопросы…

Попробуем разобраться по порядку.

Типы аккумуляторов

На сегодняшний день для питания мобильных устройств, портативных компьютеров и оборудования наиболее широко применяются аккумуляторы следующих электрохимических систем: герметичные свинцово-кислотные (SLA), никель-кадмиевые (NiCd), никель-металлгидридные (NiMH) и литий-ионные (Li-ion). Постепенно начинают завоевывать позиции в сфере сотовых телефонов и портативных компьютеров литий-полимерные (Li-Pol) аккумуляторы. Ведутся разработки в области топливных элементов и некоторых других перспективных технологий изготовления аккумуляторов [4].

Технические характеристики основных типов аккумуляторов приведены в таблице 1 [3] с разрешения компании Landata [2].

Таблица 1. Разновидности аккумуляторов по электрохимической системе

Наименование параметра
Тип электрохимической системы
SLA
NiCd
NiMH
Li-ion
Li-Polimer
Нет данных
Нет данных
Очень низкая
Нет данных
Нет данных
Нет данных
Не требуется
Нет данных

1. При правильном и регулярном обслуживании число рабочих циклов заряд /может достигать 4000 вместо 1500 циклов, гарантируемых производителем. Без проведения тренировочных циклов число рабочих циклов может уменьшиться более чем в три раза.
2. Число рабочих циклов зависит от глубины разряда. Малая глубина разряда обеспечивает большее количество циклов.
3. Саморазряд практически прекращается на вторые сутки после полного заряда аккумулятора. Саморазряд NiCd аккумуляторов составляет 10% в течение первых 24 часов, затем снижается до 10% в месяц. Саморазряд увеличивается при увеличении температуры.
4. Встроенная в аккумулятор схема защиты потребляет около 3% в месяц.
5. 1,25 вольта — значение напряжения одного элемента, 1,2 вольта — часто встречается в литературе и описаниях. Оба значения относятся к одному типу элемента .
6. 2,5-3,0 вольта в зависимости от материала положительного электрода.
7. Относится только к разряду; диапазон температур заряда более ограничен.
8. Стоимость приведена на 1999 год.

Каждому типу аккумуляторов свойственны определенные достоинства и недостатки. Рассмотрим и те, и другие подробнее.

SLA аккумуляторы

Область применения — блоки бесперебойного питания (UPS), системы охранной сигнализации, устройства железнодорожной автоматики и связи, инвалидные коляски, резервное освещение. Ранее этими аккумуляторами комплектовались некоторые модели переносных сотовых телефонов и видеокамер. В целом можно сказать, что SLA аккумуляторы обычно используются в тех случаях, когда требуется большая мощность, минимальная стоимость, а габариты и вес не критичны. Диапазон значений емкости для портативных приборов лежит в пределах от 1 до 30 А·час. Поскольку в современных мобильных устройствах эти аккумуляторы на данный момент практически не применяются, то всех интересующихся вопросами по SLA аккумуляторам отправляю на [3].

NiCd аккумуляторы

Область применения: сотовые телефоны, обычные и транковые радиостанции, домашние радиотелефоны, переносные компьютеры, видеокамеры, ручные мощные электроинструменты, медицинские приборы, разнообразное производственное оборудование. Новые модели сотовых телефонов и портативных компьютеров этими аккумуляторами уже не комплектуются. Но в транковых и обычных радиостанциях по-прежнему широко распространены.

• Быстрый и простой метод заряда. NiCd аккумулятор допускает заряд током, численно равным его номинальной емкости и более. Таким образом, вполне реально зарядить аккумулятор за один час. А если вдруг потребуется еще большая скорость заряда, то можно использовать ток заряда вдвое и втрое превышающий значение номинальной емкости. Однако не стоит этим злоупотреблять. Кроме того, при быстром заряде требуется использование специальных зарядных устройств, определяющих момент полного заряда аккумулятора и прекращающих быстрый заряд.
• Для них предпочтителен импульсный метод заряда по сравнению с зарядом постоянным током. Улучшение эффективности достигается распределением импульсов разряда между импульсами заряда. Этот метод заряда, обычно называемый реверсивным, поддерживает высокую площадь активной поверхности электродов, увеличивая эффективность и срок эксплуатации аккумулятора. Реверсивный заряд также улучшает быстрый заряд, т. к. помогает рекомбинации газов, выделяющихся во время заряда. В результате — аккумулятор меньше нагревается и более эффективно заряжается по сравнению со стандартным методом заряда постоянным током.
• Способность отдавать в нагрузку большой ток
• Длительный срок службы при соблюдении условий эксплуатации и периодического обслуживания.
• Слабая чувствительность к неправильной эксплуатации, легкое восстановление при понижении емкости и после длительного хранения (от 60 до 70% аккумуляторов, признанных негодными, могут быть восстановлены для полноценной эксплуатации). Восстановление аккумулятора реализуется путем его разряда по специальному алгоритму до напряжения 0,4 вольта на элемент. Цикл восстановления применяется в случае, если тренировочные циклы не помогают.
• Низкая цена.

• Необходимость периодического обслуживания для устранения «эффекта памяти». Под «эффектом памяти» понимается укрупнение кристаллических образований рабочего вещества аккумулятора и, как следствие, уменьшение площади активной поверхности и реальной емкости аккумулятора. Под обслуживанием (тренировочными циклами) понимается периодический разряд аккумуляторов до напряжения 1 вольт на элемент, в результате которого происходит разукрупнение кристаллических образований и увеличение реальной емкости аккумулятора.
• Высокий саморазряд (до 10% в течение первых 24-х часов и до 20 % в первый месяц после заряда).
• Большие габариты и вес по сравнению с аккумуляторами других типов.
• Аккумулятор содержит кадмий и требует специальной утилизации, поэтому в некоторых странах по этой причине уже запрещен для эксплуатации.

NiMH аккумуляторы

В недалеком прошлом NiMH аккумуляторы пришли на смену NiCd. Однако их шумно разрекламированные преимущества не обеспечили 100% удовлетворение запросов пользователей, главным образом из-за сокращенного срока службы.

Характерные особенности NiMH аккумуляторов.

• Плотность электрической энергии примерно на 30-50% больше, чем у NiCd аккумуляторов и, соответственно, меньше габариты и вес.
• Для них предпочтителен скорее поверхностный, чем глубокий разряд и срок их службы непосредственно связан с глубиной разряда.
• NiMH аккумуляторы по сравнению с NiCd выделяют значительно большее количество тепла во время заряда и требуют реализации более сложного алгоритма для обнаружения момента полного заряда. Как правило, они содержат внутренний температурный датчик для получения дополнительного критерия обнаружения полного заряда.
• NiMH аккумулятор не может заряжаться так быстро, как NiCd. Время заряда — обычно вдвое больше, чем у NiCd. Рекомендуемый ток разряда от одной пятой до половины значения номинальной емкости.
• Меньшая склонность к «эффекту памяти» (можно даже сказать, что аккумулятор просто не успевает его приобрести).
• Экологически чистая технология изготовления.
• Малое число циклов заряда / разряда.
• Высокий саморазряд (до 30% в месяц).

Li-ion аккумуляторы

Область применения: сотовые телефоны и всякого рода переносные компьютеры. По данным экспертов корпорации Varta уже в ближайшее время Li-ion аккумуляторы начнут вытеснять с этого рынка не только NiCd, но и NiMH аккумуляторы. Конструктивно этот тип аккумуляторов содержит внутреннюю схему управления и защиты, призванную ограничить пиковое напряжение каждого элемента во время заряда и предотвратить понижение напряжения элемента при разряде ниже допустимого уровня. Кроме того, для обеспечения безопасности при их эксплуатации должен быть ограничен максимальный ток заряда и разряда и должна контролироваться температура элемента.

• Высокая плотность электрической энергии, малые габариты и вес.
• Низкий саморазряд (примерно 3-5% в первый месяц, затем уменьшение до 1-3% в месяц, дополнительно около 3% в месяц потребляет схема управления).
• Отсутствие какого-либо обслуживания в течение всего срока эксплуатации.

• Высокая цена.
• Необходимость хранения в заряженном состоянии.
• Подверженность процессу старения, даже если аккумулятор не используется. Ухудшение емкости наблюдается примерно после одного года с момента изготовления. После двух лет, аккумулятор часто становится неисправным. Не рекомендуется хранить Li-ion аккумуляторы в течение длительного времени. Наслаждайтесь ими, пока они новые.
• Хочу заметить, что вследствие разного напряжения единичных элементов аккумуляторов на основе никеля и литий-ионных аккумуляторов (1,2 и 3,6 вольта соответственно), замена одних на другие не всегда возможна. Например, в сотовых телефонах с напряжением 4,8 вольта. Кроме того, эти аккумуляторы требуют разных типы зарядных устройств.

Li-Pol аккумуляторы

Литий-полимерные аккумуляторы (Li-pol) — следующий этап в развитии литиевой технологии. Потенциально они менее дороги, чем Li-ion аккумуляторы. Но как любой новый продукт, не достигший массового применения, Li-pol аккумуляторы наиболее дороги на данный момент.

Область применения: сотовые телефоны и переносные компьютеры. Полные данные о параметрах аккумулятора пока не известны. Можно отметить только пока малое, в сравнении с другими типами аккумуляторов, число циклов заряда / разряда и небольшой ток нагрузки. Однако имеется преимущество в конструктивном исполнении. Технология их производства допускает изготовление в различных пластичных геометрических формах, нетрадиционных для обычных аккумуляторов, в том числе достаточно тонких по толщине, и способных заполнять любое свободное место в устройстве.

Итак, мы рассмотрели основные характеристики наиболее распространенных видов аккумуляторов в хронологическом порядке их появления на рынке. Именно в таком порядке они и сменяли и сменяют друг друга в мобильных устройствах и портативных компьютерах. Однако не следует списывать «старичков» со счета раньше времени. Во многих устройствах они продолжают исправно и надежно работать. Их технологию производства, конструкцию и сервисные элементы продолжают совершенствовать. Например, в видеокамерах. Впрочем, это предмет отдельного разговора, и достаточно подробно он освещен в информационно-техническом журнале «625». Тема номера журнала — аккумуляторы для профессиональных видеокамер и зарядные устройства к ним. Цикл статей, хотя и специфичен, но интересен и, безусловно, будет полезен всем, кого интересуют вопросы и проблемы эксплуатации аккумуляторов. В электронном виде со статьями можно познакомиться на [3].

Любопытные сведения по аккумуляторам приведены в [5], а химическим источникам тока и аккумуляторам посвящены две статьи в журнале Электронная промышленность [6].

При написании статьи использованы материалы, любезно предоставленные г-ном Isidor Buchmann, основателем и главой Канадской компании Cadex Electronics Inc. [1], а также компанией Landata, г. Москва [2].

Более подробная информация на русском языке об аккумуляторах для мобильной техники связи, компьютеров и других портативных приборов, советы по эксплуатации и обслуживанию приведены в [3].

ССЫЛКИ

1. http://www.cadex.com — Cadex Electronics Inc., Vancouver, BC [British Columbia], Canada — разработчик и производитель зарядных устройств, анализаторов и систем обслуживания аккумуляторов.
2. http://www.landata.ru/kip/catalog.htm — авторизованный и эксклюзивный дистрибьютор фирмы Cadex Electronics Inc. в России.
3. http://www.mari-el.ru/marmobile/battery/ — акумуляторы для мобильных устройств и портативных компьютеров. Анализаторы аккумуляторов.
4. Андрей Борзенко borz@pcweek.ru Аккумуляторы для мобильных устройств PC Week/RE #23 (245), 4-10 июля 2000, http://www.pcweek.ru/.
5. Аккумуляторы и аксессуары к ним, журнал «625», #7, 2000, http://www.625-net.ru/.
6. Электронная промышленность #4, 2000, с 54-67.