Акумулятори.
Оптимальний вибір акумулятора для стільникового телефону
Передмова перекладача
Який акумулятор вибрати для стільникового телефону? Нікель-кадмієвий (NiCd), нікель-метал гідридний (NiMH) або літій-іонний (Li- ion)? А який ємності віддати перевагу? 550 мА, 900 мА або ще більше? Ці питання неминуче встають перед користувачами будь портативної апаратури і відповіді на них не такі прості, як здається на перший погляд. Оптимальний вибір акумулятора вимагає врахування багатьох факторів і природно безпосередньо впливає на надійність зв'язку.
Нижче наведені витяги зі статті пана Isidor Buchmann "CHOOSING A BATTERY THAT WILL LAST", які проливають світло на різні аспекти, пов'язані з прийняттям рішення з цього питання.
З оригіналом статті англійською мовою у форматі .pdf (304 Kb) можна ознайомитися на www.cadex.com . Всі використані матеріали наведені з дозволу автора, глави фірми Cadex Electronics Inc., г-на Isidor Buchmann.
Done with the acknowledge of the Author Isidor Buchmann, CEO of Cadex Electronics Inc., Vancouver, BC [British Columbia], Canada.
Автор: Isidor Buchmann - засновник і CEO (Керуючий Вищого Рангу) Канадської компанії Cadex Electronics Inc ,. in Burnaby (Vancouver) British Columbia, Canada, - кваліфікований фахівець в секторі радіо комунікацій, займався вивченням поведінки акумуляторів протягом майже двох десятиліть. Він - відомий вчений, який представляв свої досягнення на семінарах і конференціях по всьому світу, автор багатьох книг і статей за технологією обслуговування акумуляторів.
Деякі пояснення до статті.
Стаття орієнтована на зарубіжних користувачів, для яких ціна є на мій погляд вторинним фактором, а на перше місце виступає вимога максимальної ефективності при мінімальних габаритах.
Автор справедливо зазначає зневага і недоброякісну рекламу щодо NiCd акумуляторів, які довго і справно виконують свої функції за будь-яких несприятливих умовах і найкраще здатні до відновлення (на мою власного досвіду).
висновки:
Чітко усвідомите для себе зразкові умови експлуатації купується акумулятора: передбачуване ежеднвно кількість часу розмов, режим ведення розмов, вашу особисту здатність до дотримання правил обслуговування акумулятора, наявність запасного акумулятора.
Визначте свої фінансові можливості.
Оцініть критичність габаритних розмірів акумулятора стосовно передбачуваним умовам експлуатації.
І після цього обирайте акумулятор.
ОПТИМАЛЬНИЙ ВИБІР акумулятори
листопад 1998 by Isidor Buchmann
"У чому причина поступового погіршення якості акумуляторів? Механічні пошкодження? Або виною тому хімічні процеси, що відбуваються всередині акумулятора? "- ось питання, яке найбільш часто задають споживачі. Відповідь така: і те, і інше.
Акумулятори відносяться до категорії "швидкопсувних продуктів", початківців втрачати свою якість відразу ж після виготовлення. Швидкість старіння залежить від температури і хімічної природи акумулятора. Подібно стислій пружині, акумулятор прагнути повернутися до свого найнижчого енергетичного стану.
Вихідні передумови для вибору акумуляторів.
Залежно від сфери застосування можливі два підходи до вибору типу акумулятора. У комерційному секторі потрібні невеликі габарити при максимальній енергетичної щільності для можливості роботи без зарядки протягом якомога довшого часу; в промисловому секторі основні вимоги - це надійність і тривалий термін служби.
У комерційному секторі основні сфери застосування акумуляторів - мобільні телефони, портативні комп'ютери та відеокамери. При використанні більш активних речовин в акумуляторах для досягнення менших габаритів і більшої місткості, їх довговічність і здатність віддавати великий струм в навантаження часто приносяться в жертву. В умовах швидко оновлюваних пропозицій на комерційному ринку, термін служби акумуляторів з числом циклів заряду / розряду рівним 300 виявляється досить прийнятним для споживачів. І, як правило, після закінчення терміну служби акумулятор замінюється більш досконалим.
Акумулятори для промислового обладнання розроблені і виготовлені з урахуванням вимоги тривалої роботи. Додатковий фактор, який необхідно враховувати при виборі акумулятора в цій сфері - несприятливий температурний діапазон, в якому обладнання повинно працювати. До промислового обладнання відносяться біомедичні прилади, професійні відеокамери, двосторонні радіостанції, інструменти з електричним приводом, оборонне і авіаційне обладнання. Непередбачене час простою такого обладнання - не стільки дратує, скільки наражає на небезпеку людські життя.
У цій статті наведено оцінку стану нікель-кадмієвих ( NiCd ), Нікель-металгідридних ( NiMH ) І літієво-іонних ( Li-ion ) Акумуляторів в залежності від кількості вироблених циклів заряду / розряду. В рамках цієї залежності досліджені ємність акумулятора, його внутрішній опір і саморозряд .
Випробування проводилися з використанням аналізатора акумуляторів Cadex C7000 в лабораторії компанії Cadex Electronics Inc., Vancouver, Canada. Значення параметрів випробувань встановлювалися відповідно до рекомендованими виробниками акумуляторів.
Акумулятори спочатку повністю заряджалися, а потім розряджалися до напруги закінчення розряду (очевидно до 1 В на елемент. Прим. Перекладача). Внутрішній опір вимірювалося методом OhmTest, що є власністю компанії Cadex. Саморозряд перевірявся шляхом визначення втрати ємності протягом 48 годин. На малюнку 1 наведено алгоритм процедури випробування акумулятора.
Малюнок 1: Послідовність дій при випробуванні акумуляторів
Акумулятори були надані однією з основних американських комунікаційних компаній і призначені для використання в комерційних стільникових телефонах і двосторонніх промислових радіостанціях. Програма випробування передбачала дослідження 53 акумуляторів різних моделей і хімічної природи (структури).
Стан акумулятора в залежності від кількості циклів заряду / розряду
Акумулятор поступово втрачає здатність сприймати заряд в процесі своєї циклічної роботи і старіння. Цей ефект залежить від хімічної природи акумулятора; так наприклад деякі акумулятори призначені для постійної циклічної роботи, інші ж розроблені з метою досягнення максимальної енергетичної щільності. Крім того, на термін служби акумулятора впливають метод заряду, глибина розряду, умови експлуатації і обслуговування. На малюнку 2 приведені порівняльні характеристики NiCd, NiMH і Li-ion акумуляторів з енергетичної щільності, внутрішнього опору, саморазряду і числу циклів заряду / розряду.
Нікель-кадмієві (NiCd)
Нікель - Метал Гідридні (NiMH)
Літій - іонні (Li-ion)
енергетична щільність
4.0 Wh
5.3 Wh
6.6 Wh
внутрішнє сопротівленіе1
100-300 mOm
200-800 mOm
300-500 mOm
Саморозряд за месяц2
20%
30%
10%
Найбільша кількість циклів заряду / розряду
1,5003
5003.4
500-1,0004,5
1. Внутрішній опір акумулятора залежить від ємності елемента і числа елементів акумуляторі, з'єднаних послідовно.
2 Саморозряд найбільш високий в перші 24 години, а потім зменшується. Саморозряд збільшується з підвищенням температури.
3 Найбільша кількість циклів заряду / розряду залежить від умов експлуатації та обслуговування. Відмова від періодичного повного розряду може привести до зменшення кількості циклів заряду / розряду.
4 Найбільша кількість циклів заряду / розряду залежить від глибини розряду. Поверхневий розряд збільшує кількість циклів.
5 Акумулятори схильні до старіння.
Малюнок 2: Порівняльні характеристики NiCd, NiMH і Li- ion акумуляторів з енергетичної щільності, внутрішнього опору, саморазряду і кількості циклів заряду / розряду.
Спостерігалося, що часто "перенапружуючи" акумулятор для досягнення максимальної місткості, швидка зарядка після цього взагалі стає важчою, здатність віддавати в навантаження великий струм зменшується, кількість циклів заряду / розряду - скорочується. Це особливо справедливо для акумуляторів на основі нікелю.
За кількістю циклів заряду / розряду, стандартні NiCd акумулятори найбільш довговічні. На малюнку 3 показані графіки залежності ємності, внутрішнього опору і саморозряду 7.2 V, 900 mA NiCd акумулятора з нормальними елементами (нормальні - це елементи не високої ємності. Прим. Перекладача).
Малюнок 3: Ємність, Внутрішнє Опір і саморозряд 7.2 V, 900 mA NiCd акумулятор з нормальними елементами.
Через обмеженого часу, випробування були закінчені після 2,200 циклів заряду / розряду. Протягом цього періоду, значення ємності досить стійко: спочатку воно трохи вище 100%, а потім злегка опускається нижче 100% після 2,000 циклів. Внутрішній опір постійно і дорівнює 75 мОм, а саморазряд збільшується в міру наближення до 2,000 циклів, але залишається в межах прийнятного діапазону. Акумулятор цього типу отримав маркувальний знак "А" як володіє майже відмінною якістю.
Результати для NiCd акумуляторів з елементами більш високою енергетичною щільністю менш сприятливі, але все ще прийнятні. На малюнку 4 показано стійке зниження ємності від початкового значення в 100% до 70% при 2,000 циклах. У той же самий час, внутрішній опір підвищується від 200 мОм до 255 мОм.
Малюнок 4: Ємність, внутрішній опір і саморозряд 6 V, 700 mA NiCd акумулятора з елементами високої ємності.
Більш серйозна деградація - збільшення саморазряда після 1,000 циклів. Цей призводить до зменшення часу роботи акумулятора, так як деяка частина збереженої енергії безперервно витрачається всередині нього, навіть в разі, коли він не використовується.
На малюнках 5 і 6 наведені характеристики популярного NiMH акумулятора. Хороший стан акумулятора спостерігається при кількості циклів заряду / розряду до 300. Ємність істотно вище, ніж для NiCd акумулятора того ж самого розміру, проте вище і його внутрішній опір. Після 300 циклів стан акумулятора починає швидко погіршуватися.
Малюнок 5: Ємність, внутрішній опір і саморозряд 6 V, 950 mA NiMH акумулятора.
Малюнок 6: Ємність, внутрішній опір і саморозряд 6 V, 750 mA NiMH акумулятора.
Після 700 циклів спостерігається різке збільшення внутрішнього опору і саморозряд. Очевидно, що NiMH акумулятор не призначений для роботи після 400 циклів. Але така тривалість експлуатації акумулятора виявляється прийнятною для багатьох користувачів в обмін на більш тривалий час роботи протягом одного циклу.
Li-ion акумулятор має переваги, яких не мають ні NiCd, ні NiMH акумулятори. На малюнку 7 наведено графіки залежності ємності і внутрішнього опору типового Li-ion акумулятора. Плавне і передбачуване зниження ємності спостерігається після 1,400 циклів, внутрішній опір лише трохи збільшується з 400 мОм до 450 мОм. Через малого значення саморазряд акумулятора не перевірявся.
Хоча Li-ion акумулятори чудово виглядають в порівнянні з NiMH (за габаритами і відсутності ефекту пам'яті, прямуючи. Перекладача), їх внутрішній опір - досить висока і обумовлено тим, що Li-ion акумулятор внутрішньо являє собою один єдиний елемент. У цифрових стільникових телефонах, імпульсний струм викликає певну проблему. Щоб отримати необхідну енергію від одиночного Li-ion елемента з напругою 3.6 вольта, ток повинен бути вдвічі більше, ніж в разі акумулятора з напругою 7.2 вольта.
Малюнок 7: Ємність і внутрішній опір 3. 6 V, 500 mA Li-ion акумулятора.
Крім того, Li-ion акумулятор схильний до старіння, навіть якщо він не використовується. Погіршення ємності спостерігається приблизно після одного року. Після двох років, акумулятор часто стає несправним. Тому не рекомендується зберігати Li-ion акумулятори протягом тривалого часу. Максимально насолоджуйтеся ними, поки вони нові.
Стан акумулятора в залежності від його внутрішнього опору
Споживачі часто і не підозрюють про наявність у акумулятора такого параметра, як його внутрішній опір, або нехтують ним. У той час як внутрішній опір, що вимірюється в мілліомах (мОм, mOm), - це хранитель акумулятора і в значній мірі визначає тривалість його роботи. При більш низькому внутрішньому опорі, акумулятор може віддати в навантаження більший піковий струм, а значить і велику пікову потужність.
Високе значення опору робить акумулятор 'м'яким' і призводить до різкого зменшення напруги при різкому збільшенні струму навантаження. Такий колапс напруги характеризує 'слабкість' зовні хорошого акумулятора, тому що запасена енергія не може бути повністю видана в навантаження (згадайте закон Ома, прямуючи. Перекладача). З іншого боку, 'міцний' акумулятор з низьким внутрішнім опором віддає майже всю свою енергію в навантаження.
Як можна виміряти внутрішній опір акумулятора? Існує багато методів, що дають різні результати. Найбільш відомий - це розряд постійним струмом при одночасному вимірі падіння напруги на акумуляторі. Поділивши напруга на струм, отримаємо значення внутрішнього опору. Інший метод - метод змінного струму, також відомий як метод провідності, дозволяє виміряти електрохімічні характеристики акумулятора на змінному струмі. Таким чином, можуть бути виявлені корозія акумулятора і інші дефекти.
У компанії Cadex, був розроблений імпульсний метод вимірювання внутрішнього опору, який є її власністю. Цей метод, для якого створено нову модифікацію аналізатора C7000 , Полягає в подачі певної кількості імпульсів заряду і розряду при одночасному вимірі зміни напруги на акумуляторі, на основі яких обчислюється внутрішній опір акумулятора. Метод, відомий як OhmTest, дозволяє визначити внутрішній опір акумулятора протягом п'яти секундах без його розрядки.
Малюнок 8: Аналізатор акумуляторів Cadex C7000 дозволяє вимірювати внутрішній опір акумулятора. Вимірювання внутрішнього опору може бути вироблено для швидкої перевірки акумулятора або бути включено до складу програми аналізу / відновлення.
Внутрішній опір акумулятора стало найважливішим параметром при аналізі акумуляторів, особливо для мобільного цифрового обладнання і застосувань, що вимагають великих струмів навантаження. Щоб краще зрозуміти вимоги до цих акумуляторів в процесі експлуатації, треба відзначити, що імпульсний струм маленького акумулятора стільникового телефону досягає 1.7 A в режимі передачі. Дефібрилятори для біомедичних застосувань споживають близько 10 A протягом кількох секунд, а ручні інструменти часто споживають 20 A при важкому навантаженні.
Через великий розкид даних, одержуваних при вимірюванні внутрішнього опору акумулятора, користувач повинен бути знайомий з очікуваними значеннями для даної моделі акумулятора. (Я не бачив поки жодного акумулятора, на етикетці якого поряд з напругою і струмом було б приведено значення його внутрішнього опору. Прим. Перекладача). На значення внутрішнього опору впливають кілька факторів - хімічна природа акумулятора, номінальна ємність, тип елемента, число елементів в акумуляторі, з'єднаних послідовно, електричний монтаж і тип контактів.
Для оцінки отриманих результатів, виміряйте внутрішній опір хорошого акумулятора з відомим станом, і використовуйте ці дані в якості зразка. Надійний електричний контакт акумулятора з аналізатором має істотне значення, так як при поганому контакті виміряне значення внутрішнього опору буде завищеним. Підключення акумуляторів з використанням затискачів типу "крокодил" або довгих проводів не годиться. Слід зазначити, що акумулятор повинен бути, принаймні, на 50% заряджений, для того, щоб отримати правильне значення його внутрішнього опору.
Аналізатор C7000 забезпечує повний аналіз стану акумулятора, включаючи напругу, ємність і внутрішній опір. Крім того, з його допомогою можна швидко протестувати акумулятор шляхом вимірювання його внутрішнього опору. Це вимір дозволяє отримати важливу інформацію щодо стану акумулятора. Через короткої тривалості, за допомогою методу OhmTest можна перевірити велику кількість акумуляторів за короткий проміжок часу.
висновок
Проведені дослідження акумуляторів різної хімічної природи показали, что КОЖЕН вид має свои Переваги, но жоден Повністю НЕ задовольняє поставленим Вимоги. Однако з Великої кількості доступних сегодня різніх відів акумуляторів, всегда можна вібрато один, найбільш задовольняє конкретної області! Застосування. Неухильного мініатюрізація веде до Зменшення Розмірів акумулятора и більш трівалого годині їх роботи. Це робить акумулятори більш привабливими, але вимагає додаткових витрат з боку користувача.
З появою акумуляторів нових хімічних структур, спостерігається тенденція відмови від старих і перевірених типів. Так, NiCd акумулятори фактично втратили популярність серед комерційних користувачів, частково це сталося через негативної реклами властивого їм ефекту пам'яті і щодо шкідливого їх вмісту в разі утилізації.
NiMH акумулятори, піднесені користувачам як акумулятори чудової якості, не забезпечили вирішення проблеми акумуляторів для двадцять першого століття. Термін служби цих акумуляторів, який опинився коротше очікуваного, залишається головною претензією користувачів.
Буде справедливо відзначити, що в даний час найбільш яскравою зіркою є Li-ion акумулятори. Вони володіють багатьма перевагами в порівнянні з акумуляторами на основі нікелю. Однак, Li-ion акумулятори мають внутрішню схему захисту, яка запобігає великий струм навантаження з міркувань безпеки. Для них характерний також ефект старіння, який накладає обмеження для деяких областей застосування.
Нові літієві полімерні системи в своєму розвитку поки не подолали недоліки Li-ion акумуляторів. Обмежена кількість циклів заряду / розряду і високий внутрішній опір - головні їх недоліки. Однак у зв'язку з швидкими сьогоднішніми досягненнями в технології акумуляторів, знову розробляються системи акумуляторів можуть скоро стати доступними, що, безумовно, змінить умови, в яких ми працюємо і живемо
Переклад і технічне редагування Володимира Васильєва
Нікель-кадмієвий (NiCd), нікель-метал гідридний (NiMH) або літій-іонний (Li- ion)?А який ємності віддати перевагу?
МА, 900 мА або ще більше?
Механічні пошкодження?
Або виною тому хімічні процеси, що відбуваються всередині акумулятора?
Як можна виміряти внутрішній опір акумулятора?
