В днешно време всяко семейство разполага с голям брой електронни устройства в употреба. Телефони, смартфони, фенерчета, таблети, играчки за деца от всички възрасти и много други домакински уреди трябва да се захранват от преносими източници на енергия: батерии или акумулатори.

Захранващите устройства са проектирани да издържат дълго време, но могат бързо да се повредят поради небрежност. За да се възползвате максимално от ресурса на производителя, вложен в тях, препоръчваме да се запознаете с характеристиките на работата на батерии с различни конструкции, правилата за тяхното зареждане и безопасна работа.

Най-нетърпеливите читатели могат да преминат направо към правилата за зареждане, препоръчани от фабриката. Те са посочени в края. Въпреки това, последователното четене на материала ще ви позволи да разберете по-добре техните характеристики и да ги приложите правилно на практика.

Как работи и работи батерията

Цялата широка гама батерийни продукти работи на същия принцип на преобразуване на енергията на химичните процеси в електрическа енергия. За неговия поток е създаден специален дизайн.

Принципи на проектиране на батерията

Затворен съд, наречен буркан, се пълни с електролит. В него се поставят две отделни пластини от различни метали, наречени електроди. Те образуват разлика в електрическите потенциали, която е в състояние да върши полезна работа.

За да се увеличи мощността на енергията, банките с плочи са направени по-големи или свързани в паралелни вериги. За повишаване изходно напрежениете са свързани последователно. Такива структури се наричат ​​батерии.

Класификация

Според вида на електролита батериите се делят на:

• течност;
• гел.

от характеристики на дизайнаТечните батерии се делят на:

• киселина;
• алкален;
• физиологичен разтвор.

Конструкции киселинни батериисе използват сравнително рядко. Те могат да бъдат намерени в бюджетни модели фенери, където работят заедно със зарядно устройство.

Алкалният тип батерии обикновено са с големи размери. Преди това те са били използвани за осветление в преносими фенери, но сега такива конструкции не са удобни за работа и са престанали да се използват.

AT мобилни устройстваза домашна употреба, популярни модели батерии:

• оловна киселина (Pb+H 2 SO 4);
• никел-кадмиев (Ni-Cd);
• никел-цинк (Ni-Zn);
• никел метал хидрид (Ni-Mh);
• литиево-йонни (Li-ion);
• литиев полимер (Li-Pol)

Дизайнерски характеристики на различни модели

Типично устройство на батерия от батерии, състоящо се от отделни кутии с набор от положителни и отрицателни плочи, поставени в тях, последователността на тяхното подреждане може да се наблюдава на примера на киселинна батерия.

Дизайните на цилиндрични или "пръстови" модели са представени като разрез за литиево-йонна батерия с обяснителни надписи за всеки слой.

Външен вид на батериите

Размерите и формата на токоизточниците са предвидени за удобното им разположение в гнездата на мобилни устройства, надеждно захранване на потребителите и възможност за бързо зареждане.

Батериите могат да бъдат с цилиндрична или таблетна форма, както е показано на снимката за обикновени никел-кадмиеви устройства, които се сглобяват в блокове със специални джъмпери.

Когато според условията на работа е за предпочитане захранването да се получава от един блок, тогава се създава общ корпус. В него са вградени отделни пръстови елементи, които поради паралелното и последователното си свързване осигуряват изходни характеристики за ток и напрежение.

Този принцип е заложен при създаването на батерия за лаптоп.

За мобилни устройства с малък размер батериите се създават под формата на малък паралелепипед със заоблени ръбове. На една от крайните страни са монтирани месингови подложки, които осигуряват създаването на електрически контакт за източника и консуматорите на ток.

Принципът на преобразуване на химическата енергия в електрическа енергия, който ни интересува, е обяснен от снимката.

Протича окислително-възстановителна химична реакция между две съседни вещества с избрани свойства. Той е придружен от освобождаване на електрони и йони, които, както знаете, образуват електрически ток при движение.

За да могат движещите се заряди да създават електрически потенциали, а не само да отделят топлина в околната среда, когато окислител се смеси с редуциращ агент, е необходимо да се създадат условия за това.

Тези цели са:

• анод (положителен заряд), който извършва окислителна реакция;
• катодно редуциращо вещество;
• електролит, който провежда ток по време на дисоциацията на работната среда на катиони и аниони.

Анодът и катодът са поставени в раздалечени съдове, които са свързани чрез солен мост. Анионите и катионите се движат по него, създавайки вътрешна верига на батерията. Външната верига се формира чрез свързване на потребителя към входа, например волтметър или друг товар.

На анода и катода има постоянен преход на електрони и йони към електролита и обратно. Във вътрешното веригата вървидвижението на зарядите през солевия мост, а във външния тече ток от анода към катода.

Този принцип е основен за зареждане и разреждане на всички модели химически източници на ток.

Как работи никел-кадмиевата батерия?

Има само два вида работа:

1. освобождаване от отговорност;
2. зареждане.

Възможно е да се отдели друг режим на съхранение, но е по-правилно да се припише на категорията, която те се опитват да ограничат колкото е възможно повече, въпреки че не може да бъде напълно избегната.

Цикъл на разреждане

Енергията, натрупана върху електродите, когато към тях е свързан товар, създава електрически ток във външната верига.

Анодът в никел-кадмиевата батерия е никелови оксиди с включвания на графитни частици, които намаляват общото електрическо съпротивление. Като катод се използва гъбест кадмий.

По време на разреждането от състава на никелови оксиди се освобождават активни кислородни молекули, които влизат в електролита и по-нататък върху кадмия, окислявайки го.

цикъл на зареждане

Обичайно е да се извършва с отстранен товар. След това можете да използвате зарядно с по-малко мощност.

Поляритетът на клемите на зарядното устройство и батерията трябва да съвпада, а външното захранване трябва да надвишава вътрешното. След това под въздействието на външен източник вътре в батерията се образува ток с посока, обратна на разряда.

Той пренасочва хода на химичните процеси в контейнера на кутията, обогатява анода с кислород и възстановява кадмия на катода.

Как работи литиево-йонната батерия

Въглероден анод и катод, направени от метални оксиди, съдържащи литий, например съставът на LiMn 2 O 4, са потопени в органичен електролит.

В него се движат положително заредените Li+ йони. В този случай самият литий не преминава в метално състояние, но се създава обмен на неговите йони между електродните плочи. Поради тази причина батериите се наричат ​​литиево-йонни.

цикъл на зареждане

Литиевите йони се изтеглят (процес на деинтеркалация) от катода, съдържащ литий, и се въвеждат в анода (интеркалация).

Цикъл на разреждане

Движението на йони протича в посока, обратна на заряда, а електроните от анода се придвижват към катода и образуват електрически ток.

Ако сравним принципите на работа на батерия с всякакъв дизайн, тогава можем да наблюдаваме общия модел на движение на йони между електродите по вътрешната верига и електрони по външната верига при създаване на вериги за зареждане и разреждане.

Производителност на батерията

Работно напрежение

Стойността му се определя на отворени клеми с волтметър при оптимален заряд. В процеса на работа постепенно намалява.

Капацитет на батерията

Характеристика, показваща количеството ток в милиампери или ампери, което батерията може да достави за период от време, изразен в часове.

Мощност

Параметър, който отчита способността на батерията да върши работа за единица време.

Как работи зарядното устройство за батерии на мобилни устройства

Сега всички скъпи електронни устройства се доставят със собствени захранващи и зареждащи устройства.

За да възстановите производителността на батериите, използвани поотделно, отделете устройство за зареждане. Те са придружени от инструкции и таблици, посочващи препоръчителната продължителност на технологичния цикъл.

Такива модели обикновено издават стабилизирано напрежение към клемите на батерията, в което при зареждане електрическото съпротивление постепенно се променя, което влияе върху количеството на протичащия ток. Следователно такива препоръки са от среден характер.

Актуални форми, генерирани от зарядни устройства

За зареждане на батерии могат да се използват не само постоянни токове, но и много други видове, които решават специфични проблеми.

За да се осигури техният поток, се създават различни електронни схеми, които извеждат напрежение от подходящ тип към клемите на батерията.

Принципни схеми на зарядни устройства

С оглед на тяхното многообразие даваме за пример някои типични решения.

Схема за създаване на постоянни токове

Напрежението се намалява от трансформатора. Неговите хармоници се коригират от диоден мост, а пулсациите се изглаждат от кондензатор с голям капацитет.

Изходът на батерията получава постоянен ток.

Схема за създаване на пулсиращи токове

Премахвайки кондензатора от предишната верига, получаваме вълни на напрежението на клемите на батерията, които образуват токове с подобна форма.

Схема за създаване на пулсиращи токове с празнина

Заменяйки диодния мост с един диод, получаваме пулсационни токове с повишена честота с коефициент два.

Сервизни зарядни

Поради сложността на вътр електрическа веригасъздават се различни допълнителни функции за зарядни устройства.

При всички изчисления на големината на зарядния ток Iz в ампери, емпиричното съотношение се приема като базова стойност, измерена като процент от стойността на капацитета C, изразена в амперчасове.

Въпреки това, за някои модели, производителят може да посочи тока на зареждане директно в числово изражение в ампери, което не отговаря на това правило. Ясно е, че има сериозни причини за това.

Оловно киселинни батерии

Прието е да се използват токове за зареждане, които са 10% или 0,1 от капацитета C. Те се записват като 1C.

За тези батерии напрежението на една клетка не трябва да надвишава 2,3 V, което трябва да се вземе предвид при зареждане на батерията, за да не надвишава критичната стойност.

Увеличаването на капацитета на киселинните акумулатори след достигане на 90% от номиналната стойност е експоненциално. Следователно по-нататъшното зареждане се извършва с намалени токове с контрол на напрежението на банките, което увеличава продължителността на процеса.

Оловно-киселинните батерии изискват периодичен контролен цикъл на обучение с пълно разреждане и зареждане.

Алкални батерии

За тях е обичайно да поддържат зарядния ток на ниво от 25% от капацитета или 0,25C.

Модели никел-кадмиеви батерии

Оптималната температура за зареждане, както и за работа, е в рамките на + 10 ÷ 30 ° C. При него усвояването на кислород на катода е по-добро.

Цилиндричните акумулатори се монтират чрез плътно навиване на електроди в ролка. Това ви позволява ефективно да ги зареждате с токове в широк диапазон от 0,1÷1C. Стандартният режим осигурява токове от 0.1C и време 16 часа. На всеки елемент напрежението се повишава от един до 1,35 V.

Ако в зарядното устройство е вградена система за контрол на презареждането, тогава се използват увеличени токове с постоянна форма от 0,2 ÷ 0,3C. Това ви позволява да намалите времето за зареждане до 6 или 3 часа. Позволяваме дори презареждане в рамките на 120 ÷ 140%.

Характерен недостатък на никел-кадмиевите батерии е ефектът на „паметта“ или обратимата загуба на капацитет, която се проявява, когато технологията на зареждане е нарушена, или по-скоро след началото на презареждането на батерия с непълен капацитет.

Батерията "запомня" лимита на оставащия резерв и при последващо разреждане до товара намалява ресурса си, когато бъде достигнат. Тази характеристика се взема предвид по време на работа и за съхранение на Ni-Cd батерии те се прехвърлят в режим на пълно разреждане.

Модели никел-метал хидридни батерии

Те са създадени да заменят никел-кадмиевите батерии, лишени са от ефекта на паметта и имат висок капацитет. Но когато се подготвяте за работа след месец или повече съхранение, е необходим пълен цикъл на разреждане, последван от зареждане. Извършвайки 3÷5 такива цикъла, можете да увеличите работоспособността.

За съхранение на тези батерии капацитетът им се прехвърля на 40% от номиналната стойност.

Зареждането се извършва по технологията 0.1C за никел-кадмиеви батерии, но с контрол на температурата. Неговият излишък от повече от 50 ° C е неприемлив. Силно нагряване възниква в края на цикъла, когато потокът от химични реакции се забавя.

Поради тези причини се създават специализирани зарядни устройства с вградени температурни сензори за никел-метал хидридни батерии.

Модели никел-цинкови батерии

Напрежението на една банка е 1,6 V. Силата на зарядния ток е 0,25C. Време за зареждане 12 часа. Няма ефект на паметта. Препоръчителната граница за постигане на капацитет при зареждане е 90% от номинала.

Не можете да нагрявате повече от 40 ° C. Ограничен ресурс - три пъти по-кратък от този на никел-кадмиевите батерии.

Модели литиево-йонни батерии

Оптималното зареждане се осъществява с постоянен ток на два етапа със стойност:

1. 0.2÷1С с напрежение 4÷4.2 V през първите 40 минути;
2. поддържане на постоянно напрежение на банката от 4,2 V до края на цикъла.

Допустим заряден ток 1C за 2÷3 часа.

Ресурсът на литиево-йонните батерии е намален:

• зарядно напрежение над 4,2 V;
• презареждане, придружаващо натрупването на литий на катода и освобождаването на кислород на анода.

В резултат на това има бързо освобождаване на топлинна енергия, повишаване на налягането в корпуса и намаляване на налягането.

За да подобрят безопасността по време на работа, производителите на тези батерии прилагат една или повече защитни мерки по време на зареждане:

• верига за изключване на зарядния ток, когато температурата в кутията достигне 90 ° C;
• сензор за свръхналягане;
• система за контрол на зарядното напрежение.

Тъй като литиево-йонната батерия работи и се зарежда в скъпи електронни устройства, тя трябва да се зарежда внимателно, като се използват само специализирани зарядни устройства.

Характеристики на зареждане по дълбочина на разреждане

Характеристики на зареждане по температура

Правилният избор на тези параметри може значително да удължи живота на литиево-йонните батерии.

Модели литиево-полимерни батерии

Те са предмет на всички правила за работа, предназначени за литиево-йонни модели. Но тъй като те нямат течен електролит, а използват гелообразен, при презареждане или прегряване е изключена експлозия на кутията, която може само да се надуе.

Разбирането на принципите на работа на батерията и зареждането за мобилни устройства ще помогне да удължите живота на вашите джаджи, да ги управлявате надеждно и безопасно.

За да консолидирате материала, предлагаме да гледате видеоклипа на собственика Admiral134 „Как правилно да използвате литиево-йонни батерии“.

Вече е удобно да зададете въпрос в коментарите и да изпратите този материал на приятелите си в социалната мрежа.

Батерии

Когато купувате мобилен телефон, човек, като правило, най-малко мисли за времето на работа. И ако мисли за това, той го свързва преди всичко с ненадеждността на микросхемите, радиоелементите и механичните повреди. Проучванията показват, че първо място по повреди заемат батериите. Понастоящем в мобилните телефони се използват никел-кадмиеви (NiCd), никел-метал-хидридни (NiMH), литиево-йонни (Li-Ion) и литиево-полимерни (Li-Polymer) батерии. Помислете за характеристиките на батериите.

Капацитет на батерията

Капацитет на батерията - максимална сумаелектричество, което може да се получи от едно пълно зареждане. Означава се с латинската буква C и се изразява в амперчасове (Ah) или милиамперчасове (mAh). Така например батерия с капацитет 720 mAh е в състояние да достави ток от 720 mA към товара за един час или 360 mA за два часа. В този случай, разбира се, токът на разреждане не трябва да надвишава определена максимална сила за определен тип батерия, в противен случай нейните плочи бързо ще се повредят.

Вътрешно съпротивление на батерията

Колкото по-малък е, толкова по-голям ток може да подаде батерията към товара. Това е много важна характеристика. В режим на приемане мобилният телефон консумира малко количество ток. По време на разговор обаче токът се увеличава драстично. В този случай батериите с различно вътрешно съпротивление се държат различно. Никел-кадмият, който има най-ниското вътрешно съпротивление, лесно дава необходимия ток. Никел-метал-хидридните батерии имат най-голямо съпротивление, така че те имат спад на напрежението, който може да доведе до сривове или телефонът ви ще сигнализира, че батерията е изтощена. Тъй като мобилните телефони консумират повече или по-малко стабилен ток по време на работа, за захранването им се използват литиево-йонни или литиево-полимерни батерии. Никел-метал хидридът се използва за захранване на устройства, които консумират стабилен ток.

Енергийна плътност на заредена батерия

Измерва се във ватчасове на килограм маса на батерията (също намира се в литър обем). Тук водещи са литиево-йонните и литиево-полимерните батерии (110 ... 160 W / kg), а батериите 100 ... 130 W / kg са значително по-ниски от тях. Никел-метал-хидридните батерии имат този индикатор 60 ... 120, никел-кадмиевите - 45 ... 80 W x h / kg. От гореизложеното следва, че литиево-полимерните и литиево-йонните батерии имат най-малки размери и тегло при еднакъв капацитет, а никел-метал хидридните батерии са малко по-големи. А литиево-полимерните батерии могат да бъдат формовани в почти всяка форма.

Време за зареждане на батерията

Това е доста важна характеристика, тъй като при интензивна употреба батериите мобилни телефониТрябва да презареждам почти всеки ден. Тя варира от 1 час за никел-кадмиеви батерии (ако е необходимо, те могат да се зареждат за 15 минути) и 2 ... 4 часа за никел-метал хидридни, литиево-йонни и литиево-полимерни батерии.

Номинално напрежение на един елемент

За никел-кадмиеви и никел-метал-хидридни батерии номиналното напрежение е 1,25 V, за литиево-йонни и литиево-полимерни батерии - 3,6 V. Освен това за първите два типа напрежението по време на процеса на разреждане е почти стабилно, докато за литиево-йонни батерии по време на процеса на разреждане то линейно намалява от 4,2 до 2,8 V.

Саморазреждане на батерията

Саморазреждането е намаляване на заряда на батерия, която е заредена, но не е свързана към консуматор на енергия по време на съхранение. За никел-кадмиевите батерии това е един от Слабости. Загубата им на заряд достига 10% на първия ден след зареждането, а след това 10% на месец. Приблизително същата цифра за никел-метал хидридни батерии. Литиево-йонните и литиево-полимерните батерии са извън конкуренцията по този показател. Техният саморазряд не надвишава 2 - 5% на месец, което се дължи главно на наличието на управляващи вериги вътре в батериите. Ограниченият "живот" на тези батерии обаче не ви позволява да използвате пълноценно това положително качество.

Живот

Това е една от най-важните характеристики на батериите, за която по някаква причина потребителят мисли на последно място. За батерии с различна химия се определя по различен начин. За някои батерии общият брой цикли на зареждане-разреждане е критичен, докато за други общото време на тяхната работа е критично.
Никел-кадмиевите батерии могат да издържат повече от 1500 цикъла на зареждане и разреждане, а опитът показва, че след възстановяване те могат да работят същото време. При правилна периодична поддръжка никел-кадмиевите батерии издържат от 5 до 10 или повече години, до механичното износване на корпуса и вътрешните им контакти.
Никел-метал-хидридните батерии могат да издържат около 500 цикъла на зареждане и разреждане и техният експлоатационен живот рядко надвишава две години, дори при много внимателна поддръжка.
Литиево-йонните батерии могат да се зареждат и разреждат от 500 до 1000 пъти. Но е трудно да се избере напълно този брой цикли поради краткия експлоатационен живот - не повече от две години (според производителите). На практика литиево-йонните батерии губят производителността си след година.
Литиево-полимерните батерии имат от 300 до 500 цикъла на зареждане-разреждане и рядко издържат повече от година. Освен това експлоатационният живот зависи и от степента на разреждане - при частични разряди той е по-дълъг, отколкото при пълни разряди.
Никел-кадмиевите батерии имат най-кратко време за зареждане, позволяват най-висок ток на натоварване и имат най-ниско съотношение цена-живот, но в същото време са най-критичните за точното съответствие с изискванията за правилна работа.

Сравнителни характеристики на батериите

ефект на паметта

Това е добре познат проблем с никел-кадмиевите и никел-металхидридни батерии. Ефектът на паметта се състои в частична (временна) загуба на капацитет на батерията, ако тя се зарежда до пълното й разреждане. Батерията, така да се каже, запомня началната точка на следващия цикъл на презареждане и при разреждане активно отдава само капацитета, получен при последното презареждане. С други думи, една ненапълно разредена батерия запомня предишния си капацитет и след като бъде напълно заредена отново, когато се разреди, тя дава само заряда, който е дала в предишния цикъл на разреждане. Проявява се във факта, че напрежението във веригата на заредена и привидно нормално заредена батерия внезапно, преди време, пада. Ефектът на паметта наистина се проявява във факта, че в Ежедневиетопотребителите рядко чакат батериите да се разредят напълно, преди да ги заредят.
Физическата същност на ефекта на паметта е, че когато батерията не е напълно разредена, частиците на работното вещество на батерията се увеличават, респ. цялата зонаконтактът на работното вещество с електролита е намален. В резултат на това само за няколко месеца капацитетът на никел-кадмиевата или никел-металхидридна батерия може да бъде намален няколко пъти.
Следователно периодичната поддръжка е много важна за тези видове батерии, която се състои в пълно разреждане и след това пълно зареждане на батерията. Този процес се нарича обучение на батерията. Никел-кадмиевите батерии изискват ежемесечна тренировка, никел-металхидридни - веднъж на два до три месеца.
При забележимо намаляване на капацитета на никел-кадмиевите и никел-метал хидридни батерии те се подлагат на процедура за възстановяване. Състои се в много дълбоко разреждане на батерията, раздробяване на големи частици от работното вещество на по-малки. За това има специално оборудване, например анализатор на батерии C7000 от канадската компания CADEX. Литиево-йонните и литиево-полимерните батерии нямат ефект на паметта.

устройство

Всяка батерия има два електрода - положителен и отрицателен. Между електродите е поставен разделителен слой, който предотвратява допира на противоположните електроди в батерията. Пространството между електродите се запълва с електролит (киселинен или алкален). Електродите могат да бъдат направени като редуващи се пластини.
Първоначално батериите имаха тапи, които позволяваха обезвъздушаването на газовете, отделяни по време на зареждането, и смяната на електролита. По-късно разработчиците излязоха с идеята да направят електроди с различни размери, което позволи целият освободен газ да бъде абсорбиран от нереагиралата част вътре в батерията. И това направи възможно производството на батерии в запечатан корпус.
Много кутии за батерии имат вградена електроника, която предотвратява дълбоко разреждане, презареждане или високи температури.

Зареждане на батерията

Към днешна дата има три основни метода за зареждане на батерии:
- нормално или бавно зареждане;
- бързо зареждане;
- скоростно зареждане.

Изключването на батерията в края на зареждането се извършва с помощта на:
- контрол на температурата;
- контрол на зарядното напрежение;
- контрол на спада на зарядното напрежение;
- контрол на тока в края на заряда;
- таймер.

Нормално или бавно зареждане.Този метод, макар и рядко, се използва за зареждане на никел-кадмиеви и никел-метал-хидридни батерии. Евтино е, но води до кристализация на клетките на батерията, което намалява капацитета и експлоатационния живот. Този метод не може да се използва за зареждане на литиево-йонни и литиево-полимерни батерии, тъй като настъпват необратими промени във вътрешната структура на батериите.
Зарядното устройство е източник на постоянно напрежение, в чиято изходна верига е последователно свързан токозадаващ резистор. Токът на зареждане на батериите обикновено се изразява числено в части от капацитета на батерията C. Нормалният ток на зареждане е приблизително 0,1C. По този начин, с капацитет на батерията от 720 mA / h, стойността от 0,1 C ще бъде 72 mA.

Бързо зареждане.Използва се само за зареждане на никел-кадмиеви батерии с ток 0,5C. Краят на зареждането се определя от постигането на напрежение на батерията с определена стойност.

Зареждане на скоростта.Характеризира се със заряден ток 1C и включва всички начини за изключване на батерията в края на зареждането.
За зареждане на никел-кадмиеви и никел-метал-хидридни батерии се използва метод за контролиране на края на зареждането чрез рязко, леко намаляване на напрежението на батерията. Нарича се отрицателен делта V заряд. Стойността му е 10 ... 30 mV на елемент.
Методът за контрол на температурата използва факта, че в края на зареждането батерията се нагрява по-интензивно и краят на зареждането може да се контролира от скоростта на промяна на температурата. При зареждане на никел-кадмиеви и никел-метал-хидридни батерии краят на заряда се определя, ако температурната промяна достигне 1°C/min. Счита се, че абсолютният праг на прегряване е 60 °C.
Презареждането има катастрофален ефект върху батерията, особено ако в края на зареждането тя бъде принудително изключена и след това отново свързана към зарядното устройство. При всяка такава операция се инициира високоскоростен цикъл на зареждане при неговия висок начален ток. Честото свързване на устройства с никел-кадмиеви и никел-метал-хидридни батерии към външни източници на захранване значително ще намали живота на батериите.
Зарядните устройства за литиево-йонни батерии са в състояние да открият нивото на зареждане на батерията.
Характеристика на заряда на литиево-йонните и литиево-полимерните батерии е ограничението на зарядното напрежение. Тези батерии в момента могат да се зареждат до 4,20 V. Толерансът е 0,05 V.
При зареждане на литиево-йонни и литиево-полимерни батерии с ток 1C времето за зареждане е 2-3 часа. По време на процеса на зареждане те не се нагряват. Батерията достига състояние на пълен заряд, когато напрежението върху нея достигне 4,20 V + 0,05 V, а токът намалява значително и е приблизително 3% от първоначалния заряден ток.

Понякога се налага зареждане на напълно разредени батерии. В телефона такова зареждане се извършва автоматично. Ами ако няма зарядно?

При липса на специално зарядно устройство, батериите могат да се зареждат с помощта на източник на захранване с регулируемо изходно напрежение и максимален работен ток 2A и устройства за контрол на тока и напрежението, както следва.

Батерии за мобилни устройства

Устройство и основни параметри

Мобилни телефони и преносими компютри, радиостанции и безжични телефони, източници непрекъсваемо захранване, филмови камери и фотоапарати, мощни ръчни инструменти, медицински изделия, различно производствено оборудване - това не е пълен списък на устройства, чиято нормална работа зависи пряко от състоянието на батериите. В тази връзка, познаване на характеристиките, характеристиките и условията на работа различни видовебатериите е от особено значение и е ключът към безпроблемната работа на мобилни устройства и преносима техника.

Ако сте любопитни и имате някакви умения да повреждате играчки, придобити като дете, тогава вероятно вече сте се запознали с вътрешната структура на вашата използвана батерия. Какво има вътре? (Не ви съветвам да разглобявате, това се дължи на риска от физическа повреда). Всъщност нищо особено. Кръгли или призматични "батерии", които са насипни в най-близкия магазин и то на много по-ниска цена. Първото впечатление обаче е измамно. Пред вас не са само батерии, а акумулатори. И те се различават от батериите по това, че позволяват (поради обратимостта на протичащите в тях реакции) множество цикли на разреждане-зареждане. Това е тяхното предимство пред батериите, но от друга страна, "главоболието", което носят при загуба на производителност. И ако с първите всичко е просто: купих го, поставих го, свърших, изхвърлих го и купих нови, тогава с батериите ситуацията е по-сложна. При тях последователността от действия е различна: купено; подготвени за работа; използване, спазвайки правилата за работа; и едва когато вече е напълно непоносимо - купуваш нов.

Така че, за да не бъдете мъчително болезнени за хвърлените пари, по-долу е информация за любопитните и любознателните по темата: какво трябва да знаете за батериите за мобилни телефони и лаптопи.

устройство

Всяка батерия, като правило, се състои от няколко единични клетки, свързани последователно, за да се увеличи стойността на генерираното напрежение и опаковани в общ корпус. С дизайна на единична акумулаторна клетка, като никел-метал хидрид, с електрохимични реакции, протичащи вътре в нея, и друга полезна информация (на английски език) можете да намерите на уебсайта на Panasonic, като изтеглите pdf файла Обща информация за NiMH батерии в PDF формат - 137KB.

В допълнение към единичните клетки, батериите на базата на никел съдържат термичен предпазител и температурен сензор вътре (последният може да липсва в NiCd батериите). Термичен предпазител осигурява безопасност при високи зарядни токове, а изходът на температурния сензор се обработва от зарядното устройство. В зависимост от температурната стойност, „компетентното“ зарядно устройство осигурява различни режими на зареждане на батерията: бърз, бавен и превключване от един към друг.

Литиево-йонните батерии, в допълнение към термичен предпазител и температурен сензор, съдържат специална контролна интегрална схема и контролни ключове. Всичко това заедно е предназначено да предпази потребителя от физически щети в случай на нарушаване на електрическите режими на работа на батерията.

ОСНОВНИ ПАРАМЕТРИ НА БАТЕРИЯТА

Нека да знаете, че батерията, като електрическо устройство, се характеризира със следните основни параметри: вид на електрохимичната система, напрежение, електрически капацитет, вътрешно съпротивление, ток на саморазреждане и експлоатационен живот. Освен това, в зависимост от обхвата на приложение, един параметър, след това друг, излиза на преден план. Например батерията на мобилен телефон трябва да се оценява въз основа на съвкупността от трите й основни характеристики: реален капацитет, вътрешно съпротивление и ток на саморазреждане, докато батерията на домашен радиотелефон с обхват до 100 метра трябва да се оценява само чрез капацитет и саморазреждане. При подценяване или пренебрегване на някой параметър или преувеличаване на значението на един от тях (обикновено капацитет), можете да се окажете в ситуация "с пукнато корито".

Волтаж. Напрежението на батерията се определя от устройството, за което е предназначена да захранва. Ако необходимата стойност на напрежението не се осигурява от един елемент, тогава батерията се сглобява от няколко елемента, свързани последователно. Например мобилните телефони от различни модели използват батерии с напрежение 3,6 V (1 Li-ion клетка или 3 NiCd или 3 NiMH клетки), 4,8 V (само 3 NiCd или 3 NiMH клетки), 6 V (само 5 NiCd или 5 NiMH клетки), 7,2 V (2 литиево-йонни клетки). По този начин, ако телефонът използва 4 NiMH батерии с общо напрежение 4,8 V (както например в някои от най-новите модели на Ericsson), тогава Li-ion батерии не могат да се използват в него. Напрежението на батерията не е постоянно по време на работа. Тя е максимална веднага след края на зареждането и след това намалява по време на работа или съхранение. В крайна сметка намалява до такава степен, че мобилният телефон не се включва или се изключва автоматично. При оценка на състоянието на акумулатора трябва да се измери напрежението му при натоварването, за което е предназначено.

Електрически капацитет. Номиналният електрически капацитет е количеството енергия, което батерията теоретично трябва да притежава в заредено състояние. Този параметър е подобен на капацитета на всеки съд, например чаша. Така че 200 ml вода могат да се излеят в стандартна фасетирана чаша (до ръба) и само определено количество енергия може да се изпомпва в конкретна батерия. Но това количество енергия (капацитет) се определя не в момента на изпомпване (пълнене), а по време на обратния процес - разреждане (изливане на енергия) на батерията с постоянен ток за измерен период от време до достигане на определеното прагово напрежение . Капацитетът се измерва съответно в амперчасове (A час) или милиамперчасове (mAh) и се обозначава с буквата "C". Стойността на капацитета е посочена на етикета на батерията или е кодирана в обозначението на нейния тип. Действителната стойност на капацитета на нова батерия към момента на въвеждане в експлоатация варира от 80 до 110% от номиналната стойност и зависи от: производителя, условията и срока на съхранение и технологията на въвеждане в експлоатация. Теоретично една батерия например с номинален капацитет 1000 mAh може да достави ток от 1000 mA за един час, 100 mA за 10 часа или 10 mA за 100 часа. На практика при висока стойност на разрядния ток номиналният капацитет не се достига, а при нисък ток се превишава.

По време на употреба капацитетът на батерията намалява. Скоростта на спад зависи от вида на електрохимичната система, сервизната технология в експлоатация, използваните зарядни устройства, условията и възрастта на работа. Използвайки същата аналогия с чаша, можем да кажем, че количеството вода, излято в чаша, ще намалее, ако налеете вода с голямо количество механични примеси и източите утаената. Тогава в чашата постепенно ще се натрупа утайка, намалявайки полезния й капацитет. В една батерия подобен „депозит“ се образува по време на циклите на зареждане / разреждане.

Вътрешно съпротивление. Вътрешното съпротивление на батерията (съпротивлението на източника на ток) определя нейната способност да подава голям ток към товара. Тази зависимост се подчинява на закона на Ом (помнете училищния курс по физика). С ниска стойност на вътрешно съпротивление батерията е в състояние да достави по-голям пиков ток към товара (без значително намаляване на напрежението на клемите), а оттам и по-голяма пикова мощност. Докато високата стойност на съпротивление води до рязко намаляване на напрежението на клемите на батерията, когато рязко увеличениеток на натоварване. Такъв колапс (намаляване) на напрежението характеризира външно „слабостта“. добра батерия, тъй като съхранената енергия не може да бъде напълно доставена на товара.

С други думи, всичко казано по-горе за вътрешното съпротивление на батерията може да се илюстрира по следния начин. Представете си, че трябва да полеете след час градински парцелот резервоара (акумулатора), който предварително сте напълнили с вода. При нормално състояние на нещата свързвате маркуч към дренажния кран, отваряте крана докрай и поливате района за един час, докато водата в резервоара свърши. Сега да предположим, че изпускателният клапан на вашия резервоар е заседнал, можете да го отворите само малко и водата изтича от него само на тънка струйка. Изглежда, че има вода в резервоара (батерията е заредена), но е невъзможно да се полива нормално. Кранът в този случай играе ролята на вътрешно съпротивление за резервоара. Ако струята от крана е голяма, тогава вътрешното съпротивление на резервоара е малко, ако е малко, вътрешното съпротивление на резервоара е голямо.

Какво имаме на практика? Мобилен телефон в режим на готовност консумира малък ток от батерията и капацитетът на батерията му е достатъчен за захранване на телефона. Веднага след като получите входящо повикване или започнете да осъществявате изходящо повикване, телефонът се нуждае от десет пъти повече енергия, за да работи нормално в режим на прехвърляне, така че трябва да увеличите капацитета на крана. Ако кранът е нормален, тогава той ще остави тази повишена енергия да тече през себе си, ако е задръстен, тогава не е и телефонът се изключва. Това е особено вярно за мобилни телефони със стандарти NMT, AMPS, магистрални и конвенционални радиостанции и преносими компютри.

Вътрешното съпротивление на батерията зависи от вида на нейната електрохимична система, капацитета, броя на клетките в батерията, свързани последователно, и нараства към края на експлоатационния й живот.

саморазреждане. Феноменът на саморазреждане, в по-голяма или по-малка степен, е характерен за всички видове батерии и се изразява в загуба на капацитета им след пълното им зареждане. За количествена оценка на саморазреждането е удобно да се използва стойността на загубения от тях капацитет за определено време, изразена като процент от стойността, получена веднага след зареждането. По правило за интервал от време се приема интервал от време, равен на един ден и един месец. Така например за обслужваеми NiCd батерии се счита за приемливо саморазреждане до 10% през първите 24 часа след края на зареждането, за NiMH - малко повече, а за Li-ion е незначително и се изчислява за месец. Трябва да се отбележи, че саморазреждането на батериите е максимално през първите 24 часа след зареждането, а след това значително намалява.

Саморазреждането на батериите зависи от качеството на използваните материали, технологичен процеспроизводство, тип и дизайн на батерията. Тя се повишава рязко с повишаване на околната температура, повреда на вътрешния сепаратор на батерията поради неправилна поддръжка и поради процеса на стареене.

Срок на експлоатация (живот) на батерията. Обичайно е да се оценява по броя на циклите на зареждане / разреждане, които батерията може да издържи по време на работа без значително влошаване на основните й параметри: капацитет, саморазреждане и вътрешно съпротивление. Срокът на експлоатация зависи от много фактори: методи на зареждане, дълбочина на разреждане, поддръжка или липса на процедури за поддръжка, температура и електрохимично естество на батерията. Освен това се определя от времето, изминало от датата на производство, особено за Li-ion батерии. Обикновено се счита, че батерията е повредена, когато капацитетът й падне под 80% от номиналната стойност.

За по-подробно и професионално запознаване с батериите можете да препоръчате уебсайта на Panasonic, който предоставя подробни справочни данни и аналитични материали за NiCd, NiMH, Li-ion батерии, произвеждани от тази компания (на английски език). За съжаление, компанията не даде разрешение за превод и публикуване на тази информация на руски език, позовавайки се на липсата на нейно представителство в Русия в тази област и невъзможността за оценка на преведените материали. Но информацията, публикувана там, представлява известен интерес както за разработчиците на оборудване, захранвано с батерии, така и за потребителите, така че по-долу е кратък списък на проблемите, обхванати там:

• външен вид;
• вътрешна организация;
• електрохимични реакции, протичащи вътре в батерията;
• особености;
• пет основни характеристики: зареждане, разреждане, брой цикли на зареждане / разреждане, съхранение (саморазреждане), безопасност с графики и обяснения;
• методи за зареждане;
• опаковане на клетки в батерии;
• предпазни мерки при проектиране на устройства с батерии.

При написването на статията са използвани материали, любезно предоставени от г-н Isidor Buchmann, основател и ръководител на канадската компания Cadex Electronics Inc. .

| Повече ▼ подробна информацияна руски за батерии за мобилно комуникационно оборудване, компютри и други преносими устройства, съвети за експлоатация и поддръжка са дадени в

ВРЪЗКИ

1. Cadex Electronics Inc. , Ванкувър, Британска Колумбия, Канада е разработчик и производител на зарядни устройства за батерии, анализатори и системи за поддръжка на батерии (на английски).
2. Батерии за мобилни устройства и преносими компютри. Анализатори на батерии (на руски).
3. произведено от Panasonic (на английски).

Отминаха дните, когато батериите за мобилни телефони се сглобяваха подобно на автомобилните батерии, само в миниатюра. Само преди 20 години батерията на мобилен телефон беше съставена от части, така да се каже, повтаряйки целия комплекс от устройства на по-голям брат. Фигурата показва разрез на един от тези елементи.

Науката и практиката работят заедно за напредък на технологичния прогрес. През 1991 г. се появяват литиево-йонни батерии, при които катодният материал на електродите е нанесен върху алуминиево фолио, а анодният - върху мед.

Литиеви йони, под влияние електрически ток, се въвеждат в кристалната решетка на графита и образуват химически връзки с въглеродните молекули. Когато тези връзки се разкъсат, се освобождава енергия, която се преобразува в електрически ток на полюсите на батерията.

AT последните годинисе появиха литиево-полимерни батерии.

Диаграмата показва колко проста е такава батерия за мобилен телефон.

Банки за батерии на телефона

Кутиите за батерии са меки пластмасови торбички, пълни с разтвор на литий в полимер, подобен по консистенция на заквасена сметана. За контрол на състоянието на батерията към банките е свързан контролер. Той е подреден под формата на електронна платка и може да ограничи свързването на зарядно устройство, което не отговаря на параметрите, и батерията на мобилния телефон няма да се зареди, колкото и да се опитваме. Вместо обичайните 2 контакта, в акумулаторното устройство се използва конектор за свързване към платката на мобилния телефон - многополюсна връзка.

Как работи батерията на телефона и как работи

Процесът на натрупване и разреждане на енергия от такива източници на постоянен ток е подобен на литиево-йонните батерии, но тяхното производство е много по-евтино, въпреки че в някои характеристики те губят от своите предшественици.

Основните предпазни мерки за безопасност, които трябва да се спазват при използване на малки телефонни батерии, не се различават от предпазните мерки при работа за киселинни или алкални DC захранвания, които се срещат в автомобилите. Зареждането с пренапрежение, водещо до прегряване или късо съединение на клетките на батерията, може да причини пожар. А от малка искра, както знаете, пламва голям пламък.

Ето защо на всяка батерия е инсталиран контролер на батерията, който изключва зареждането при достигане на определена стойност и изключва телефона, когато разрядът достигне критична точка.

Всички батерии, използвани в мобилни устройства, имат контакти на ръба. Те се използват за процеса на зареждане. Статията се занимава с въпросите: за какво отговаря всеки от контактите и как мощността на три-пиновите батерии се различава от четири-пиновите батерии. Обмисля се каква функция изпълняват, как спомагат за по-доброто функциониране.

Поддръжка

Защо 3 контакта на батерията на телефона

В зависимост от схемата на захранване се създава определен брой конектори. Две, три или четири. Които отляво и отдясно са + и -, което определя положителния, отрицателния захранващ щифт. Третият, среден контакт, присъства на батерията като източник на предаване сервизна информация, което включва: състояние на заряд, температура и други полезни данни.

Сензорът, вграден в батерията, отговаря за температурата. За контролер за контрол на заряда. Сензорът следи температурата по време на процеса на зареждане. Предава информация за заряда в проценти, изключва го в случай на презареждане или презареждане. Процесът ви позволява да удължите експлоатационния живот, което ви позволява да не харчите пари за нова батерия. Същински въпросза собственици, които имат несменяема батерия.

В "модерните" смартфони третият контакт предава информация за технически спецификации: сериен номер, информация за телефона, за производителя и т.н.

важно! Именно литиево-йонните батерии за мобилни устройства са оборудвани с трети конектор, поради описаните по-горе причини.

Защо 4 контакта на батерията на телефона

Ако при три-щифтови батерии третият (среден) изход е отговорен за контрол на температурата, презареждане, прехвърляне на сервизна информация, тогава четвъртият изход може да поеме някои от функциите на третия контакт, както при подобни телефони.

важно! В този случай е невъзможно да се отговори точно за какво е конкретно отговорен третият конектор и за какво е четвъртият. Производителите на зарядни устройства не рекламират този проблем.

На мобилни устройства пин 4 може да играе ролята на защита, когато не е поставен в "родното" устройство. Няма да има процес на таксуване, тъй като информацията, предавана чрез този контакт, няма да съответства на тази, използвана в "истинското" устройство. Например, имате телефон Samsung. И не можеш да намериш батерия от същата марка за него. Потърсете подходящ аналог. Може би има подобно разположение на батерията, като батерия с лицензирана марка.

След като прочетете статията, става ясно, че третият и четвъртият контакт на батерията на мобилно устройство играят важна роля. Помага за предотвратяване на презареждане и презареждане. Нулира информацията към процесора. Удължава живота на телефона, което е важно в ежедневието, когато дори е неудобно да излезете без смартфон. Производителността зависи изцяло от заряда, така че е толкова важно да знаете за какво се използват всички конектори на батерията. Той е полезен, когато трябва да се справите със зареждането на друго устройство.