Rambler's Top100
Поиск || Newlist || Newlist - о проекте || Newlist - форум || Newlist - Самиздат || Newlist - каталог
Политика || Рефераты || Металлургия || Медицина || Контрацепция ||Сад || Городок
 
К началу
О сайте
Карта проекта
Аккумуляторы
Зарядные устройства
Анализаторы
Вопросы и ответы
Литература
Полезные ссылки
Каталог ссылок
Словарь терминов
Поиск
Рекламодателям
Для авторов

Попробуй подписаться !
Аккумуляторы
для мобильных устройств:
проблемы и решения

Рассылки Subscribe.Ru
Архив рассылки
Форум - задайте свой вопрос

 

Rambler's Top100

SpyLOG

Поставщик анализаторов аккумуляторов

Аккумуляторы.

Новинки||Гарантия||Устройство
Свинцово-кислотные||Никель-кадмиевые||Никель-металлгидридные||литий-ионные
Литий-полимерные||Топливные элементы||Методы заряда||Хранение||Защита
Восстановление||Дефекты||Советы-статьи||Для видеокамеры||И в автомобиле
 

Аккумуляторы для портативных компьютеров

“В чем причина постепенного ухудшения качества аккумуляторов? Механические повреждения? Или виной тому химические процессы, происходящие внутри аккумулятора?” - вот вопрос, который наиболее часто задают потребители. Ответ такой: и то, и другое. Аккумуляторы относятся к категории “скоропортящихся продуктов”, начинающих терять свое качество сразу же после   изготовления. Подобно сжатой пружине, аккумулятор стремиться вернуться к своему самому низкому энергетическому состоянию. Скорость старения зависит от глубины разряда, методов заряда, процедуры обслуживания или его отсутствия, температуры и электрохимической системы аккумулятора.

В таблице на рисунке 1 приведены сравнительные характеристики трех наиболее распространенных типов аккумуляторов для портативных компьютеров по энергетической плотности, внутреннему сопротивлению, саморазряду и количеству циклов заряда / разряда.

Для исследования поведения аккумуляторов в процессе эксплуатации в компании Cadex проведены испытания никель-кадмиевых (NiCd), никель-металлгидридных (NiMH) и литий-ионных (Li- ion) аккумуляторов. Испытания проводились с использованием анализатора аккумуляторов Cadex C7000 в лаборатории компании Cadex Electronics Inc., Vancouver, Canada. Все аккумуляторы первоначально полностью заряжались, а затем подвергались режиму многократного повторения циклов разряд / заряд. Внутреннее сопротивление измерялось методом OhmTest, являющимся собственностью компании, а саморазряд проверялся путем определения потерянной емкости по истечении 48 часов после заряда.

В результате было установлено, что срок службы, определенный при лабораторных испытаниях, превосходит срок службы в реальных условиях. Причина в том, что при повседневной эксплуатации присутствуют экстремальные условия и неправильное обращение, которые не могут быть достаточно точно смоделированы в лаборатории.

 

Никель-кадмиевые (NiCd)

Никель – Металл Гидридные (NiMH)

Литий - ионные (Li-ion)

Энергетическая плотность

4.0 Wh

5.3 Wh

6.6 Wh

Внутреннее сопротивление1

100-300 mOm

200-800 mOm

300-500 mOm

Саморазряд за месяц2

20%

30%

10%

Наибольшее количество циклов заряда/разряда

1,5003

5003.4

500-1,0004,5

1. Внутреннее сопротивление аккумулятора зависит от емкости элемента и числа элементов в аккумуляторе, соединенных последовательно.

2 Саморазряд наиболее высок в первые 24 часа, а затем уменьшается. Саморазряд увеличивается с повышением температуры.

3 Наибольшее количество циклов заряда / разряда зависит от условий эксплуатации и обслуживания. Отказ от периодического полного разряда может привести к уменьшению количества циклов заряда / разряда.

4 Наибольшее количество циклов заряда / разряда зависит от глубины разряда. Поверхностный разряд увеличивает количество циклов.

5 Аккумуляторы подвержены старению.

Рисунок 1: Характеристики NiCd, NiMH и Li- ion аккумуляторов по энергетической плотности, внутреннему сопротивлению, саморазряду и количеству циклов заряда / разряда.

На рисунке 2 приведены результаты исследования емкости, внутреннего сопротивления и саморазряда 7. 2V, 900 mA NiCd аккумулятора со с нормальными элементами (нормальные - это элементы не высокой емкости. Примеч. Переводчика). По количеству циклов заряда / разряда, нормальный NiCd - наиболее выносливый аккумулятор. Из-за ограниченного времени, испытания были закончены после 2,200 циклов заряда / разряда. В течение этого периода, значение емкости постоянно, внутреннее сопротивление равно 75 миллиом и саморазряд постоянен. Этот аккумулятор получил маркировочный знак “А” как обладающий почти отличным качеством.

Рисунок 2: Емкость, Внутреннее Сопротивление и само-разряд 7. 2V, 900mA NiCd аккумулятор со стандартными элементами.

Результаты для NiCd аккумуляторов с элементами более высокой энергетической плотности менее благоприятны, но все же лучше, чем для аккумуляторов других электрохимическх систем. У этих аккумуляторов, имеющих энергетическую плотность почти на 60 % выше, чем у нормальных NiCd, наблюдается постепенное уменьшение емкости (см. рисунок 3). В то же самое время, внутреннее сопротивление повышается незначительно. Более серьезный недостаток - увеличение саморазряда после 1000 циклов. Это проявляется в сокращении времени непрерывной работы, так как некоторая часть энергии расходуется аккумулятором, даже если он не используется.

Рисунок 3: Емкость, Внутреннее Сопротивление и само-разряд 6V, 700mA NiCd аккумулятор с элементами высокой емкости.

На рисунке 4 приведены характеристики популярного NiMH аккумулятора. Состояние аккумулятора удовлетворительно до 300 циклов заряда / разряда, но затем начинает быстро ухудшаться. После 700 циклов быстро увеличивается внутреннее сопротивление и саморазряд. Очевидно, что NiMH аккумуляторы не должны использоваться для оборудования длительного срока эксплуатации. Однако, многие пользователи выбирают более низкую стоимость их обслуживания взамен долговечности.

Рисунок 4: Емкость, Внутреннее Сопротивление и само-разряд 6V, 950 mA NiMH аккумулятора.

Li-ion аккумулятор обладает преимуществами, которых не имеют ни NiCd, ни NiMH аккумуляторы. На рисунке 5 приведены графики зависимости емкости и внутреннего сопротивления типичного Li-ion аккумулятора. Плавное и предсказуемое снижение емкости наблюдается после 1,400 циклов, внутреннее сопротивление немного увеличивается с 400 мОм до 450 мОм. Из-за малого значения саморазряд аккумулятора не проверялся.

Рисунок 5: Емкость и внутреннее сопротивление 3. 6V, 500 mA Li-ion аккумулятора.

Недостаток Li-ion аккумулятора в том, что он подвержен старению, даже если не эксплуатируется. Ухудшение емкости наблюдается примерно после одного года, и аккумулятор часто отказывает на втором и третьем году. Поэтому не рекомендуется хранить Li-ion аккумуляторы в течение длительного времени. Максимально наслаждайтесь ими, пока они новые. Став непригодным к эксплуатации, Li-ion аккумулятор не может быть восстановлен с использованием циклов заряда / разряда.

Какой аккумулятор выбрать для портативного компьютера?

Местный поставщик компьютеров может посоветовать клиенту приобрести аккумулятор наивысшей емкости и отказаться от NiCd аккумулятора из-за эффекта памяти. Клиент может согласиться приобрести популярный NiMH аккумулятор из-за высокой емкости и умеренной цены.

На первый взгляд - это по-видимому будет мудрым выбором, однако последующий анализ показывает, что аккумуляторы других электрохимических систем, возможно, служили бы лучше. Строго рассуждая, с точки зрения емкости NiMH аккумулятор хорош. Где он проигрывает, так это в меньшем, чем ожидаемый, сроке службы, особенно, если не обслуживается должным образом.

NiMH аккумуляторы, подобно NiCd, подвержены воздействию эффекта памяти,. Кристаллические образования, которые вызывают потерю емкости, порождаются никелевыми пластинами, которые присутствуют в обоих типах. Но эффект памяти в NiMH аккумуляторах как правило не обнаруживается из-за их более короткого срока эксплуатации по сравнению с NiCd.

Эффект памяти может быть устранен путем полного разряда (имеется повидимому разряд до 0.4 В на элемент. Примеч. Переводчика) никелевых аккумуляторов раз в месяц или раз в два месяца. Не рекомендуется полностью (до 0.4 В) разряжать аккумулятор перед каждым зарядом, потому что такая процедура излишне изнашивает аккумулятор и сокращает его жизнь. Нежелательно также оставлять аккумулятор в зарядном устройстве в течение длительного периода.

Будет ли Li-ion аккумулятор наилучшим выбором? Во многих случаях - да. Li-ion аккумулятор - это аккумулятор с низкой стоимостью обслуживания, не требующий периодического разряда, так как не подвержен эффекту памяти. После достижения полного заряда не требуется тонкоструйный заряд, и Li-ion аккумулятор может оставаться в зарядном устройстве пока не используется. Однако следует обратить внимание на то, что Li-ion постепенно теряет способность заряжаться вследствие процесса старения. По этой причине, Li-ion аккумуляторы не должны приобретаться в запас на длительный период времени и должны быть использованы подобно скоропортящимся продуктам. В таблице на рисунке 6 рассматривается выбор аккумулятора в зависимости от условий эксплуатации.

  Рекомендуется Не рекомендуется
NiCd

- для интенсивного использования в течение многих лет; (обеспечивают несколько тысяч циклов заряда / разряда при правильном обслуживании).

Хранение и использование: возможно длительное хранение, но перед использованием необходимо провести несколько циклов заряда / разряда

- для применений, требующих длительное время работы до следующего заряда (имеют небольшую энергетическую плотность).

- повторный заряд уже заряженного аккумулятора или неконтролируемый заряд без периодического полного разряда (высокая стоимость обслуживания).

NiMH

- для использования от случая к случаю, обеспечивает до 500 циклов заряда / разряда.

Хранение и использование: возможно длительное хранение, но перед использованием необходимо провести несколько циклов заряда / разряда

- повторный заряд уже заряженного аккумулятора или неконтролируемый заряд без периодического полного разряда (высокая стоимость обслуживания).
Li-ion

- для интенсивного использования; обеспечивает до 1,000 циклов заряда / разряда, если эксплуатируются в пределах срока годности.

Допускают случайный заряд ( не требуют обслуживания).

- для использования от случая к случаю (емкость ощутимо уменьшается после одного года со дня изготовления, даже если аккумулятор не используется; срок эксплуатации практически ограничен двумя годами.

- режим длительного нахождения в резерве и режим хранение - использование.

Рисунок 6: Выбор аккумулятора в зависимости от области применения.

Какое зарядное устройство является наилучшим?

В основном портативные компьютеры поставляются с "ночным" (время заряда 10-12 часов. Примеч. Переводчика) зарядным устройством, встроенным в компьютер. В большинстве случаев, время работы, обеспечиваемое одним аккумулятором, не достаточно, и требуются дополнительные аккумуляторы для его продления. Решение "в лоб" - замена аккумулятора при его истощении. Однако выключение и перезагрузка компьютера часто не приемлема для большинства пользователей.

Некоторые ноутбуки допускают 'горячий обмен' аккумуляторов. Эти устройства питаются от двух маленьких аккумуляторов, работающих поочередно. В то время как один аккумулятор удален, другой способен поддерживать работу пока не будет заменен также. Примером таких ноутбуков является Amity by Mitsubishi, а также - Fujitsu, Lifebook, Hitachi и Vision Book.

Другой метод бесперебойного питания заключается в размещении основного аккумулятора в кармане-пакете на поясе пользователя, а laptop оборудуется маленьким резервным аккумулятором. Этот метод позволяет быструю замену аккумулятора из кармана--пакета при необходимости без прервания работы. Заряженный запасной аккумулятор всегда доступен, потому что время работы обычно равняется времени заряда.

Запасные аккумуляторы обычно заряжаются внешним зарядным устройством. Такие зарядные устройства доступны для многих моделей портативных компьютеров и имеются варианты с размещением одного или двух аккумуляторов. Покупатель имеет выбор зарядных устройств по различной цене и возможностям.

Рисунок 7. SMart One™ зарядное устройство компании Cadex обслуживает NiCd, NiMH и Li-ion аккумуляторы. Зарядное устройство связывается с аккумулятором и повторно устанавливает топливный шаблон когда полностью заряжен. "Немые" аккумуляторы также могут быть обслужены.

Учитывая нормируемые требования заряда современного аккумулятора, изготовители компьютеров переходят на так называемые интеллектуальные аккумуляторы. Доступные по различным размерам и электрохимической системе (NiCd, NiMH и Li-ion), эти аккумуляторы имеют универсальные контакты, через которые они могут подключаться к одному и тому же зарядному устройству.

Среди наиболее популярных интеллектуальных аккумуляторов для портативных компьютеров - аккумуляторы с форм-фактором 202. Производимый Sony, Hitachi, NEC/Moli, Energizer, Toshiba, GP Batteries, Simplo и другими фирмами, этот конструктив аккумулятора упрощает жизнь пользователям, которые работают с несколькими laptops или стремяться постоянно менять аккумулятор на самую последнюю доступную модель. Использование форм-фактора 202 позволяет производить удобный обмен аккумуляторами среди всех моделей компьютеров.На рисунке 7 показано зарядное устройство SMart Oneпод один аккумулятор 202 или 210, 201, 36, 35, 30, 17, 15.

После помещения аккумулятора в SMart One, аккумулятор и зарядное устройство связываются между собой для установления правильного алгоритма заряда. После этого начинается процесс заряда.

Во время заряда, аккумулятор информирует зарядное устройство о степени своего заряда. После полного заряда, аккумулятор повторно устанавливает внутренний топливный шаблон, позволяя state-of-charge данные хотя аккумулятор и компьютер.

Интеллектуальные аккумуляторы не приводят к устареванию зарядного устройства при появлении аккумуляторов новой электрохимической системы. Потому что аккумулятор содержит устройство, управляющее процессом заряда, а зарядное устройство становится подчиненным и повинуется командам, полученным от аккумулятора. В сущности, пользователь может переходить на литиевые полимерные или другие новые типы аккумуляторов, которые появяться в будущем, и продолжать использовать то же самое зарядное устройство.

Не все аккумуляторы, годные для заряда в интеллектуальном зарядном устройстве, интеллектуальны. Например, зарядное устройство SMart One фирмы Cadex предназначено также для заряда так называемых “немых” аккумуляторов, не имеющих устройства управления зарядом. При обслуживании этих аккумуляторов, процессом заряда и его окончанием управляет зарядное устройство. Используя SMart One зарядное устройство, пользователь может не волноваться относительно типа аккумулятора. Если это удовлетворяет, оно зарядит это.

Резюме

В последние годы появились улучшенные варианты старых, а также новые типы аккумуляторов, имеющие отличные преимущества, но ни один обеспечивающий полностью удовлетворительное решение для портативному компьютеру. Но с более широким выбором систем аккумулятора, доступных сегодня, лучшие выборы аккумулятора могут быть сделаны, чтобы удовлетворить определенные применения.

Наблюдается тенденция отхода от старых и проверенных технологий. Так NiCd аккумуляторы фактически утратили свою популярность, главным образом из-за умеренной плотности энергии, однако также и по причине отрицательной рекламы присущего им эффекта памяти и относительно вредного их содержимого в случае утилизации.

NiMH аккумуляторы, преподнесенные пользователям как аккумуляторы превосходного качества, не сумели обеспечить решение проблемы аккумуляторов для двадцать первого века. Срок их службы, оказавшийся короче ожидаемого, остается главной претензией пользователей.

В настоящее время наиболее яркой звездой среди аккумуляторов являются Li-ion аккумуляторы. Они обладают многими преимуществами по сравнению с NiCd и NiMH аккумуляторами. Однако Li-ion аккумуляторы имеют внутреннюю схему защиты, которая по соображениям безопасности предотвращает большой ток нагрузки. Другой, более серьезный недостаток для пользователей компьютеров - это процесс старения Li-ion аккумуляторов, который увеличивает эксплуатационные затраты и вследствие этого делает использование этих аккумуляторов невыгодным, если компьютер используется от случая к случаю.

Новые литиевые полимерные системы в своем развитии пока не преодолели недостатки Li-ion аккумуляторов. Ограниченное количество циклов заряда / разряда и высокое внутреннее сопротивление - главные их недостатки. Однако в связи с быстрыми сегодняшними достижениями в технологии аккумуляторов, вновь разрабатываемые системы аккумуляторов могут скоро стать доступными, что, безусловно, изменит условия, в которых мы работаем и живем.

Эта информация из статьи "Batteries for mobile computing" by Isidor Buchmann.

Перевод и техническая редакция Владимира Васильева.

  Done with the acknowledge of the Author Isidor Buchmann, CEO of Cadex Electronics Inc., Vancouver, BC [British Columbia], Canada.

К началу|О сайте|Карта проекта

Аккумуляторы|Зарядные устройства|Анализаторы

Вопросы и ответы|Литература|Полезные ссылки|Каталог ссылок

Словарь терминов|Поиск|Рекламодателям|Для авторов

Архив рассылки|Форум

 

Ваши замечания и предложения направляйте по адресу alexandr_il@mail.ru

Поиск || Newlist || Newlist - о проекте || Newlist - форум || Newlist - Самиздат || Newlist - каталог
Политика || Рефераты || Металлургия || Медицина || Контрацепция ||Сад || Городок