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
 

Оптимальный выбор аккумулятора для сотового телефона

Предисловие переводчика

Какой аккумулятор выбрать для сотового телефона?Никель-кадмиевый (NiCd), никель-металл гидридный (NiMH) или литиево-ионный (Li- ion)? А какой емкости отдать предпочтение? 550 мА, 900 мА или еще больше? Эти вопросы неизбежно встают перед пользователями любой портативной аппаратуры и ответы на них не так просты, как кажется на первый взгляд. Оптимальный выбор аккумулятора требует учета многих факторов и естественно напрямую влияет на надежность связи.

Ниже приведены выдержки из статьи г-на Isidor Buchmann "CHOOSING A BATTERY THAT WILL LAST",  которые проливают свет на различные аспекты, связанные с принятием решения по этому вопросу.

С оригиналом статьи на английском языке в формате .pdf  (304 Kb) можно ознакомиться на www.cadex.com. Все использованные материалы приведены с разрешения автора, главы фирмы 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 - основатель и CEO (Управляющий Высшего Ранга) Канадской компании Cadex Electronics Inc,. in Burnaby (Vancouver) British Columbia, Canada, - квалифицированный специалист в секторе радио коммуникаций, занимался изучением поведения аккумуляторов в течение почти двух десятилетий. Он - известный ученый, представлявший свои достижения на семинарах и конференциях по всему миру, автор многих книг и статей по технологии обслуживания аккумуляторов.

Некоторые пояснения к статье.

  1. Статья ориентирована на зарубежных пользователей, для которых цена является на мой взгляд вторичным фактором, а на первое место выступает требование максимальной эффективности при минимальных габаритах.

  2. Автор справедливо отмечает пренебрежение и недоброкачественную рекламу в отношении NiCd аккумуляторов, которые долго и исправно выполняют свои функции при любых неблагоприятных условиях и лучше всего способны к восстановлению (по моему собственному опыту).

Выводы:

  1. Четко уясните для себя примерные условия эксплуатации покупаемого аккумулятора: предполагаемое ежеднвное количество времени разговоров, режим ведения разговоров, вашу личную способность к соблюдению правил обслуживания аккумулятора, наличие запасного аккумулятора.

  2. Определите свои финансовые возможности.

  3. Оцените критичность габаритных размеров аккумулятора применительно к предполагаемым условиям эксплуатации.

  4. И после этого выбирайте аккумулятор.

 

ОПТИМАЛЬНЫЙ ВЫБОР АККУМУЛЯТОРА

ноябрь 1998                                                              by Isidor Buchmann

“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. Скорость старения зависит от температуры и химической природы аккумулятора. Подобно сжатой пружине, аккумулятор стремиться вернуться к своему самому низкому энергетическому состоянию.

Исходные предпосылки для выбора аккумуляторов.

В зависимости от сферы применения возможны два подхода к выбору типа аккумулятора. В коммерческом секторе требуются небольшие габариты при максимальной энергетической плотности для возможности работы без зарядки в течение как можно более длительного времени; в промышленном секторе основные требования - это надежность и длительный срок службы.

В коммерческом секторе основные сферы применения аккумуляторов  - сотовые телефоны, переносные компьютеры и видеокамеры. При использовании более активных веществ в аккумуляторах для достижения меньших габаритов и большей емкости, их долговечность и способность отдавать большой ток в нагрузку часто приносятся в жертву. В условиях быстро обновляемых предложений на коммерческом рынке, срок службы аккумуляторов с числом циклов заряда / разряда равным 300 оказывается весьма приемлемым для потребителей. И, как правило, после окончания срока службы аккумулятор заменяется более совершенным.

Аккумуляторы для промышленного оборудования разработаны и изготовлены с учетом требования длительной работы. Дополнительный фактор, который необходимо учитывать при выборе аккумулятора в этой сфере - неблагоприятный температурный диапазон, в котором оборудование должно работать. К промышленному оборудованию относятся биомедицинские приборы, профессиональные видеокамеры, двухсторонние радиостанции, инструменты с электрическим приводом, оборонное и авиационное оборудование. Непредвиденное время простоя такого оборудования – не столько раздражает, сколько подвергает опасности человеческие жизни.

В этой статье приведена оценка состояния никель-кадмиевых (NiCd), никель-металлгидридных (NiMH) и литиево-ионных (Li-ion) аккумуляторов в зависимости от количества произведенных циклов заряда / разряда. В рамках этой зависимости исследованы емкость аккумулятора, его внутреннее сопротивление и саморазряд.

 Испытания проводились с использованием анализатора аккумуляторов Cadex C7000 в лаборатории компании Cadex Electronics Inc., Vancouver, Canada. Значения параметров испытаний устанавливались в соответствии с рекомендуемыми изготовителями аккумуляторов.

Аккумуляторы первоначально полностью заряжались, а затем разряжались до напряжения окончания разряда (очевидно до 1 В на элемент. Примеч. переводчика). Внутреннее сопротивление измерялось методом OhmTest, являющимся собственностью компании Cadex. Саморазряд проверялся путем определения потери емкости в течение 48 часов. На рисунке 1 приведен алгоритм процедуры испытания аккумулятора.

Рисунок 1: Последовательность действий при испытании аккумуляторов

Аккумуляторы были предоставлены одной из основных американских коммуникационных компаний и предназначены для использования в коммерческих сотовых телефонах и двухсторонних промышленных радиостанциях. Программа испытания предусматривала исследование 53 аккумуляторов различных моделей и химической природы (структуры).

Состояние аккумулятора в зависимости от количества циклов заряда / разряда

Аккумулятор постепенно теряет способность воспринимать заряд в процессе своей циклической работы и старения. Этот эффект зависит от химической природы аккумулятора; так например некоторые аккумуляторы предназначены для постоянной циклической работы, другие же разработаны с целью достижения максимальной энергетической плотности. Кроме того, на срок службы аккумулятора влияют метод заряда, глубина разряда, условия эксплуатации и процедуры обслуживания. На рисунке 2 приведены сравнительные характеристики NiCd, NiMH и Li-ion аккумуляторов по энергетической плотности, внутреннему сопротивлению, саморазряду и числу циклов заряда / разряда.

 

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 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 2: Сравнительные характеристики NiCd, NiMH и Li- ion аккумуляторов по энергетической плотности, внутреннему сопротивлению, саморазряду и количеству циклов заряда / разряда.

Наблюдалось, что часто “перенапрягая”    аккумулятор для достижения максимальной емкости, быстрая зарядка после этого вообще становится более трудной, способность отдавать в нагрузку большой ток уменьшается, количество циклов заряда / разряда - сокращается. Это особенно справедливо для аккумуляторов на основе никеля.

По числу циклов заряда / разряда, стандартные NiCd аккумуляторы наиболее долговечны. На рисунке 3 показаны графики зависимости емкости, внутреннего сопротивления и саморазряда 7.2 V, 900 mA NiCd аккумулятора с нормальными элементами (нормальные - это элементы не высокой емкости. Примеч. переводчика).

Рисунок 3: Емкость, Внутреннее Сопротивление и саморазряд 7.2 V, 900 mA NiCd аккумулятор с нормальными элементами.

Из-за ограниченного времени, испытания были закончены после 2,200 циклов заряда / разряда. В течение этого периода, значение емкости достаточно устойчиво: сначала оно чуть выше 100 %, а затем слегка опускается ниже 100 % после 2,000 циклов. Внутреннее сопротивление постоянно и равно 75 мОм, а саморазряд увеличивается по мере приближения к 2,000 циклов, но остается в пределах приемлемого диапазона. Аккумулятор этого типа получил маркировочный знак “А” как обладающий почти отличным качеством.

Результаты для NiCd аккумуляторов с элементами более высокой энергетической плотности менее благоприятны, но все еще приемлемы. На рисунке 4 показано устойчивое снижение емкости от исходного значения в 100 % до 70 % при 2,000 циклах. В то же самое время, внутреннее сопротивление повышается от 200 мОм до 255 мОм.

Рисунок 4: Емкость, внутреннее сопротивление и саморазряд 6 V, 700 mA NiCd аккумулятора с элементами высокой емкости.

Более серьезная деградация - увеличение саморазряда после 1,000 циклов. Этот приводит к уменьшению времени работы аккумулятора, так как некоторая часть запасенной энергии непрерывно расходуется внутри него, даже в случае, когда он не используется.

На рисунках 5 и 6 приведены характеристики популярного NiMH аккумулятора. Хорошее состояние аккумулятора наблюдается при количестве циклов заряда / разряда до 300. Емкость существенно выше, чем для NiCd аккумулятора того же самого размера, однако выше и его внутреннее сопротивление. После 300 циклов состояние аккумулятора начинает быстро ухудшаться.

Рисунок 5: Емкость, внутреннее сопротивление и саморазряд 6 V, 950 mA NiMH аккумулятора.

Рисунок 6: Емкость, внутреннее сопротивление и саморазряд 6 V, 750 mA NiMH аккумулятора.

После 700 циклов наблюдается резкое увеличение внутреннего сопротивления и саморазряд. Очевидно, что NiMH аккумулятор не предназначен для работы после 400 циклов. Но такая продолжительность эксплуатации аккумулятора оказывается приемлемой для многих пользователей в обмен на более длительное время работы в течение одного цикла.

Li-ion аккумулятор обладает преимуществами, которых не имеют ни NiCd, ни NiMH аккумуляторы. На рисунке 7 приведены графики зависимости емкости и внутреннего сопротивления типичного Li-ion аккумулятора. Плавное и предсказуемое снижение емкости наблюдается после 1,400 циклов, внутреннее сопротивление лишь немного увеличивается с 400 мОм до 450 мОм. Из-за малого значения саморазряд аккумулятора не проверялся.

Хотя Li-ion аккумуляторы превосходно смотрятся в сравнении с NiMH (по габаритам и отсутствию эффекта памяти, примеч. переводчика), их внутреннее сопротивление - достаточно высокое и обусловлено тем, что Li-ion аккумулятор внутренне представляет собой один единственный элемент. В цифровых сотовых телефонах, импульсный ток вызывает определенную проблему. Чтобы получить требуемую энергию от одиночного Li-ion элемента с напряжением 3.6 вольта, ток должен быть вдвое больше, чем в случае аккумулятора с напряжением 7.2 вольта.

Рисунок 7: Емкость и внутреннее сопротивление 3. 6 V, 500 mA Li-ion аккумулятора.

Кроме того, Li-ion аккумулятор подвержен старению, даже если он не используется. Ухудшение емкости наблюдается примерно после одного года. После двух лет, аккумулятор часто становится неисправным. Поэтому не рекомендуется хранить Li-ion аккумуляторы в течение длительного времени. Максимально наслаждайтесь ими, пока они новые.

Состояние аккумулятора в зависимости от его внутреннего сопротивления

Потребители часто и не подозревают о наличии у аккумулятора такого параметра, как его внутреннее сопротивление, или пренебрегают им. В то время как внутреннее сопротивление, измеряемое в миллиомах (мОм, mOm), - это хранитель аккумулятора и в значительной степени определяет длительность его работы. При более низком внутреннем сопротивлении, аккумулятор может отдать в нагрузку больший пиковый ток, а значит и большую пиковую мощность.

Высокое значение сопротивления делает аккумулятор 'мягким' и приводит к резкому уменьшению напряжения при резком увеличении тока нагрузки. Такой коллапс напряжения характеризует ' слабость' внешне хорошего аккумулятора, потому что запасенная энергия не может быть полностью выдана в нагрузку (вспомните закон Ома, примеч. переводчика). С другой стороны, 'крепкий' аккумулятор с низким внутренним сопротивлением отдает почти всю свою энергию в нагрузку.

Как можно измерить внутреннее сопротивление аккумулятора? Существует много методов, дающих различные результаты. Наиболее известный - это разряд постоянным током при одновременном измерении падения напряжения на аккумуляторе. Поделив напряжение на ток, получим значение внутреннего сопротивления. Другой метод - метод переменного тока, также известный как метод проводимости, позволяет измерить электрохимические характеристики аккумулятора на переменном токе. Таким образом, могут быть обнаружены коррозия аккумулятора и другие дефекты.

В компании Cadex, был разработан импульсный метод измерения внутреннего сопротивления, являющийся ее собственностью. Этот метод, добавленный в новую модификацию анализатора C7000, заключается в подаче некоторого количества импульсов заряда и разряда при одновременном измерении изменения напряжения на аккумуляторе, на основе которых вычисляется внутреннее сопротивление аккумулятора. Метод, известный как OhmTest, позволяет определить внутреннее сопротивление аккумулятора в течение пяти секундах без его разрядки.

Рисунок 8: Анализатор аккумуляторов Cadex C7000 позволяет измерять внутреннее сопротивление аккумулятора. Измерение внутреннего сопротивления может быть произведено для быстрой проверки аккумулятора или быть включено в состав программы анализа / восстановления.

Внутреннее сопротивление аккумулятора стало важнейшим параметром при анализе аккумуляторов, особенно для мобильного цифрового оборудования и применений, требующих больших токов нагрузки. Чтобы лучше понять требования к этим аккумуляторам в процессе эксплуатации, надо отметить, что импульсный ток маленького аккумулятора сотового телефона достигает 1.7 A в режиме передачи. Дефибриляторы для биомедицинских применений потребляют около 10 A в течение нескольких секунд, а ручные инструменты часто потребляют 20 A при тяжелой нагрузке.

Из-за большого разброса данных, получаемых при измерении внутреннего сопротивления аккумулятора, пользователь должен быть знаком с ожидаемыми значениями для данной модели аккумулятора. (Я не видел пока ни одного аккумулятора, на этикетке которого наряду с напряжением и током было бы приведено значение его внутреннего сопротивления. Примеч. переводчика). На значение внутреннего сопротивления влияют несколько факторов – химическая природа аккумулятора, номинальная емкость, тип элемента, число элементов в аккумуляторе, соединенных последовательно, электрический монтаж и тип контактов.

Для оценки полученных результатов, измерьте внутреннее сопротивление хорошего аккумулятора с известным состоянием, и используйте эти данные в качестве образца. Надежный электрический контакт аккумулятора с анализатором имеет существенное значение, так как при плохом контакте измеренное значение внутреннего сопротивления будет завышенным. Подключение аккумуляторов с использованием зажимов типа “крокодил” или длинных проводов не годится. Следует отметить, что аккумулятор должен быть, по крайней мере, на 50 % заряжен, для того, чтобы получить правильное значение его внутреннего сопротивления.

Анализатор C7000 обеспечивает полный анализ состояния аккумулятора, включая напряжение, емкость и внутреннее сопротивление. Кроме того, с его помощью можно быстро протестировать аккумулятор путем измерения его внутреннего сопротивления. Это измерение позволяет получить важную информацию относительно состояния аккумулятора. Из-за короткой продолжительности, с помощью метода OhmTest можно проверить большое количество аккумуляторов за короткий промежуток времени.

Заключение

Проведенные исследования аккумуляторов различной химической природы показали, что каждый вид имеет свои преимущества, но ни один полностью не удовлетворяет поставленным требованиям. Однако из большого количества доступных сегодня различных видов аккумуляторов, всегда можно выбрать один, наиболее удовлетворяющий конкретной области применения. Неуклонная миниатюризация ведет к уменьшению размеров аккумулятора и более длительному времени их работы. Это делает аккумуляторы более привлекательными, но требует дополнительных затрат со стороны пользователя.

С появлением аккумуляторов новых химических структур, наблюдается тенденция отказа от старых и проверенных типов. Так, NiCd аккумуляторы фактически потеряли популярность среди коммерческих пользователей, частично это произошло из-за отрицательной рекламы присущего им эффекта памяти и относительно вредного их содержимого в случае утилизации.

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

Будет справедливо отметить, что в настоящее время наиболее яркой звездой являются Li-ion аккумуляторы. Они обладают многими преимуществами по сравнению с аккумуляторами на основе никеля. Однако, Li-ion аккумуляторы имеют внутреннюю схему защиты, которая предотвращает большой ток нагрузки по соображениям безопасности. Для них характерен также эффект старения, который налагает ограничения для некоторых областей применения.

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

Перевод и техническая редакция Владимира Васильева

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