Более детально
СПРАВКА
Никель-кадмиевые (Ni-Cd) и никель-металлогидридные (Ni-MH) аккумуляторы ставят в мобильные телефоны с самого начала их истории, и в течение довольно длительного времени они сохраняли лидерство на своем поприще. Но не так давно первенство заняли аккумуляторы нового типа — Li-Ion. Их появлению предшествовала почти семидесятилетняя работа химиков. Первый такой элемент питания появился еще в начале XX века, однако его промышленное применение началось лишь ближе к концу века. Причина этого крылась в том, что литий, как очень активный металл, представлял серьезную опасность для человека при резких изменениях внешней среды — в основном температуры, а долгое время держать под контролем тепловое равновесие батареи не удавалось. Известен случай, когда большое (правильнее будет сказать, громадное) количество литиевых аккумуляторов для мобильных телефонов, поставленных в Японию в 1991 году, было отозвано из-за многочисленных жалоб пользователей на их внезапные воспламенения, вызывающие тяжелейшие ожоги у людей. Поэтому сейчас в качестве альтернативы между отличными качественными характеристиками лития и его частым неадекватным поведением нами используются неметаллические аккумуляторы на основе ионов лития — то есть Li-Ion. Однако мысль о повышении безопасности литиевых аккумуляторов ни на минуту не оставляла в покое умы самых лучших конструкторов и ученых. Вскоре решение этой проблемы было найдено: идеальный вариант — это использование в аккумуляторах твердого полимерного электролита, что является основополагающим принципом полимерных батарей.
Для аккумуляторов на основе никеля — никель-кадмиевых и никель-металлогидридных — используется несколько различающихся видов зарядки, но всех их объединяет одно — обеспечение постоянной силы тока.
Первый тип зарядки — стандартный (струйный). Осуществляется путем подачи тока, величина которого равна десятой части от числовой емкости батареи, на клеммы аккумулятора. Так, например, для аккумулятора емкостью 800 мА/ч это значение равно 80 мА. При этом замеряется напряжение на контактах, что создает возможность определить момент окончания зарядки. Когда батарея полностью заполнится электричеством, напряжение немного возрастет. Вскоре после этого сила тока постепенно уменьшится вплоть до нуля. В настоящее время подобный алгоритм почти не применяется ввиду длительности процесса, разве что в некоторых настольных зарядных устройствах в качестве режима, продлевающего срок службы батарей.
Второй тип — «быстрый заряд». Заключается он в том, что на контакты батареи подается ток, по величине равный промежуточному значению между одной третью и полным значением емкости аккумулятора. Контроль осуществляется аналогично тому, как описано в предыдущем способе. При такой зарядке батареи довольно сильно нагреваются, особенно если подаваемый ток велик. По этой причине после окончания процесса зарядки, обычно длящегося 3–5 часов, блок питания следует сразу же отключать, дабы не случилось какой-нибудь беды.
Третий тип зарядки — так называемый дельта-V. Величина V показывает изменения напряжения на клеммах, благодаря чему системой делается вывод об окончании процесса зарядки. Как правило, значение V принимается равным 10 мВ. Если напряжение упадет на такую величину, схема управления молниеносно зарегистрирует это и уменьшит ток до величины, необходимой для компенсации явления саморазряда. При этом используется контроль температуры: в момент окончания зарядки батарея прилично нагревается, вследствие чего срабатывает температурный датчик, встроенный в управляющую схему. Величина тока в процессе зарядки устанавливается в размере, равном промежутку от половины значения емкости до полной ее величины. Этот способ — самый лучший и самый действенный применительно к никелевым элементам питания и особенно к никель-металлогидридным.
Необходимо помнить, что подача электропитания на клеммы аккумулятора после его полной зарядки вредна для него, тем более при больших значениях тока. Однако следует заметить, что современные алгоритмы и реализующие их схемы контроля позволяют максимально уменьшить эту опасность.
Отдельной строкой следует упомянуть способ реверсивной зарядки. В этом случае короткие импульсы разряда (то есть тока от батареи) чередуются с длинными импульсами заряда, что весьма положительно влияет на работоспособность батареи и препятствует возникновению «эффекта памяти». Данный алгоритм применяется только в анализаторах аккумуляторов.
Отдельным (и я бы даже сказал особым) классом являются автомобильные зарядные устройства. При использовании алгоритма дельта-У-заряда при работе от электросети автомобиля точно определить значение величины V мешают многочисленные шумы и помехи, вызванные недостаточным качеством электропитания в сети, что приводит к повышению заряда аккумулятора и его скоропостижной кончине. Именно поэтому надо с определенной осторожностью относиться к автомобильным ЗУ. Лучше выбирать те из них, которые имеют хорошо работающие сглаживающие фильтры и стабилизаторы.
ВИДЫ АККУМУЛЯТОРОВ
Никель-кадмиевые (Ni-Cd)
♦ Достоинства: превосходная работоспособность в широком диапазоне температур, в том числе возможность заряда при отрицательных температурах; способность отдавать в нагрузку большой ток; длительный срок службы (свыше тысячи циклов заряда/разряда при правильной эксплуатации и обслуживании); слабая чувствительность к неправильной эксплуатации; легкое восстановление при понижении емкости и после длительного хранения.
♦ Недостатки: необходимость периодической полной разрядки аккумулятора для сохранения эксплуатационных свойств (устранения «эффекта памяти»); высокий саморазряд (до 10 % в течение первых 24 часов); большие габариты по сравнению с аккумуляторами других типов.
Никель-металлогидридные (Ni-MH)
♦ Достоинства: примерно на 30 % большая емкость по сравнению со стандартными Ni-Cd-аккумуляторами при тех же габаритах; меньшая склонность к «эффекту памяти», чем у Ni-Cd; периодические циклы восстановления должны выполняться реже; меньшая токсичность (Ni-MH технология считается экологически чистой).
♦ Недостатки: меньшее число циклов заряда/разряда (около 500), более высокий саморазряд (выше в 1,5–2 раза) и более высокая цена.
Литиево-ионные (Li-Ion)
♦ Достоинства: высокая плотность электрической энергии, вследствие чего габариты при той же самой емкости меньше; низкий саморазряд (примерно 2–5 % в месяц плюс около 3 % на питание встроенной электронной схемы защиты); отсутствие каких-либо требований к обслуживанию, за исключением необходимости длительного хранения в заряженном состоянии.
♦ Недостатки: для аккумуляторов некоторых производителей применима работа только при положительных температурах; подверженность процессу старения, даже если аккумулятор не используется.
Литиево-полимерные (Li-Pol)
♦ Достоинства: почти стопроцентная безопасность эксплуатации (так как применяется твердый электролит, не проводящий электрический ток, но допускающий обмен ионами); применяемые материалы экологически чистые; более легкий и тонкий корпус.
♦ Недостатки: не совсем стабильная работа при комнатной температуре.
При зарядке литиево-ионных и литиево-полимерных аккумуляторов применяется постоянное напряжение.
Здесь также проводится контроль напряжения на контактах батареи, причем допустимые значения отклонений очень малы. Верхний предел напряжения на элементе составляет 4,1–4,2 В (в зависимости от типа электрода). Превышение этого значения опасно для батареи, поэтому в аккумуляторы типа Li-Ion встраивают микросхемы контроля, отключающие батарею при скачках напряжения (как при очень низком напряжении на контактах, так и при достижении полного заряда). Используемая микросхема делает аккумулятор более удобным в эксплуатации, за что приходится расплачиваться материально — деньгами. Объясняется это применением более сложных элементов управления.
