Аккумуляторы. Справочник
Шрифт:
Чтобы избежать последствий данного эффекта, необходимо выполнять тренировку аккумулятора. Тренировкой называют циклические (3–4 раза) заряды и разряды аккумулятора до напряжения около 1 вольта на каждый элемент.
Тренировка выполняется с помощью настольных зарядных устройств, которые имеют функцию разряда. Выполняется данная процедура один раз в месяц. Более часто делать эту операцию не рекомендуется, пользы будет немного, а вот износ батареи значительно повысится. Однако при сильно запущенном состоянии аккумулятора тренировка становится неэффективной, и результата можно добиться только применением восстановления, которое основано на очень глубоком разряде, около 0,4 В на каждый элемент, который выполняется с использованием специального алгоритма.
Кроме того, никель-кадмиевые (Ni-Cd) аккумуляторы специфицируются для разряда при температурах до —20 °C и имеют оптимальные характеристики при низких температурах. Под небольшой нагрузкой элементы с напряжением 1,2 В при 0 °C отдают около 95 % от своей емкости.
При той же температуре под большой нагрузкой емкость уменьшается до 90 %. При понижении температуры до —20 °C можно рассчитывать на 60 % емкости, хотя при малых токах батарея способна отдать до 80 % емкости.
При —40 °C можно ожидать до 40 % емкости при малых токах нагрузки, но батарея будет практически неспособна отдать большой ток (например, при переходе портативной радиостанции в режим передачи).
Никель-кадмиевые батареи имеют малое внутреннее сопротивление и умеренный саморазряд.
1.1.2. Никель-металлогидридный (Ni-MH)
Аккумуляторы никель-металлогидридного типа (Ni-MH) изначально предназначались для замены никель-кадмиевых батарей. Первые значимые результаты и разработки по этой теме появились только в 80-х годах XX века. В настоящее время аккумуляторы этого типа почти полностью заменили никель-кадмиевые и являются одним из самых распространенных видов аккумуляторов. По сравнению с никель-кадмиевыми, они имеют почти на 40 % большую энергетическую плотность, что позволяет значительно уменьшить размеры и вес батареи. Кроме того, эти аккумуляторы не содержат кадмий, и потому являются экологически безвредными. Значительно меньше проявляется эффект памяти, что позволяет проводить тренировку только один раз в два месяца.
Однако некоторые параметры еще оставляют желать лучшего. Так, ресурс их составляет всего 500 циклов разряда и заряда, к тому же саморазряд порой доходит до 10 % за сутки и до 30 % в месяц. Да и время заряда больше почти в два раза. Относительно большая цена тоже один из недостатков этих батарей. Новые никель-метал-логидридные аккумуляторы Sanyo Eneloop, созданные по технологии LSD (2006), практически нивелировали проблему саморазряда в этих аккумуляторах.
АКБ выдерживают до 1500 циклов заряда разряда, могут работать в условиях больших нагрузок, и саморазряд у них 15 % заметен через год хранения, а через 3 года хранения они разряжаются всего на 25 %.
В свое время казалось, что это весьма перспективные АКБ, но их шумно разрекламированные преимущества на деле не оправдали ожиданий потребителей из-за небольшого срока службы.
Отличительные преимущества современных Ni-MH батарей следующие:
• емкость примерно на 30 % больше емкости Ni-Cd батарей при тех же габаритах;
• они меньше склонны к эффекту памяти, чем Ni-Cd батареи (периодические циклы восстановления нужно выполнять реже);
• низкая токсичность (Ni-MH технология считается экологически чистой).
Недостатки Ni-MH батарей и аккумуляторов
К сожалению, Ni-MH батареи имеют свои недостатки. По сравнению с Ni-Cd батареями, у них меньший срок службы – около 500 циклов «заряда/разряда», более быстрый саморазряд (в 1,5–2 раза) и более высокая цена. Никель-гидридные (Nickel-Metal Hydride, Ni-MH) аккумуляторы считаются работоспособными до температуры окружающей среды —20 °C.
Под малой нагрузкой они способны обеспечить до 90 % от своей емкости при комнатной температуре (25 °C), однако под большой нагрузкой при этой же температуре стоит рассчитывать всего лишь на 40 % емкости. При температурах порядка 0 °C и малых токах разряда эти аккумуляторы обеспечивают порядка 95 % от своей емкости при комнатной температуре и около 90 % при больших токах.
Несмотря на значительное снижение емкости под большой нагрузкой при низких температурах, эти аккумуляторы рекомендованы при отрицательных температурах (до —3 °C) при малых токах разряда.
Потерю заряда вызывает и их старение. У изношенной батареи пластины электродов разбухают и начинают слипаться друг с другом, что приводит к повышению тока саморазряда. Укрупнение кристаллических образований в NiCd-батареях на основе никеля происходит в основном из-за слишком долгого нахождения ее в зарядном устройстве и многократного заряда без периодического полного разряда.
Разукрупнить кристаллические образования позволяет проведение такой процедуры, как тренировка, которую достаточно проводить один раз в 30–60 дней.
1.1.3. Литиевые аккумуляторы
Литиевые (Li-Metal) аккумуляторы имеют напряжение элемента 3 В и специфицируются для использования при температурах окружающей среды до —30 °C. Их рекламируют к применению (как имеющих наиболее высокую плотность энергии при комнатной температуре по сравнению с любыми другими типами аккумуляторов), однако это преимущество постепенно «сходит на нет» при понижении температуры.
При температуре около 0 °C емкость этих батарей падает примерно до 70 % от их емкости при комнатной температуре, при – 20 °C – до 55 %, а при – 30 °C можно рассчитывать примерно на 40 % емкости. Эти аккумуляторы до сих пор считаются не безопасными при разгерметизации, и производители продолжают работать над их усовершенствованием.
Ввиду специальных требований к режиму заряда и по соображениям безопасности все выпускаемые типы литиевых аккумуляторов доступны только в виде законченных батарей для определенных типов аппаратуры, в которые встроены предохранительные устройства и, зачастую, контроллеры заряда.
1.1.4. Литий-ионные (Li-Ion) АКБ
Разработка этих аккумуляторов началась в далеком 1912 году. Несмотря на это, на прилавках магазинов первые батареи этого типа появились в только в 70-х годах. Спустя 10 лет была предпринята попытка создать перезаряжаемую батарею, однако тогда это оказалось невозможным в связи с высокой опасностью при работе данных аккумуляторов.
В 1991 году от вполне реальных микровзрывов мобильных телефонов с литиевыми батареями пострадало несколько человек. Именно потому самые первые партии этих батарей, которые выпустили на рынок Японии, пришлось срочно отзывать из продажи. В связи с нестабильностью лития, разработчики направили свое внимание на неметаллические литиевые батареи, в которых использовались ионы лития. В очень короткие сроки, в течение того же 1991 года, на рынок были выпущены первые образцы литий-ионных аккумуляторов. Эти батареи имеют встроенную систему управления, которая позволяет ограничить напряжение и ток при работе батареи. Применение системы управления позволило обеспечить безопасность и долговечность аккумулятора, а также взять под контроль температуру батареи.