Аккумуляторы для мобильных устройств: проблемы и решения

Здравствуйте, уважаемые подписчики!

Предыдущие выпуски рассылки:

• Выпуск 2 - "О реальной емкости аккумулятора" + новости
• Выпуск 3 - "О внутреннем сопротивлении аккумулятора" + новости
• Выпуск 4 - "О саморазряде аккумуляторов" + новости
• Выпуск 5 - "О сроке службы аккумуляторов" + новости
• Выпуск 7 - "Об эффекте памяти аккумуляторов" + новости
• Выпуск 8 - "О NiCd аккумуляторах"

Сегодня речь пойдет о NiMH аккумуляторах.

NiMH аккумуляторы.

Область применения: современные модели сотовых телефонов, переносные компьютеры.

Как вы все, наверное, заметили - новые модели сотовых телефонов и портативных компьютеров NiCd аккумуляторами уже не комплектуются. Связано это, на мой взгляд, со следующими моментами:

• Повсеместное распространение получил стандарт сотовой связи GSM, ориентированный на густонаселенную Европу и ее города с плотно размещенными многочисленными базовыми станциями. Вследствие этого от сотовых телефонов уже не требуется такой мощности, как в стандартах AMPS и NMT-450. Отсюда понизились требования по энергоотдаче к аккумуляторам.
• Современная элементная база сотовых телефонов и портативных компьютеров стала менее энергоемкой.
• И немаловажный момент - кадмий, который содержится в NiCd аккумуляторах и требуется их специальная утилизация после окончания срока службы. Здоровье - превыше всего везде, но только не у нас. Поэтому в ряде стран NiCd аккумуляторы просто запрещены для эксплуатации, как это в свое время было с асбестом.

Поэтому на смену NiCd аккумуляторам пришли NiMH, хотя по своим потребительским качествам выигрывают они только в габаритах. Итак.

Исследования в области технологии изготовления NiMH аккумуляторов начались в семидесятых годах и были предприняты как попытка преодоления недостатков никель-кадмиевых аккумуляторов. Однако применяемые в то время металлгидридные соединения были нестабильны и требуемые характеристики не были достигнуты. В результате разработка NiMH аккумуляторов замедлилась. Новые металлгидридные соединения, достаточно устойчивые для применения в аккумуляторах, были разработаны в 1980. Начиная с конца восьмидесятых годов, NiMH аккумуляторы постоянно улучшались, главным образом по плотности запасаемой энергии. Их разработчики отмечали, что для NiMH технологии имеется потенциальная возможность достижения еще более высоких плотностей энергии.

Некоторые отличительные преимущества сегодняшних NiMH аккумуляторов:

• на 30 - 50 % большая емкость по сравнению со стандартными NiCd аккумуляторами.
• меньшая склонность к эффекту памяти, чем у NiCd. Периодические циклы восстановления должны выполняться реже.
• меньшая токсичность. NiMH технология считается экологически чистой.
• К сожалению, NiMH аккумуляторы имеют недостатки и по некоторым параметрам проигрывают NiCd.

Например:

 Число циклов: число циклов заряда / разряда для NiMH аккумуляторов примерно равно 500. Предпочтителен скорее поверхностный, чем глубокий разряд. Долговечность аккумуляторов непосредственно связана с глубиной разряда.

Быстрый заряд: NiMH аккумулятор по сравнению с NiCd выделяет значительно большее количество тепла во время заряда и требует более сложного алгоритма для обнаружения момента полного заряда, если не используется контроль по температуре. (Большинство NiMH аккумуляторов оборудовано внутренним температурным датчиком для получения дополнительного критерия обнаружения полного заряда). Кроме того, NiMH аккумулятор не может заряжаться так быстро, как NiCd; время заряда - обычно вдвое больше, чем у NiCd. Плавающий заряд должен быть более контролируемым, чем для NiCd аккумуляторов.

Ток разряда: рекомендуемый ток разряда для NiMH аккумуляторов значительно меньше, чем для NiCd. Так изготовители рекомендуют ток нагрузки от 0.2C до 0.5C (от одной пятой до половины номинальной емкости). Этот недостаток не критичен, если требуемый ток нагрузки низок. Для применений, требующих высокого тока нагрузки или имеющих импульсную нагрузку, типа переносных радиостанций и мощных инструментов, рекомендуются NiCd аккумуляторы.

 Саморазряд: И для NiMH и для NiCd аккумуляторов характерен приемлемо высокий саморазряд. NiCd аккумулятор теряет около 10 % своей емкости в течение первых 24 часов, после чего саморазряд укладывается примерно в 10 % в месяц. Саморазряд NiMH аккумуляторов - в 1.5-2 раза выше, чем у NiCd. Применение гидридных материалов, улучшающих связывание водорода для уменьшения саморазряда, обычно приводит к уменьшению емкости аккумулятора.

 Емкость: емкость NiMH аккумуляторов примерно на 30 - 50 % больше емкости стандартного (не очень высокой емкости) NiCd аккумулятора того же размера. NiCd элементы очень высокой емкости обеспечивают уровень емкости, близкий к емкости NiMH. (NiCd аккумуляторы очень высокой емкости не могут обеспечивать большой ток нагрузки, как стандартные NiCd аккумуляторы. Они также имеют меньшее количество циклов заряда / разряда, однако большее, чем NiMH аккумуляторы).

Напряжение: Как известно аккумулятор содержит несколько последовательно соединенных элементов, заключенных в один общий корпус, для достижения требуемого для питания устройства напряжения. Номинальное напряжение единичного элемента составляет 1.2 вольта. Соответственно напряжение аккумулятора кратно 1.2 вольта и образует ряд: 1.2; 2.4; 3.6; 4.8; 6.0; 7.2; и т.д. Это ряд номинальных напряжений аккумуляторов. Напряжение заряженного аккумулятора будет выше номинального. Например, для аккумулятора с номинальным напряжением 6 вольт(1.2 В * 5 элементов), напряжение заряженного аккумулятора будет примерно равно 7.5 вольт, а напряжение этого же, но полностью разряженного аккумулятора - 5 вольт. Тренировка этого аккумулятора для устранения эффекта памяти заключается в его разряде до 5 вольт (1 вольт на элемент) и последующем заряде. А восстановление - в разряде до 2 вольт (0.4 вольта на элемент) и последующем заряде. Тренировку можно осуществить в зарядных устройствах с функцией разряда, а вот восстановление - на специальных анализаторах аккумуляторов типа Cadex C7000, C7200. Все выше сказанное о напряжении аккумуляторов справедливо и для NiCd аккумуляторов.

Из рассуждений о напряжении следует интересный вывод. Не пытайтесь искать для своего телефона с номинальным напряжением питания 4.8 вольта Li-ion аккумуляторы. Их просто нет, т.к. напряжение единичного Li-ion аккумулятора равно 3.6 вольта.

В заключение хочу отметить, что технология изготовления NiMH аккумуляторов постоянно совершенствуется. Например, фирма GP Batteries International Limited (www.gpbatteries.com.hk/cgi-bin/cellular/, Email: gpbi@gpbatteries.com.sg)  изготавливает NiMH аккумуляторы для сотовых телефонов фирмы Motorola Micro Tac **. В сопроводительной этикетке на аккумуляторы указаны следующие параметры: количество циклов разряда /заряда - 1000, отсутствие эффекта памяти и необходимости разряда аккумулятора перед зарядом. Словом, параметры более чем привлекательны. И что интересно это первый случай, когда изготовитель указал количество циклов разряда /заряда для своего аккумулятора в сопроводительной этикетке. А теперь о качестве. Интересно заметить, что мне лично пришлось столкнуться с двумя партиями аккумуляторов этой фирмы на 1000 мА*час и на 1800 мА*час. При проверке оказалось - небо и земля. Как замечательны были первые, так отвратительны - вторые. Поставщик объяснил просто - брак. А вот почему, так до сих пор и не ясно.

В следующем выпуске рассылки - рассмотрим Li-ion аккумуляторы, которые по прогнозам в недалеком будущем заменят NiMH аккумуляторы в сотовых телефонах и переносных компьютерах.

Новости

Попал в руки журнал "Изобретатель и рационализатор" #3, 2000г. с любопытной статьей на интересную тему, которая обсасывается в этом журнале периодически лет 25, если не больше. Статья "Таблетки вместо аккумуляторов" посвящена выпускаемым отечественным конденсаторам "Эконд-супер". Эконды работают на пару со штатным аккумулятором и используются в частности, для облегчения пуска двигателей, особенно, в зимних условиях, локомотивов, Камазов, легковых автомобилей. А вообще эконды планируются для гибридных автомобилей.

К слову, поразило в журнале другое. Нет электронного адреса, нет места в Интернете и практически полное отсутствие рекламы. Первое - очень удручает.

Для вас пишет автор рассылки - Владимир Васильев vean@mail.ru