Андрей Кашкаров - Аккумуляторы. Справочник

• Название: Аккумуляторы. Справочник
• Автор: Андрей Кашкаров
• Жанр: Техническая литература
• Год: 2014
• ISBN: 978-5-93037-261-8

В книге рассматриваются современные аккумуляторы для бытовой радиоэлектронной аппаратуры, их электрические и технические характеристики. В полном спектре справочных сведений – сверхтонкие аккумуляторы для портативной (компактной) радиоаппаратуры, водоактивируемые накопители энергии, а также мощные аккумуляторы для автомобильной и специальной техники, электростанций. Рефреном проходит тема о способах и опыте восстановления потерявших ёмкость аккумуляторов, что делает книгу незаменимым пособием для рачительного хозяина и специалиста в своей отрасли.

Книга ориентирована на специалистов и широкий круг читателей.

---

мобильных телефонах. Для них могут изготавливаться аккумуляторы толщиной в 1 мм. Конкретный пример показан на рис. 1.1.

Рис. 1.1. «Тонкий» аккумулятор

«Старение» данного вида аккумуляторов происходит так же, как и литий-ионных. Даже если аккумулятор лежит без действия, за два года он потеряет до 20 % емкости. Хранить такие устройства рекомендуется полузаряженными (на 40–50 %) при температуре 0…10 °C.

При более низких температурах происходит кристаллизация полимерного материала, и снижение его электропроводных свойств. Отчасти поэтому аккумуляторы имеют иную энергоемкость (при прочих равных условиях) при температурах ниже 0 °C.

Преимущества литий-полимерных аккумуляторов заключаются в низком саморазряде, высокой плотности энергии на единицу массы и объема, небольших перепадах напряжения в процессе разряда, гибких формах и толщине элементов до 1 мм, 300…500 рабочих циклов.

Для предотвращения перегрева и перезарядки устройства оснащены специальной микросхемой, которая регулирует интенсивность разряда. Благодаря тому, что в устройствах отсутствует жидкий электролит, они более безопасны.

Современные литий-полимерные аккумуляторы имеют улучшенные свойства, высокую интенсивность электроотдачи, увеличенный температурный диапазон для применения, поэтому с успехом используются в производстве различной электроники (сотовые телефоны, ноутбуки, фотоаппараты).

1.2. Отличительные особенности портативных аккумуляторов для бытовых электронных устройств

Современные портативные аккумуляторы для бытовых электронных устройств – это, прежде всего, Li-Ion polymer элементы. Рассмотрим их отличительные особенности:

• легкий вес, малая толщина, широкая область применения, гибкость встраивания в разработку;

• легко приспосабливаются под любое приложение пользователя;

• имеют высокую энергетическая плотность, большая емкость при малых габаритах;

• применяются для питания телекоммуникационного оборудования и систем связи, в бытовых мобильных и спутниковых телефонах, видеотехнике.

В табл. 1.1 представлены Li-Ion polymer элементы для аккумуляторов с номинальным напряжением питания 3,7 В.

Таблица 1.1

Литий-полимерные (Li-ion polymer) элементы для аккумуляторов с номинальным напряжением питания 3,7 В

* Нет данных

1.3. Аккумуляторы современных сотовых телефонов

Все приведенные выше выкладки верны для новой правильно заряженной батареи. А если она уже не новая? Если она заряжена неправильно? Что делать? Постараемся разобраться, как устроена аккумуляторная батарея современного мобильного телефона, каковы ее основные характеристики и правила использования.

Аккумуляторные батареи, применявшиеся и применяемые в современных сотовых телефонах – литий-ионные – Li-lion (Lithium Ion) и литий-полимерные – Li-Pol (Lithium Polymer) почти полностью вытеснили все другие, ранее актуальные типы: никель-кадмиевые – Ni-Cd (Nickel Cadmium) и никель-металлгидридные – Ni-MH (Nickel Metal-Hydride).

Рис. 1.2. АКБ к различным современным сотовым телефонам

На рис. 1.2 представлена АКБ к различным современным сотовым телефонам с разным номинальным напряжением.

Литий-полимерные батареи появились на рынке сотовых телефонов и портативных компьютеров недавно, они немного дешевле, чем литий-ионные батареи при одинаковой плотности энергии. Выдерживают примерно 150 циклов заряда-разряда.

Литий-полимерные батареи изготавливаются в разнообразных пластичных геометрических формах, нетрадиционных для обычных батарей. Они достаточно тонкие по толщине и способны заполнять любое свободное место.

Основными параметрами аккумуляторной батареи телефона являются:

• электрическая емкость;

• внутреннее сопротивление;

• напряжение;

• саморазряд;

• срок службы.

1.4. Аккумуляторы портативной аппаратуры для эксплуатации в холодном климате

Владельцы аппаратуры радиосвязи сталкиваются с проблемами, связанными с отсутствием в продаже аккумуляторных батарей для портативных радиостанций, сотовых телефонов и подобных им изделий.

Рис. 1.3. Аккумулятор портативной радиостанции Kenwood

Нередки случаи, когда невозможно приобрести оригинальные аккумуляторные батареи (в том числе для снятой с производства аппаратуры). Актуальные проблемы могут иметь место при необходимости установить вместо штатного аккумулятора автономный источник питания повышенной емкости (для увеличения времени работы радиоаппаратуры от аккумуляторных батарей).

Штатные (посадочные) места для различной аппаратуры, рассчитанной на работу от аккумуляторов, не являются универсальными, поэтому часто при необходимости заменить аккумулятор, например, у портативной радиостанции, приходится долго искать именно оригинальный, ведь ни один другой по размерам и конструктивным особенностям корпуса просто не подходит. На рис. 1.3 изображен внешний вид аккумулятора от портативной радиостанции Kenwood TH-F7.

Для того, чтобы правильно подбирать и заменять аккумуляторы к различной радиоаппаратуре, необходимо проводить сравнительный анализ и использовать обзорные данные; что несомненно поможет в выборе источников питания портативной аппаратуры для эксплуатации в различных климатических условиях.

1.5. Аккумуляторы больших типоразмеров

1.5.1. Свинцовые кислотные (Lead-Acid) аккумуляторные батареи

Свинцовые кислотные (Lead-Acid) аккумуляторные батареи являются основной «рабочей лошадкой» в системах связи в тех случаях, когда требуется значительная емкость (например, в качестве резервных источников питания базовых станций). Существующие герметичные (гелевые) батареи и батареи с жидким электролитом (свинцовые) имеют примерно одинаковые электрические характеристики при низких температурах.

При 25 °C (без подключения к устройству нагрузки) они длительное время сохраняют 95 % от своей емкости. При понижении температуры до —20 °C емкость падает значительно. Свинцовые батареи с жидким электролитом имеют более высокую плотность энергии относительно герметичных гелевых, но уступают по этой характеристике другим типам аккумуляторных батарей.

1.5.2. Модификация свинцовых батарей – AGM (Absorption Glass Mat)

В этих батареях электролитом пропитан наполнитель из материала, напоминающего стекловату с очень тонкими стеклянными волокнами.

Рис. 1.4. Свинцовая АКБ LPG-12-200

Рис. 1.5. Свинцовая перезаряжаемая АКБ DJW-12-18

По электрическим характеристикам они занимают промежуточное положение между гелевыми батареями и батареями с жидким электролитом, и данный тип батарей практически лишен одного из наиболее неприятных недостатков гелевых батарей – необратимого увеличения внутреннего сопротивления батареи при небрежной эксплуатации, когда в силикагеле, используемом для фиксации электролита, образуются разрывы из-за пузырей газа.

Примеры свинцовых батарей на рис. 1.4 и 1.5.

1.5.3. Перезаряжаемые щелочные батареи

Перезаряжаемые щелочные батареи (Rechargeable Alkaline – не путать с аккумуляторами, которые в старых публикациях до 1990 г. назывались «никель-кадмиевы-ми щелочными батареями») имеют высокое внутреннее сопротивление уже при комнатной температуре, что приводит к серьезному падению напряжения при использовании их в передающей аппаратуре с мощностью свыше 0,1 Вт (максимальный рекомендуемый ток разряда не превышает 400–500 мА).

Рис. 1.6. Перезаряжаемая щелочная батарея из миниатюрного «китайского» фонарика

При низких температурах проблема усиливается, поэтому их использование в передающей аппаратуре зимой нецелесообразно. При низких температурах эти батареи подходят только для маломощных устройств, обеспечивая при малых токах разряда около 75 % от емкости при комнатной температуре и при 0 °C, и менее 20 % при —20 °C. Привлекательной для потребителя особенностью этих батарей является их весьма малый (для аккумуляторов) саморазряд.

Основным недостатком батарей, выполненных по этой технологии, является их недолговечность (малое число циклов заряд-разряд, которые они способны отработать при допустимой потере емкости).

Рис. 1.7. Перезаряжаемая щелочная батарея из мощного «китайского» фонарика

Один из примеров перезаряжаемой щелочной батареи, которую можно сегодня увидеть в «китайском» фонарике, представлен на рис. 1.6 и 1.7.

1.6. Анализаторы/кондиционеры батарей

Одним из электронных изделий современной промышленности, способных значительно упростить эксплуатацию носимых радиостанций, является анализатор батарей, предназначенный для контроля над состоянием батарей и реализующий автоматическую тренировку аккумуляторов. При помощи этого прибора можно оперативно оценить степень потери емкости (износа) аккумуляторных батарей, а также произвести тренировку для устранения последствий неоптимальной эксплуатации и снятия «эффекта памяти».