Inferno #09
31 июля 2006
  Железо  

Ликбез - Аккумуляторы. История, типа преимущества и недостатки.


Аппаратное обеспечениеУстройства и схемы не связанные с ZX Spectrum

        От аккумуляторов прошлого,
           вспомним век 20-й...

   Наверно,самые первые и весьма эффектив─
ные  аккумуляторы (в массе) были на основе
кислот,их иногда называют свинцовыми (Pb -
аббревиатура свинца, обычно указывается на
корпусе таких аккумуляторов). Они получили
широкое  распространение  в  автомобилях и
некоторых  менее  официальных устройствах.
До сих пор используются, например,в беспе─
ребойниках. Такая популярность обусловлена
дешёвыми  компонентами (сульфиды, свинец),
большой  ёмкостью и мощностью, перегрузоч─
ной "терпимостью" и весьма большим  числом
циклов использования.А из недостатков мож─
но вспомнить  невысокий КПД, повышеную за─
висимость мощности от температуры (в обла─
сти  низких  температур),  взрывоопасность
(снабжают  открываемыми  на  период заряда
клапанами), нелинейность, сильную  зависи─
мость внутреннего сопротивления от ёмкости
(оставшегося заряда). Некоторый прогресс в
развитии этих аккумуляторов позволил выпу─
скать  и полностью  герметичные  модели (в
UPS), и с повышеным КПД (ненамного прибли─
женным к 60%).
   Следующей  ступенькой  в  нашей  стране
стали   щелочные  аккумуляторы,  а  именно
никель-кадмиевые  (аббревиатура Ni-Cd). Но
был  весьма большой подвох. Во-первых, они
производились  в  ограниченном количестве,
что  порождало страшный дефицит и отталки─
вало производителей. А так как был ограни─
чен  ещё и выпускаемый номинал, это сильно
снизило их популярность. Но не позволил им
"утонуть"  подобный  же  дефицит  по сухим
элементам питания. Во-вторых,вся номенкла─
тура этих аккумуляторов была маломощной и,
соответственно, относилась к бытовой мело─
чи. Аккумуляторы  этого  типа обладали КПД
около 70%,большим количеством циклов испо─
льзования,весьма низким и стабильным внут─
ренним сопротивлением,были более терпеливы
к низкой  температуре. Но  их ёмкость была
весьма мала,и им был присущ эффект памяти,
который  ограничивал используемую мощность
и  скрадывал  некоторые достоинства, а для
эффективного применения  требовал  опыта в
его обслуживании. Вообще,та безграмотность
в применении подобных вещей, которая часто
у  нас  выдавалась за грамотность, требует
отдельных подзатыльников в адрес соответс─
твующих масс. Но, если покороче...
   Щелочные аккумуляторы у нас выпускались
явно  слабыми (те самые, дисковые: Д 0,хх)
и, исходя  из своих типовых характеристик,
могли  отлично  и  долго служить согластно
номинальному  току  разряда. И при  этом с
незначительным эффектом памяти, а иногда и
без  него, т.к. номинальный  ток  в лучшем
случае (для "Д 0,55 С") составлял  110 мА,
а  это  редко где требовалось. При большей
нагрузке росли потери на внутреннем конта-
кте и эффекте памяти. А если вспомнить из─
вестные заряжаемые фонарики на Д 0,26 Д (с
номинальным током разряда 26 мА),в которых
этот  ток  10-кратно больше, то проблемы с
использованием аккумуляторов Д-типа вслед─
ствие  неразумного  технического прогресса
вполне  объяснимы. И, что  самое позорное,
продолжаются до сих пор...Ну,а современные
пальчиковые  аккумуляторы  обладают весьма
мощными выходными характеристиками и высо─
кой ёмкостью,но сохраняют недостатки акку─
муляторов  прошлого, в переносе на бОльшую
отдаваемую мощь.
   Следует отметить,что речь идёт об акку─
муляторах в массе.И тем,кто хочет сказать,
что у нас выпускались и прочие типы, бОль─
шей  мощности, следует  попридержать  свой
пыл. Я не опровергаю существование прочих,
но доступны и известны многим потребителям
они не были! Лишь  в последние годы щелоч─
ные  аккумуляторы стали успешно конкуриро─
вать  на  авторынке с кислотными, а ведь в
развитых  странах  уже  используют  литие─
вые...
   Рынок  сотовой связи серьёзно продвинул
аккумуляторный  прогресс, из-за  возросших
требований к ёмкости при сохранении компа─
ктности. Следующий шаг: никель-металл-гид─
ридные аккумуляторы (NiMH). Они используют
соединения  водорода с щелочными металлами
- гидриды,те самые,которые использовали на
спутниках с давних времён,а может,и сейчас
используют...Благодаря высокой энергоёмко─
сти таких химических связей, ёмкость стан─
дартных элементов ("AA", "AAA" типа и про─
чих)  заметно  возросла, а отдача увеличи─
лась,понизилось внутреннее сопротивление,и
почти исчез эффект памяти. В общем,все ха─
рактеристики возросли, и КПД превысил 70%.
Возможно, производители и завышают некото─
рые характеристики, к примеру,значение ём─
кости с учётом полного разряда, когда нап─
ряжение  падает гораздо ниже номинального.
Лично у меня в бритве стоит NiCd аккумуля─
тор  какой-то  китайской фирмы типа "Файи─
рянь" - точно не помню - на 1.2V 500mAh, и
работает как зверь при токе более 2 ампер,
отдавая  пусть  не  всю, но почти всю свою
энергию, и мне не верится, что современный
"AA"  бОльшей  ёмкости  будет  тоже так же
служить и не сдохнет вскоре...
   И,наконец,литиевые аккумуляторы, литий-
ионные (Li-ion).Очередной скачок ёмкости и
мощности, равно как и улучшение прочих па─
раметров. Наверно, здесь тоже используются
гидриды,а возможно,напротив,сложные соеди─
нения, способные быстро реагировать,высво─
бождая огромную энергию. Лёгкостью их рас─
пада  можно объяснить бОльшую чувствитель─
ность этих аккумуляторов к перегреву.Обла─
дая неким подобием мощного ионистора (кон─
денсатора  очень большой ёмкости - фарады,
но слаботочного) и генерируя большие токи,
такие аккумуляторы становятся весьма опас─
ными. Думаю,многим известно,как "стреляет"
при замыкании конденсатор большой ёмкости,
заряженный до высокого напряжения (запаса─
емая в нём энергия пропорциональна квадра─
ту напряжения),а ведь энергия в них ничто─
жна перед литиевым аккумулятором. Нетрудно
догадаться,какой эффект будет при подобном
разряде аккумулятора.По сути,любой взрыв -
это быстрое высвобождение большого количе─
ства энергии.Но поскольку продукты распада
электрохимической  реакции не газообразны,
энергия  будет  преимущественно тепловой и
расплавит  аккумулятор  внутри. Вообще  на
каждом  аккумуляторе есть предупреждение -
не закорачивать концы,а на большинстве и о
взрывоопасности (в основном,при нагреве).

   Если проследить прогресс аккумуляторов,
то  ясно, что  со снижением их внутреннего
сопротивления  падает  их инерционность на
отдачу  энергии  и  возрастает взрывоопас─
ность.В частности,старые кислотные аккуму─
ляторы могли и закипеть, и после этого ещё
и работали,а современные могут сдохнуть за
считанные секунды.Замыкать так же вредно и
кондёры - во всех случаях энергия частично
разрушает свой носитель, снижая его харак─
теристики и срок службы.Когда-то я замкнул
один  из аккумуляторов GP 1500 mAh "АА" от
своего плеера (не переключил щуп тестера с
предела 10А на основной), и, видимо, с тех
пор суммарное время работы сократилось. Не
ценой ёмкости,а ценой внутреннего сопроти─
вления,которое заметно возросло. Хотя я не
запомнил,какой именно из двух замкнул,один
под нагрузкой заметно сильнее просаживает,
а ведь  замкнул  на  пару  секунд - не бо─
лее...
   Для  литиевых  аккумуляторов характерна
большая ЭДС, т.е. они сразу генерируют на-
пряжение  своего номинала, а не состоят из
нескольких соединённых элементов, как про─
чие аккумуляторы. В старых сотовых телефо─
нах (BOSCH) используются  литиевые аккуму─
ляторы без схемы защиты,хотя с идентифика─
ционным резистором и с термодатчиком. Поэ─
тому их легко повредить замыканием.
   Собственно,разбомбив один такой дохлый,
я и узнал о его внутренностях.В металличе─
ской  банке (герметичной) размещался набор
плоских чередующихся электродов, и это всё
в среде какого-то спирта или чего-то похо─
жего, долгосохнувшего. Проще подумать, что
это конденсатор... А может, всё так неясно
выглядело потому,что он был дохлый и взду─
тый.Но что интересно,герметичность не была
нарушена, и  при  вскрытии послышался звук
проходящего газа.Да,он действительно напо─
минал конденсатор. Полностью разломав кон─
тейнер, я обнаружил две смотанные металли─
ческие  ленты  (с  торца они смотрятся как
набор пластин).Похоже,это алюминий и медь.
На них подсохший полопавшийся чёрный налёт
и подложка (что-то вроде) полиэтилена, ко─
торая не то разделяет металлы,не то их па─
ры, смотанные в два слоя. Конечно,электро─
химическая ЭДС  данной пары металлов очень
мала, но  к ним добавляется ЭДС соли (либо
реактива) на основе  лития, благодаря чему
достигается большое напряжение. Отсутствие
последовательного  соединения элементов (и
соответственного разбаланса их характерис─
тик) исключает  соответствующие потери при
эксплуатации  и делает аккумулятор заметно
надёжней. А огромная  площадь  металлов и,
следовательно,реагентов резко снижает вну─
треннее сопротивление с потерями.

    Как это происходит в целом и везде

   Потери,как известно,есть всегда... Если
рассмотреть  процесс  генерации  энергии в
элементах питания, то можно отметить нали─
чие  баланса, впрочем, как и в большинстве
других  методов получения энергии.
   В нашем случае  всегда есть так называ─
емая поверхностная (либо приповерхностная)
ёмкость, и на ней откладывается генерируе─
мый  химической реакцией заряд. Заряды от─
кладываются  на  токосборниках (обычно ме─
таллы, сплавы и уголь),с которых потом по─
ступают в нагрузку. Они представляют собой
классические электроны и дырки (корректнее
сказать - дефицит электронов). Непосредст─
венно  прилегающий  к  токосборникам  слой
(реактива / электролита) поляризуется про─
тивоположным знаком  и уже ионами веществ.
Но самое главное то,что химическая реакция
без нагрузки по сути не происходит, её по─
давляет  та самая ЭДС ёмкости на токосбор─
никах. Наступает баланс, когда энергетиче─
ски выгоднее сохранить исходные химические
компоненты,чем получить от их реакции эне─
ргию, почти  равную  энергии преодолевания
ЭДС ёмкости.
   Как  же так? Ведь энергия источника ог─
ромна? Да, огромна, и содержится в массе,в
объёме аккумулятора, но реакция происходит
на границе раздела реагентов - веществ. На
той границе, у которой собираются заряжен─
ные ионы.Электрическое поле ионов скомпен─
сировано ЭДС ёмкости токосъёмников посред─
ством цепочек прилегающих ионов,передающих
знак  заряда и вектор поля через всю массу
реагентов - от  токосъёмников  на  границу
раздела веществ.
   Когда под действием нагрузки ток стека─
ет, а напряжение  на ёмкости токосъёмников
падает, баланс нарушается, и энергетически
более выгодно прореагировать, что и проис─
ходит  до установления очередного баланса.
Но количество заряженных ионов в среде па─
дает и,соответственно,возрастает сопротив─
ление.Падает и проводимость среды от токо─
съёмников к границе реакции.Уменьшение чи─
сла заряженных ионов и частичное разбавле─
ние  среды нейтральными продуктами реакции
понижает  напряжённость на границе раздела
и делает её более чувствительной к ЭДС ём─
кости. Соответственно,баланс наступает при
меньшем  напряжении  на  элементе питания.
Этим обусловлен спад напряжения в процессе
эксплуатации.
   Помимо  этого  происходит  ионообмен, и
заряженые, неистраченные реагенты из общей
массы  продвигаются  к границе реакции. Но
скорость ионообмена ограничена и, соответ─
ственно,пиковая мощность тоже. При эксплу─
атации  она  падает  из-за  снижения общей
плотности заряда, согластно вышеупомянутым
причинам.А при больших токах часть энергии
буквально расходуется на ионообмен, но уже
принудительный - под действием разряженно─
сти  поля на границе, в противовес падению
ЭДС ёмкости. Ближе к полному разряду  эле─
ктролиты разбавляются нейтральными продук─
тами реакции, дополнительно снижая ионооб─
мен и мощность.
   Бросок энергии "отдохнувшего" источника
обусловлен  прежде всего ёмкостью на токо─
съёмниках,а повышение напряжения - концен─
трацией  заряда  ионов, "подползающих"  на
границу реагирующих веществ.
   Также  имеет место переполяризация. Это
происходит ближе к концу разряда. При сни─
жении концентрации носителей (ионов) часть
уже прореагировавших веществ (представляю─
щих основной объём) может разлагаться раз─
ностью  потенциалов на границе и потенциа─
лом разряда токосъёмников, создавая проме─
жуточный слой.Слой не просто высокоомный,а
снижающий выходную ЭДС ёмкости, т.к. замо─
раживает  химическую реакцию подобно уста─
новившемуся  балансу. Со  временем  (отдых
элемента) этот слой разрушается - и баланс
смещается, а напряжение восстанавливается,
но потери, разумеется, не вернуть.
   Переполяризация возможна при малой кон─
центрации  заряженных ионов и больших (от─
носительно оставшейся ёмкости) токах. Тог─
да ионы не способны эффективно шунтировать
сопротивление нейтральных продуктов распа─
да, что и приводит под действием тока раз─
ряда  к появлению  внутренней  противоЭДС.
Конечно,переполяризация свойственна не лю─
бому  составу  и зависит от элемента пита─
ния.
   Следует упомянуть,что оговариваемая ём─
кость - это мгновенная ёмкость токосъёмни─
ков. Она  определяется  ещё  и близлежащим
слоем реагентов, а также общей электричес─
кой цепью элемента через границу  реакции,
Поскольку электрическое поле под разностью
потенциалов  присутствует во всей этой це─
пи. Но заряды в нагрузку стекают непосред─
ственно с токосъёмника,и только те,которые
реально  на  нём  присутствуют. В процессе
эксплуатации  меняется  химический  состав
вблизи токосъёмников и, соответственно, их
ёмкость, т.к. поляризация определяется ещё
прилегающим слоем веществ. Конечно,ёмкость
токосъёмников падает. Но не так,как прочие
характеристики,  поскольку  в  поляризации
участвуют  уже  нейтральные  вещества - не
участвующие в реакции, и тоже дают ёмкость
(пусть и слабее).
   Не следует путать такую "ёмкостную" по─
ляризацию  с  переполяризацией.  Последняя
проходит  на  более мощном и упорядоченном
уровне, препятствующем заряженным ионам. А
ёмкостная поляризация более разнообразна и
высокоомна, она перемежается с заряженными
ионами  и  не  имеет собственного сильного
поля. В некоторых  случаях ионообмен пред─
ставляет  собой обмен зарядов, что гораздо
быстрее и надежней,чем обмен частицами ве─
ществ.

   Применительно к элементам питания и ак─
кумуляторам вышеупомянутые процессы немно─
го  различны  для  разных типов. Переполя─
ризация характерна для NiCd аккумуляторов,
где приводит к эффекту памяти (при больших
действующих  токах), а также для некоторых
мощных (по большей части щелочных) элемен─
тов  в конце  их службы. Пример: батарейка
PHILIPS  (формата  "ААА")  POWERLIFE  XXL.
Кстати,отличный пример качества,сохраннос─
ти и отдачи,что вообще характерно для PHI─
LIPS. Она отлично работает,снижая ЭДС при─
мерно  до 1 В, а затем возможно его полное
падение  вплоть  до  0 и даже в минус (при
последовательном   соединении   нескольких
элементов), с  последующим  востановлением
ЭДС  после снижения/отключения тока. Время
восстановления  и  вариации ЭДС зависят от
текущего состояния и эксплуатации. Перепо─
ляризация  приводит  к некоторому дребезгу
ЭДС в переходных процесах, но всё это про─
стительно почти севшему элементу.
   Как правило, батарейки делятся на щело─
чные и солевые. Последние были популярны в
нашей стране в прошлом веке,поскольку дру─
гих не было. Солевые батарейки самые высо─
коомные  и рассчитаны на слабую нагрузку -
приёмники, датчики, брелки и прочая дребе─
день.И хотя такие батарейки тоже отличают─
ся  составом, ёмкостью и силой (внутреннее
сопротивление),их отдача ближе к концу эк─
сплуатации,мягко говоря,плохая,что заметно
в низковольтных  устройствах. Электромеха─
нические  часы начинают запинаться при ЭДС
больше 1 В (зачастую аж 1.3 В), хотя могут
работать и с ЭДС меньше вольта.При том,что
часы - слабейшая  нагрузка, средний  ток -
доли  мА, достаточно  подоткнуть к солевой
батарейке ёмкость в сотни-тысячи мкФ,и ча─
сы надёжно пойдут. Похожая ситуация с инф─
ракрасными  пультами  (LG TV) и батарейкой
формата "АА" POWER ACE (почти позор!). При
подсевшем ЭДС (около 1.4 В) пульт блокиру─
ется с открытым на светодиод ключом и про─
саживает  батарейки до их отключения. При─
чина  в большой  пульсации  из-за высокого
внутреннего сопротивления, хотя пульты уп─
равления - в целом средняя нагрузка,а токи
вспышек в них очень большие.
   Ёмкость  самых дешёвых солевых батареек
(2-3 рубля) идёт от 450 мА·часов,но отдают
они заметно меньше, а в ряде случаев треть
- смотря  какая  нагрузка. Остаток энергии
можно использовать на слабые приборы, и то
не  на все... Солевым батарейкам свойстве─
нен медленный ионообмен,а также непосредс─
твенное  участие  токосъёмника  Zn - цинка
(обычно) в энергообразовании,и его расход,
вследствии  чего бывает вздутие и коррозия
корпуса,загрязнения отсеков питания. Таким
элементам  свойственно  заметное колебание
ЭДС  при  эксплуатации  (помимо падения на
внутреннем  сопротивлении), что  опять  же
объясняется медленным ионообменом.
   Всем  известные  надписи на элементах -
об отсутствии  кадмия и ртути (0% mercury,
0% cadmium) - объясняются заботой об окру─
жающей  среде. Фирма извещает покупателя о
товаре как экологически чистотом продукте,
при том, что характеристики элемента могут
быть на высоте.Дело в том,что ртуть замет─
но улучшает отдачу, снижая внутреннее соп─
ротивление,даже при использовании ничтожно
малых доз, а кадмий,кроме прочего,повышает
общую  ёмкость. Это тот самый лёгкий путь,
который используют некоторые производители
батареек. Но  при  этом наличие данных ве─
ществ  обязательно  указывается (для ртути
ещё и процентное содержание).Например,эле─
мент  HV - HI  WATT ("AA") имеет символику
Cd  и запрет на свободную утилизацию - пе─
речёркнутую  урну (как и все аккумуляторы;
интересно,куда же их сдавать?).А на других
батарейках, не помню фирму,может быть,раз─
новидность MINAMOTO (красный корпус), было
указано  содержание  ртути  менее  0.015%.
Впрочем,наличие надписи HEAVY DUTY при на─
личии  также  надписи 0% Mercury & Cadmium
может скрывать разное. Как отлично изгото─
вленный  мощный  элемент  без данных изли─
шеств  (используются  безопасные добавки),
так и подделку, т.е. простой  солевой эле─
мент. Кадмиевые  элементы  могут оказаться
гораздо  легче и меньше простых при той же
ёмкости. Ну,а липовую полоску теста (нари─
сованную  на  корпусе, вместо  оригинала у
DURACELL), наверно,многие видели - хороший
способ  обмануть  неграмотных покупателей,
которые что-то слышали про оригинал.
   Конечно,щелочные элементы (они не всег─
да имеют надпись ALKALINE, хотя этот приз─
нак  фирмы указывают как факт нового типа)
превосходят любой солевой. Для них свойст─
венно  стабильное, без  возврата, снижение
ЭДС и отличная отдача энергии,что позволя─
ет судить о степени их разряда.Несмотря на
мощность  и ориентацию  к мощной нагрузке,
они эффективно служат при любом разряде. У
этих элементов токосъёмники не расходуются
при эксплуатации (на самом деле это проис─
ходит, но иначе). Сами элементы более гер─
метичны и экологически чище (конечно,каче─
ственные  образцы). Сохраняемость (также у
качественных) очень велика. Севший на мощ─
ной  нагрузке элемент очень долго и эффек─
тивно может питать слабую (тот же PHILIPS)
- и  потому  на таких батарейках не бывает
надписей, характеризующих  их отдачу - это
само  собой  факт. Производители стремятся
сделать их более энергоёмкими и удобными -
тот же DURACELL. Но указываемое время слу─
жбы - десятикратно дольше (с пометкой - по
сравнению с обычными солевыми батарейками)
- достигается в том числе и мощностью,низ─
ким  сопротивлением щелочного электролита,
быстрым ионообменом,который стабильно дер─
жит ЭДС,питая устройство даже в конце экс─
плуатации, в то время как солевая не потя─
нет ближе к концу...
   В настоящее  время самой дорогой и (ви─
димо) энергоёмкой  является DURACELL ULTRA
M3  (если  не  ошибся в названии), которая
("АА") стоит в Рязани около 25 рублей,но я
сомневаюсь,что она более 3 ампер-часов. Но
следует  отметить, что  при равной (с NiMH
аккумулятором) ёмкости батарейка будет ра─
ботать дольше, т.к.всё же мощнее и облада─
ет бОльшим  ЭДС, а значит, и энергией, что
заметно  отражается на времени работы сов─
ременных проигрывателей с внутренним импу─
льсным преобразователем, который,разумеет─
ся,выкачивает из элементов питания не ток,
а мощность.
   Дорогие  элементы в большинстве случаев
выгоднее  использовать (по сравнению с де─
шёвыми),особенно в "неслабых" устройствах:
фонарики, проигрыватели. Хотя в последних,
при частом использовании, аккумуляторы ещё
более  выгодны и быстро окупятся. Дорогие,
щелочные  элементы более практичны - купил
одим раз и надолго, более экологичны - ме─
ньше мусора от одного мощного, чем от нес─
кольких слабых. Солевые,дешёвые,мало между
собой отличаются,а недорогие чаще подделы─
вают, и переплатить  за них всё равно, что
взять дешёвый. Дорогие подделывают редко,и
в авторитетных  магазинах  они  того стоят
(если, конечно, без  излишних наценок) - и
DURACELL  с настоящей тестовой полоской не
вызывает сомнения в качестве.Лично я давно
выдвинул  аккумуляторы  в  приоритет (не в
последнюю  очередь  из-за  экологичности -
отсутствие  лишнего мусора - батареек). Но
сам иногда покупаю дешевые,если не надолго
надо (аккумуляторы сели,а зарядить негде).

   Но  вернёмся  к литиевым аккумуляторам.
По-видимому, в них  используется зарядовый
ионообмен и несколько энергетических уров─
ней (хотя в последнем я могу ошибаться). А
так как внутренняя плотность заряда падает
при разряде, сопротивление повышается,мало
носителей - и это приводит  к потерям (как
всегда). Но из-за огромной площади токосъ-
ёмных  пластин это становится заметно лишь
в самом  конце разряда. В основном же есть
сопротивление,связанное с конечной скорос-
тью переходных процесов. Текущая ЭДС также
определяется напряжённостью зарядов у гра-
ницы взаимодействия реагентов и зависит от
их плотности и накопленной энергии.Это,как
и у щелочных  (к которым  можно  отнести и
NiMH аккумуляторы), приводит к зависимости
текущей ЭДС от накопленной энергии, т.е. к
постепенному  снижению напряжения при раз─
ряде. Зависимость эта, как всегда, наруша─
ется в конце, когда из-за низкой плотности
оставщихся зарядов (ионов) граница реаген─
тов не может быстро заполняться, напряжён─
ность падает - и ЭДС тоже,восстанавливаясь
без нагрузки, стремясь к номинальному зна─
чению (3.6 В),но в конечном итоге опять же
завися от остатка ёмкости (баланса нейтра─
льных и заряженных реагентов).
   Судя по всему, в литиевых аккумуляторах
перемещаются заряды, а не сами ионы,и кон─
центрация  зарядов в объёме реагентов при─
водит к накоплению ёмкости. Исходя из кри─
вой  разряда  (некоторой её нелинейности),
можно предположить наличие нескольких эне─
ргетических уровней для концентрации заря─
да в ионах. Это позволяет отчасти рассмат─
ривать  такой  аккумулятор  как гигантский
конденсатор, но  с  нелинейной  ёмкостью и
дополнительными особенностями.
   Большая нелинейность на маленьком заря─
де  (начало  характеристики) - ЭДС  быстро
растёт до номинального напряжения, по экс─
поненте, напоминающей заряд конденсатора,а
затем резко "насыщается", и прирост падает
почти до нуля,как будто ёмкость "конденса─
тора" резко возросла в чрезвычайно большое
количество раз.Технологическое исполнение,
как и у конденсатора, - множество паралле─
льных обкладок либо лента.Но заряды снима─
ются  лишь с края токосъёмника (технологи─
чески - компактное решение, которое невоз─
можно  никак  обойти) - как у электролита,
что  ограничивает нагрузочную способность,
пиковый ток. Это значит, что с увеличением
ёмкости аккумулятора  внутреннее сопротив─
ление падает незначительно,ведь для досту─
па к новым слоям энергообмена заряд прохо─
дит длинный путь по токосъёмнику. Конечно,
есть определённая зависимость - чем больше
параллельных пластин, тем меньше сопротив─
ление,и чем шире плоскость снятия заряда -
тем  также сопротивление меньше - всем из─
вестный расчёт сопротивления проводника.Но
т.к. фактически размеры ограничены, нельзя
снижать сопротивление столь же эффективно,
как и наращивать ёмкость.
   Вышеизложенное относится к одному форм-
фактору - аккумуляторы для сотовых - и го─
ворит о том, что с ростом ёмкости происхо─
дит  меньший  рост  мощности аккумуляторов
(вследствие меньшего снижения потерь). Но,
к  счастью, большая  мощность в сотиках не
требуется. Кто-то может опровергнуть - что
разряжал аккумуляторы и весьма большим то─
ком, и я это не отрицаю, но потери-то зна─
чительные, и нормальной такую эксплуатацию
назвать нельзя!
   Я встречал  аккумуляторы  с номинальным
значением  напряжения  3.6, 3.7 и 3.8 В, а
это значит, состав электролита может отли─
чаться,обеспечивая разное значение ЭДС.Но,
собственно,что значит номинальное? В отли─
чие от других аккумуляторов, это минималь─
ное  значение, при котором аккумулятор ещё
эффективно  отдаёт  энергию  (это видно из
кривой  разряда  слабым током). При мощной
нагрузке, из-за внутренних потерь,напряже─
ние  плавно  падает, достигая ещё меньшего
(разница  до  нескольких десятых В) значе─
ния, после чего ЭДС быстро снижается и ак─
кумулятор  выключается. Таким образом, это
более "честные" аккумуляторы, питающие на─
грузку весьма высокой ЭДС. На самом деле в
аккумуляторе  остаётся весьма значительный
заряд, но  под действием мощной нагрузки и
просадки  ЭДС  схема  защиты отключает его
раньше,чем он отдаст весь свой заряд.Коне─
чно,остаток не велик,но если кратковремен─
но подать импульс внешнего,заряжающего то─
ка (для включения аккумулятора),он ещё до─
лго будет работать на слабую нагрузку,раз─
рядившись  почти полностью в момент отклю─
чения. Можно и далее "запускать" его импу─
льсами внешнего тока, наблюдая за тем, как
ЭДС  стремится  к  номинальному значению в
отсутствие  нагрузки (происходит перерасп─
ределение  зарядов и как бы преобразование
остатка энергии в повышенную ЭДС).Сопроти─
вление аккумулятора при этом не сильно по─
вышается.
   Конечно,если попробовать зарядить осно─
вательно  севший аккумулятор, потери будут
больше,чем если делать это с просто севшим
(заметно при большом токе заряда). Это ве─
рно  для всех аккумуляторов. Также верно и
то, что  глубокий  разряд может вывести из
строя аккумулятор (в том числе,последующим
мощным зарядом),поскольку слабая поляриза─
ция реагентов приводит к нарушению границы
реакции, перемешиванию электролита и появ─
лению  дополнительных  внутренних потерь и
утечек. К счастью,для Li это проявляется в
меньшей  степени - из-за ионной технологии
и высокого качества производства (фактиче─
ски  в них нет среды, где возможны дефекты
электролита - только  плоскость  поляриза─
ции). Но  обольщаться не стоит, токи боль─
ших  потерь изнашивают аккумулятор, ими не
следует увлекаться!
   Превышение электрического поля для дан─
ных химических составов  вызывает ток уте─
чек (энергия уже не накапливается) и может
разрушать  токосъёмники. А  потери  утечек
могут перегреть аккумулятор,провоцируя его
разрушение. Возможно,так и погиб аккумуля─
тор  моего сотика (старый BOSCH), в нём не
было  схемы защиты. Наверно, из-за высокой
стоимости  Li аккумуляторы  стали снабжать
"личной" схемой  защиты. Думаю она не один
аккумулятор  уже  спасла  (на самом деле в
BOSCH взорвался электролитический чип-кон─
денсатор и замкнул цепь,а аккумулятор это─
го не выдержал,его некому было отключить).
   Разные типы аккумуляторов содержат раз─
ную начинку,в ряде случаев на дополнитель─
ном - третьем контакте можно найти иденти─
фикационный резистор (строго определённого
номинала), иногда это терморезистор,по ко─
торому  интеллект телефона судит о исправ─
ности аккумулятора. Бывают и 4-,и 5-конта─
ктные аккумуляторы (и идентификация,и тер─
модатчик, и, может,чего-то ещё...),и схемы
включения  довесок бывают и по плюсу, и по
минусу,и по обоим полюсам.А ёмкость указа─
на не всегда (ссылка на стандарт),и остаё─
тся измерять её экспериментально.
   В  первых  экспериментах я полагал, что
схема управления отключает аккумулятор,за─
меряя напряжение на внешних клемах,а не на
самом  аккумуляторе (так проще осуществить
триггерный  эффект). Но несколько позднее,
когда  я  открыл  исправный  аккумулятор и
смог  мерить  непосредствено его, пришёл к
другим  выводам. Конечно, у разных фирм, в
разных типах своя реализация защиты, и не─
льзя  исключать, что в каких-то напряжение
измеряется и до, и после ключа, а алгоритм
защиты  может отличаться. Но в большинстве
случаев можно сделать следующие выводы.

     Общий обзор (сравнение в целом)

                 Pb плюсы
   Большая мощность, ёмкость при доступной
(на единицу ёмкости) цене. Выдерживают ко─
роткие  перегрузки, не  сильно разрушаясь,
"многократны" и термовыносливы в целом...
                Pb минусы
   Большие  потери  энергии  (при заряде),
немаленькие габариты,повышеная термо-ёмко─
зависимость мощности.
               Ni-Cd плюсы
   Хорошая  термонадёжность мощности и не─
плохие массогабаритные характеристики. Вы─
держивают  неограниченный перезаряд слабым
током (проценты от ёмкости, во всяком слу─
чае - наши старые, дисковые аккумуляторы -
практически  доказанный факт). Хороший КПД
работы при небольших токах.
               Ni-Cd минусы
   Легко  разрушаются при коротком замыка─
нии, заметно  снижая  свои характеристики.
Проявление эффекта памяти при работе с бо─
льшими токами (на уровне часовых разрядов/
зарядов). Уступают (относительно) по пико─
вой мощности Pb. Хотя,при качественном ис─
полнении,современные аккумуляторы сопоста─
вимы с Pb.
               Ni-MH плюсы
   Хорошая мощность и ёмкость, при неболь─
ших  размерах  быстрая заряжаемость. Высо─
кий КПД (до 80% при небольших токах). Ста─
бильность отдачи, низкое сопротивление при
правильной эксплуатации.
               Ni-MH минусы
   Высокая  цена  (в основном из-за ёмкос─
ти), некоторое  проявление  эффекта памяти
при большох токах  и в ряде эксплуатацион─
ных случаев.Не выдерживают короткого замы─
кания, ухудшая свои свойства.
               Li-ion плюсы
   Компактность, высокий КПД, большая мощ─
ность, большая  ЭДС при стабильной отдаче,
большая ёмкость для своих размеров, возмо─
жность очень быстрого заряда (в ущерб КПД)
и автокоммутация (где встроена схема). КПД
для  10-часовых токов свыше 98%! Для часо─
вых токов более 85%.
              Li-ion минусы
   Высокая цена (из-за технологии и нацен─
ки). Не  выдерживают  перегрев (до 60°C) и
перегрузку  (хотя  допускают очень большие
токи - и автокоммутация защищает...),заме─
тно снижая свои параметры, а иногда выходя
из строя. Боятся ударов и сильных физичес─
ких воздействий, т.к. технологически акку─
ратно  изготовлены  и не терпят внутренних
дефектов  из-за внешнего воздействия - ко─
роче: с ними надо аккуратно обращаться.
 

   Li-pol (точно не знаю,как обозначаются,
не видел вживую...), предположительно, об─ 
ладают  теми  же плюсами и минусами, что и 
Li-ion, но более ёмкие (технологически), а 
потому более дорогие, и чуствительны к фи- 
зическим - ударным воздействиям, давлению. 

KSA-7G 




Темы: Игры, Программное обеспечение, Пресса, Аппаратное обеспечение, Сеть, Демосцена, Люди, Программирование

Похожие статьи:
Iron - взлом телефонных карт для бесконечных звонков (вариант без кнопки).
Железо - Хитрость как не платить за телефонные разговоры.
Железо - Automat, система внешнего управления и контроля на основе Спектрум- совместимых компьютеров, BAT FILE PROCESSOR v1.00, Robot v5.50 for Batproc v1.00.

В этот день...   26 сентября