АККУМУЛЯТОРЫ ДЛЯ ТЕЛЕФОНОВ.

Каждому из нас приходится сталкиваться с различными техническими проблемами бытового характера. Вот и я недавно был вынужден поменять аккумулятор в своём радиотелефоне, а аналогичного нигде не нашёл. Чем же другие аккумуляторы отличаются от моего? Ну, с ампер-часами всё понятно — чем больше цифра, тем дольше заряжается, но и настолько же дольше работает. Но мне предложили аккумулятор на другой основе — вместо никель-кадмиевого — никель-металгидридный, и сказали, что он лучше, потому что его можно подзаряжать, даже если он не полностью разряжен.

Полазив в интернете, я выяснил, что подзаряжать его можно, но все равно рекомендуется раз в неделю производить его полный разряд-заряд, иначе он начнет быстро разряжаться. Я порылся еще, и выяснил, что существует несколько разновидностей аккумуляторов, каждая из которых имеет свои особенности. Проштудировав кучу найденных статей я отфильтровал лишнее, взаимодополнил их, и результаты изложил здесь. Думаю, сравнительные характеристики разных видов аккумуляторов помогут вам не только грамотно найти замену вышедшему из строя аккумулятору, но и выбрать новое радиотехническое устройство, исходя из приемлемых для вас правил ухода за аккумулятором, использующимся в нём.

Внимание! Не всякие аккумуляторы можно взаимозаменять! Они различаются по способу зарядки! В этом мы тоже попытаемся разобраться в этой статье. Кому лень разбираться в тонкостях, может прочитать только выводы, изложенные в самом конце этого текста.

Неплохая статья про аккумуляторы лежит по адресу http://www.terralab.ru/supply/7853/

Общие понятия

Аккумулятор, как электрический прибор, характеризуется следующими параметрами: электрохимической системой, напряжением, электрической емкостью, внутренним сопротивлением, током саморазряда и сроком службы. Его состояние обычно оценивается по совокупности значений трех его основных характеристик: реальной емкости, внутреннего сопротивления и тока саморазряда. При недооценке или игнорировании какого-либо из этих параметров или преувеличении важности одного из них (как правило, емкости) можно вывести аккумулятор из строя!

Ниже описаны различия элетрохимических систем и их свойств, разобравшись в которых вы сможете сами решить, какой аккумулятор вам выбрать.

Для питания портативных устройств используются следующие типы аккумуляторов:

• SLA (герметичные свинцово-кислотные) (в соврем. портативн. устр. уже не примен.)
• Ni-Cd (никель-кадмиевые)
• Ni-MH (никель-металлогидридные)
• Li-Ion (литий-ионные)
• Li-pol (литий-полимерные)
• ТЭ (топливные элементы)

[Вернуться в начало]

SLA (Герметичные свинцово-кислотные) аккумуляторы:

Свинцово-кислотный аккумулятор, изобретенный в 1859 году, был первым заряжаемым аккумулятором, предназначенным для использования в коммерческих целях.

Область применения:

Аварийное освещение, системы и оборудование охранной сигнализации и безопасности, телефонное одорудование и оборудование связи, автоматические противопожарные сигнализации, детекторы дыма, агрегаты бесперебойного питания, потративные видеомагнитофоны и портативные телевизоры, инструменты с электрическим приводом, портативные измерительные приборы, портативные магнитофоны, медецинское электронное оборудование, модели и игрушки, устройства железнодорожной автоматики и связи, инвалидные коляски.

Ранее этими аккумуляторами комплектовались некоторые модели переносных сотовых телефонов и видеокамер. Позже частота их применение в малогабаритных устройствах снизилась, однако, благодаря развитию технологии производства, сейчас имеются довольно малогабаритные экземпляры.

Конструкция:

Свинцово-кислотный аккумулятор состоит, как правило, из двух пластин (электродов), помещенных в электролит (водный раствор серной кислоты).

Преимущества:

• Полное отсутствие эффекта памяти;
• Без всякого вреда допускается оставлять аккумулятор в зарядном устройстве на плавающем заряде в течение длительного времени.
• Низкий саморазряд (5% в месяц или 50% за год. Глубокий его разряд и последующий заряд, увеличивают ток саморазряда).

Недостатки:

• Среди перезаряжающихся батарей SLA имеют самую низкую удельную емкость, хотя во многих случаях это может быть и некритичным;
• В отличие от Ni-Cd, SLA страшны глубокие циклы разряда (это непосредственно ведет к сокращению количества циклов заряда-разряда).
• Неприемлем режим быстрого заряда. Типовое время заряда — от 8 до 16 часов
• Из-за высокого содержания свинца, SLA-аккумуляторы при неправильной утилизации экологически вредны

 [Вернуться в начало]

Ni-Cd (Никель-кадмиевые) аккумуляторы:

Никелево-кадмиевые аккумуляторы выпускаются в разных странах мира примерно с 1950 года. На сегодняшний день почти 50% всех аккумуляторов для портативного оборудования являются никелево-кадмиевыми.

Область применения:

Сотовые телефоны ранних моделей, обычные и транковые радиостанции, радиотелефоны, переносные компьютеры, кинокамеры, ручные мощные электроинструменты, медицинские приборы, разнообразное производственное оборудование.

Конструкция:

У никелево-кадмиевого элемента отрицательные и положительные пластины скатаны вместе и помещены в металлический цилиндр. Положительная пластина состоит из гидроксида никеля, а отрицательная — из гидроксида кадмия. Две пластины изолированы разделителем, который увлажнен электролитом.

Преимущества:

• Быстрый и простой метод заряда. Ni-Cd аккумулятор допускает заряд током, численно равным его номинальной емкости и более. Таким образом, вполне реально зарядить аккумулятор за один час. А если вдруг потребуется еще большая скорость заряда, то можно использовать ток заряда вдвое и втрое превышающий значение номинальной емкости. Естественно, что не стоит этим злоупотреблять. Кроме того, следует отметить, что для быстрого заряда необходимы специальные зарядные устройства, контролирующие степень заряда аккумулятора по специальному алгоритму.
• Превосходная работоспособность в широком диапазоне температур (−40–60), в том числе возможность заряда при отрицательных температурах.
• Число циклов заряда/разряда — 1000–1500. При правильном обслуживании Ni-Cd аккумулятор выдерживает большее количество циклов заряда/разряда. Однако при отсутствии обслуживания это число может не превысить и 500. Словом, аккумулятор требует проявления определенной заботы: периодических тренировочных циклов разряда до напряжения 1 вольт на элемент.
• Превосходная нагрузочная способность даже при низких температурах, что обусловлено самым низким внутренним сопротивлением Ni-Cd аккумулятора по сравнению с аккумуляторами других видов. Типичное значение его составляет 100–200 миллиОм в пересчете на напряжение 3,6 В.
• Среди всех типов аккумуляторов никелево-кадмиевый — единственный, который лучше всего отдает максимальную емкость.
• Простое хранение и транспортировка (Ni-Cd аккумуляторы принимаются большинством воздушных грузовых компаний).
• Легкое восстановление после понижения емкости и длительного хранения.
• Малая чувствительность к неправильной эксплуатации.
• Низкая цена.
• Доступность в широком диапазоне типоразмеров.

Недостатки:

• Необходимость периодической полной разрядки аккумулятора для сохранения эксплуатационных свойств (устранения эффекта памяти);
• Высокий саморазряд (до 10 % в течение первых 24-х часов, 20% в месяц)
• Большие габариты по сравнению с аккумуляторами других типов;
• Данный тип аккумулятора экологически загрязнен, так как кадмий является высокотоксичным веществом. Также появляются дополнительные проблемы с его утилизацией и переработкой.
• Сравнительно низкая удельная емкость, хотя и не во всех случаях это является критичным.

[Вернуться в начало]

Ni-MH (Никель-металлгидридные) аккумуляторы:

Известны на рынке с конца 80-х годов. Толчком к разработке и производству этих аккумуляторов явилась их более высокая плотность энергии по сравнению с Ni-Cd и экологическая чистота.

Область применения:

сотовые телефоны, радиотелефоны, переносные компьютеры.

Конструкция:

Никелево-металлогидридный аккумулятор конструктивно похож на никелево-кадмиевый аккумулятор, но имеет иной химический состав электролита и электродов.

Преимущества:

• На 30–50% большая емкость по сравнению со стандартными Ni-Cd аккумуляторами того же размера. (Однако Ni-Cd элементы очень высокой емкости обеспечивают уровень емкости, близкий к емкости Ni-MH, но не обеспечивают большой ток нагрузки, как стандартные Ni-Cd аккумуляторы. Ni-Cd элементы очень высокой емкости также имеют меньшее количество циклов заряда/разряда, однако всё же большее, чем Ni-MH аккумуляторы).
• Меньшая склонность к эффекту памяти, чем у Ni-Cd. Периодические циклы восстановления должны выполняться реже. Удобно для не слишком пунктуальных пользователей. Зачастую является для них определяющим фактором при выборе аккумулятора.
• Меньшая токсичность. Ni-MH технология считается экологически чистой. На этот пункт наши люди внимания не практически обращают, нам не до жиру.

Недостатки:

• Ччисло циклов заряда/разряда для большенства Ni-MH аккумуляторов примерно равно 500, хотя современные аккумуляторы достигают уже 1000 циклов.
• Не любит глубокий разряд Долговечность аккумуляторов непосредственно связана с глубиной разряда.
• По сравнению с Ni-Cd требует более сложного алгоритма для обнаружения момента полного заряда, если не используется контроль по температуре. (Большинство Ni-MH аккумуляторов оборудовано внутренним температурным датчиком для получения дополнительного критерия обнаружения полного заряда).
• Не может заряжаться так быстро, как Ni-Cd; время быстрого заряда обычно вдвое больше, чем у Ni-Cd. Плавающий заряд должен быть более контролируемым, чем для Ni-Cd аккумуляторов.
• Во время быстрого заряда выделяет значительно большее количество тепла по сравнению с Ni-Cd .
• Ррекомендуемый ток разряда для Ni-MH аккумуляторов значительно меньше, чем для Ni-Cd. 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 Ni-Cd аккумуляторы.
• Саморазряд Ni-MH аккумуляторов — в 1,5–2 раза выше, чем у Ni-Cd, что является важным параметром при хранении. (до 15 % в течение первых 24-х часов, 30% в месяц) Применение гидридных материалов, улучшающих связывание водорода для уменьшения саморазряда, обычно приводит к уменьшению емкости аккумулятора.
• Цена Ni-MH аккумулятора выше, чем Ni-Cd.
• Температурный режим работы меньше, чем у Ni-Cd аккумулятора (−20–60).

[Вернуться в начало]

Li-ion (Литий-ионные) аккумуляторы:

Первые эксперименты по созданию литиевых батарей начались в 1912 году, но только спустя шесть десятилетий, в начале 70-х годов, они впервые появились в бытовых устройствах. Промышленный выпуск для мобильных и радиотелефонов начался лишь в 1991 г.

Область применения:

современные модели сотовых и радиотелефонов, переносные компьютеры, фотоаппараты.

Конструкция:

В литиево-ионном аккумуляторе электроды и сепаратор (разделитель) помещены в электролит из литиевой соли.

Преимущества:

• Высокая плотность электрической энергии, по крайней мере, вдвое большая, чем у Ni-Cd того же размера, а значит и вдвое меньшие габариты при той же самой емкости;
• Ннизкий саморазряд (3–5% в течение первых 30 дней, затем величина тока саморазряда падает до 1–3% в месяц. Дополнительно к этому, электронная схема защиты, встроенная в Li-Ion аккумулятор , может потреблять до 3% в месяц.)
• Оотсутствие каких либо требований к обслуживанию, за исключением необходимости длительного хранения в заряженном состоянии.

Недостатки:

• Для аккумуляторов некоторых производителей возможна работа только при положительных температурах, но аккумуляторы этого типа не любят высоких температур. Повышение температуры способствует ускоренному старению, сопровождаемого дальнейшим увеличением внутреннего сопротивления.
• Пподверженность процессу старения, даже если аккумулятор не используется. Ухудшение емкости наблюдается примерно после одного года. После двух лет, аккумулятор часто становится неисправным. Поэтому не рекомендуется хранить Li-ion аккумуляторы в течение длительного времени. Максимально наслаждайтесь ими, пока они новые.
• 500–1000 циклов заряда/разряда (число рабочих циклов зависит от глубины разряда. Малая глубина разряда обеспечит больше циклов).
• Не любит низкие температуры (рабочий диапазон: −20–60).
• Небольшой срок службы (год-полтора)
• Ввысокая цена

[Вернуться в начало]

Li-Pol (Литий-полимерные) аккумуляторы:

Новый тип аккумуляторных батарей.

Настоящие Li-Pol аккумуляторы для коммерческой эксплуатации пока не готовы (ожидаются лишь в 2005 году), поскольку имеют приемлимые технические характеристики при температурах только свыше +60°С, поэтому речь пойдет о гибридных литий-ионных полимерных аккумуляторах.

Область применения:

Портативные компьютеры и сотовые телефоны.

Конструкция:

Первоначальная концепция батареи литий-полимера основана на использовании твердого электролита на полимерной основе. Эта идея предусматривает технологичность в производстве, и соответственно низкую цену. Плотность энергии этого типа батарей еще больше, т. е. примерно в три раза выше, чем у Ni-Cd аккумулятора, а саморазряд значительно ниже.

Использование твердого электролита позволяет довести размеры элементов аккумулятора до 1 мм в толщине. Так как данная конструкция не содержит жидкого электролита и реализуется набором различных пленок, то можно получать очень гибкие конструктивные формы. Аккумулятор такого типа имеет очень малую толщину, что позволяет ему придавать необходимую форму (например, повторить форму сотового телефона).

Для того, чтобы повысить электропроводность небольших Li-polymer аккумуляторов, в них добавляют некоторое количество гелеобразного электролита. И большинство Li-polymer аккумуляторов, используемых сегодня для мобильных телефонов, фактически являются гибридами, поскольку содержат гелеобразный электролит. Правильнее было бы их называть литий-ионными полимерными.

Преимущества:

• Может иметь любую геометрическую форму
• Высокая плотность электрической энергии, в 3 раза выше, чем у Ni-Cd того же размера, а значит и вдвое меньшие габариты при той же самой емкости; в 1,5 раза выше, чем у Li-ion аккумуляторов.
• Низкий саморазряд (3–5% в течение первых 30 дней, затем величина тока саморазряда падает до 1–3% в месяц. Дополнительно к этому , электронная схема защиты , встроенная в Li-Ion аккумулятор , может потреблять до 3% в месяц.)
• Работают при высоких температурах. Для них жизненно необходима температура от 60 до 100°С. Они помещаются в теплоизолированный корпус со встроенными элементами нагревания, питающимися от внешней сети.
• Отсутствие каких либо требований к обслуживанию, за исключением необходимости длительного хранения в заряженном состоянии.
• Невысокая цена

Недостатки:

• Не может отдавать большие токи разряда
• Не любит низких температур.
• 250–500 циклов заряда/разряда (максимум до 1000).
• Небольшой срок службы (год-полтора)

[Вернуться в начало]

ТЭ (Топливные элементы).

Совсем новый источник энергии, появился в 2003 году.

Область применения:

Портативные компьютеры, мобильные телефоны.

Конструкция:

Существующие ТЭ вырабатывают энергию вследствие реакции окисления метанола кислородом. Смешивание реагентов происходит на полимерной мембране, где метанол разлагается, порождая электроны. Продукты реакции затем рекомбинируются, образуя двуокись углерода и обычную воду. Но этот метод накладывает ограничения на количество высвобождаемых электронов, прямо зависящее от площади поверхности мембраны. Чтобы добиться большей энергоотдачи, приходится идти на увеличение габаритов ТЭ. К тому же, мембраны из полимеров склонны к разрывам и протечкам.

Чтобы увеличить полезную площадь поверхности мембраны, инженеры Neah Power Systems сконструировали её из слоёв кремния, каждый из которых пронизан микроскопическими отверстиями. Подобно Греции, чья береговая линия за счёт множества островов длинее побережья всего североамериканского континента, площадь поверхности кремниевой мембраны значительно превосходит полимерные аналоги. К тому же, применение кремния позволит вместо окружающей атмосферы использовать перекись водорода в качестве источника кислорода, что увеличит концентрацию последнего. В итоге, при тех же размерах топливный элемент вырабатывает больше энергии. Ещё один плюс предложенного решения — в совместимости с уже обкатанными технологическими процессами полупроводниковой промышленности.

Преимущества:

• Длительная работа элемента (возможно, около месяца)

Недостатки:

• Дороговизна топливных элементов. Поверхность, на которой протекает реация, покрыта платиной и рутением — не самыми дешёвыми материалами.

[Вернуться в начало]

Так что же покупать? Выводы.

Сравнительная таблица характеристик аккумуляторов (по ТЭ пока нет данных):

Исходя из вышеизложенного можно сделать следующие выводы:

Если аккумулятор должен работать в морозы и вам не лень соблюдать правила зарядки (заряжать аккумулятор только после его полного разряда во избежание падения его ёмкости) или периодически восстанавливать его емкость путём проведения нескольких циклов полного разряда/заряда — выбирайте Ni-Cd. Он к тому же и дешевле.

Если соблюдать правила зарядки лень, но денег на литиевые элементы тратить не хочется, выбирайте Ni-MH. Его можно подзарежать, но емкость будет тоже снижаться, хотя и не так стремительно. Восстанавливать емкость можно реже, например, раз в неделю полностью разряжать аккумулятор.

В общем случае, аккумуляторы Ni-Cd и Ni-MH взаимозаменяемы.

Если вам неудобно дожидаться полного разряда аккумулятора, чтобы его зарядить, вам не хочется его обслуживать и вы готовы заплатить больше, выбирайте Li-ion (или Li-Pol, если устройство не эксплуатируется при отрицательных температурах. Хотя время заряда Li-Pol меня настораживает.) Эти аккумуляторы можно подзаряжать хоть 10 раз на дню.

Аккумуляторы Li-ion и Li-Pol в общем случае невзаимозаменяемы как между собой, так и с другими аккумуляторами из-за особенностей их зарядки. Для каждого типа нужно свое зарядное устройство.

Если есть возможность достать топливный элемент — думаю, это будет лучшим вариантом. Лично мне очень нравится перспектива не заряжать аккумулятор целый месяц!

SLA в настоящее время для портативных устройств не используется из за своих габаритов.