Как убрать эффект памяти аккумулятора шуруповерта

Эффект памяти аккумулятора

При эксплуатации герметичного Ni-Cd аккумулятора отмечается феномен, который долгие годы вызывал беспокойство пользователей этих источников тока. Феномен получил название — эффект памяти. Первоначально его наблюдали при специфических режимах циклирования — с малой глубиной разряда (не более 30% от состояния полной заряженности) аккумулятора. В результате такой эксплуатации на разрядной кривой аккумулятора возникала вторая площадка более низкого напряжения, и емкость, которую можно было снять до момента достижения 1В, понижалась. При увеличении продолжительности циклирования в этом режиме площадка пониженного напряжения увеличивалась (сдвигалась влево).

Впоследствии любое уменьшение разрядного напряжения, наблюдаемое при длительном циклировании на небольшую глубину, стали называть «эффектом памяти», хотя механизмы, приводящие к такому эффекту, могли различаться

Так как вопрос об «эффекте памяти» возникает у большинства потребителей источников тока разных систем, мы хотим обратить особое внимание на различие этих механизмов, приводящих к снижению напряжения аккумулятора

В герметичных Ni-Cd аккумуляторах кадмиевый электрод имеет никелевую основу. Кроме того, в его активной массе присутствует некоторое количество оксидов никеля, которые входят в рецептуру или попадают в электрод в ходе технологического процесса его производства. При циклировании аккумуляторов в кадмиевом электроде может образоваться интерметаллическое соединение Ni5Cd21 разряд которого совершается при потенциале на 150 мВ положительнее, чем разряд чистого кадмиевого электрода. В результате этого на разрядной кривой Ni-Cd аккумулятора и появляется вторая площадка с более низким напряжением. Формирование этой площадки идет наиболее быстро при небольших токах заряда и ускоряется с повышением температуры. Именно такая ситуация часто имеет место при использовании источников тока в буферном режиме. Неглубокое циклирование на верхнем уровне заряженности приводит к повышенному тепловыделению аккумулятора и быстрому росту содержания Ni5Cd21.

Уменьшение разрядного напряжения в результате накопления никелата кадмия не является необратимым. Разрушение Ni5Cd21 и восстановление начального состояния активной массы происходит при проведении нескольких разрядов до 1В, которые следует делать не реже 1 раза в месяц.

Если аккумулятор используется в режиме глубокого циклирования, этот эффект вообще не возникает.

Имеет место и другой механизм, который приводит к снижению разрядного напряжения, хоть и меньшему по величине по сравнению с описанным выше. Он связан с регулярными значительными перезарядами аккумуляторов. На оксидно-никелевом электроде в этом случае образуется γ-фаза NiOOH, разрядный потенциал которого ниже на 50 мВ, чем у β-NiOOH. И разрядное напряжение аккумулятора понижается. Эффект снижения разрядного напряжения аккумуляторов, связанный с действием их перезаряда, можно назвать ложным эффектом памяти.

Для того чтобы такой эффект не возникал, достаточно просто правильно контролировать заряд и не допускать продолжительных перезарядов, особенно при больших токах.

Следует добавить, что перезаряд к тому же способствует формированию крупных кристаллов в структуре электродов. Их рабочая поверхность уменьшается, и это ведет к уменьшению разрядной емкости. Укрупнение кристаллов в электродных массах происходит и при малых токах, которые имеют место в режиме компенсационного подзаряда. Поэтому долго держать аккумуляторы в таком режиме не рекомендуется.

При периодическом проведении разрядов никель-кадмиевых аккумуляторов до 1В происходит перестройка структуры активных масс. Возвращение мелкопористой структуры приводит к увеличению рабочей поверхности электродов и повышению разрядной емкости аккумулятора. Еще больший эффект разукрупнения кристаллов достигается при последующем доразряде до 0,5В малыми токами, а также при циклировании с зарядом знакопеременным током.

Но не стоит забывать что уменьшение емкости аккумуляторов происходит и в результате процессов деградации, которые происходят даже в не использующихся аккумуляторах.

В случаи использования содержимого сайта, необходимо ставить активные ссылки на данный сайт видимые посетителями и поисковыми роботами.

Литература

«Эффект памяти» аккумуляторной батарейки

Случается, что спустя каких-нибудь 10-20 циклов «разряд/заряда» аккумуляторная батарейка уже не может работать на полную заявленную емкость, каждый последующий раз искусственно снижая рабочий ресурс. Данный феномен был назван в научной среде «эффектом памяти», вызываемым, в первую очередь, неправильной эксплуатацией батареи.

А, следовательно, в реализации «эффекта памяти» аккумуляторной батарейки виноват сам пользователь, нарушающий правила инструкции изготовителя по ошибке или незнанию таковых.

«Эффект памяти»

Физическое свойство «адаптации» аккумулятора под конкретный рабочий цикл, закрепленное многочисленными циклами, как нельзя ярче проявляет «эффект памяти». Кристаллическая структура аккумулятора словно «запоминает», что в прошлый раз ее ресурс использовался не до конца, и это автоматически повторяется каждый следующий раз.

Схема реализации эффекта памяти на примере:

1. Емкость нового аккумулятора 100%. 2. Мы разряжаем аккумулятор до 30% заряда и ставим на подзарядку (+70% заряда). 3. Мы еще раз разряжаем аккумулятор до 30% и снова дозаряжаем (+70% заряда). 4. Мы пытаемся разрядить аккумулятор до 0%, но он отказывается опускаться ниже тех 30%, которые мы зафиксировали в прошлые циклы эксплуатации.

С течением времени этот «заблокированный» предел поднимается до 40-50-60-70%, и мы получаем негодную аккумуляторную батарейку с рабочим ресурсом энергии лишь 30% от номинальных 100%! В этом и проявляется «эффект памяти»…

Причем, аналогичные фокусы наблюдаются и в случае неполной разрядки, только тогда емкость усекается в обратном порядке, что также губительно (недозаряд батареи на 90-80-70-60-40%).

Физическая основа «эффекта памяти» аккумуляторной батарейки

Фактически внутри батареи происходят следующие процессы:

— на аккумуляторной пластине накапливаются ненужные кристаллы; — число нежелательных элементов растет от цикла к циклу; — лишние кристаллы забивают рабочее пространство электрода; — снижается емкость аккумуляторной батарейки; — острота и увеличивающиеся грани кристаллов пробивают сепаратор (разделитель катода и анода); — рабочие качества аккумулятора безвозвратно падают; — по пробитым частям сепаратора происходит скорый разряд батареи, выравнивание «+» и «-» зарядов.

Но образование кристаллов — это совершенно нормальный процесс, который при малых их размерах является даже полезным. Другое дело, что при увеличении граней кристалла понижается их рабочая площадь, а значит, и емкость аккумуляторной батарейки.

Борьба с «эффектом памяти» — «ТРЕНИРОВКА»

Из вышесказанных положений следует логический вывод, что нарастающие кристаллы необходимо периодически разрушать, измельчая их. И это совершенно реально до тех пор, пока их размеры не достигают некоего критического параметра.

И если еще не поздно, а тем более для новых аккумуляторных батареек, нужно проводить так называемую «тренировку». Суть данного мероприятия сводится к полному разряду вторичного источника тока, последующему полному его заряду.

Для нормальной тренировки достаточно проделать 3-5 полных циклов. И слово ПОЛНЫХ здесь имеет решающее значение, т.к. в противном случае мы будем лишь культивировать «эффект памяти» и его следствия — прирост размеров кристаллов, уменьшение емкости батарей. Тренировка аккумуляторов разумна для NiCD и NiMH моделей батарей, где «эффект памяти» проявляется во всей полноте. С другой стороны, тренировка литиевых аккумуляторов является бесполезной, т.к. и эффекта запоминания в Li-ion и Li-pol аккумуляторах практически не наблюдается.

Отдельно стоит упомянуть «умные» зарядные устройства, которые могут выполнить «тренировку» аккумуляторной батарейки в автоматическом режиме. В аналогичных зарядках тренировка выбирается как дополнительная опция, оговоренная в инструкции к устройству.

Еще проще победить «эффект памяти», не давая ему реализоваться. С этой целью пользователь может заряжать аккумулятор до предела и разряжать его практически в ноль. И так каждый следующий раз: заряжаем батарейку только после ее разрядки, но не раньше!

НАПОМНИМ: все вышесказанное, эффект памяти, тренировка и борьба с ростом кристаллов для литиевых аккумуляторных батарей НЕ имеет актуальности! В литиевых элементах питания просто нет аналогичных явлений.

Беспроводная зарядка

Еще одна технология, к которой купертиновцы долго примерялись, прежде чем добавить в iPhone X/8.

Сама по себе технология более безопасна для батареи, чем быстрая зарядка.

Если устройство находится в чехле во время зарядки по проводу, это не так страшно, но зарядка без проводов приводит к повышению температуры смартфона, а это, разумеется, вредно для аккумулятора.

Другим вредным фактором является большое количество прерываний цикла заряда.

Во время проводного подключения заряд подается постоянно, а с беспроводной зарядки то и дело снимаем гаджет, чтобы посмотреть уведомление, разблокировать его или принять вызов. Даже вибрация во время входящего уведомления способна на пару секунд прервать заряд устройства.

Что делать: старайтесь реже использовать беспроводную зарядку, включайте «авиарежим» или режим «не беспокоить» на время использования, заряжайте смартфон на такой зарядке ночью.

Способы восстановления емкости АКБ

Восстановление емкости содержащих никель аккумуляторов возможна почти в полном объеме. Порядок действий нужно выполнить в определенном порядке:

• разрядить батарею через устройство небольшой мощности до напряжения на контактах 0,8-1,0 В (для замера используется мультиметр);
• полностью зарядить АКБ, используя зарядное устройство;
• повторить действия предыдущих пунктов 2-5 раз.

Описанную выше процедуру можно проводить и как профилактику. Она применима в нескольких случаях:

• «эффект памяти» не выявляется очень явно;
• устройство длительное время не используется либо не заряжается;
• используемая АКБ относится к типу Ni-Mh либо Ni-Cd.

Сверхбыстрый заряд: ток заряда 0,5…1 C

При этом токе возможно автоматическое определение момента окончания заряда. Можно заряжать в автоматическом режиме, если у вас автоматическое з/у, а если нет — нужно вычислить время по приведенной выше формуле.

Возможен сильный нагрев аккумуляторов, это нормально. Если нагрев выше 55°С — необходимо отключить заряд и подождать остывания. Примерную температуру можно оценить длительным прикосновением к аккумуляторам — если есть ощущение жжения и продолжительно удерживать контакт невозможно, значит температура 55…60°С.

Помните, что не все аккумуляторы поддерживают сверхбыстрый заряд

Как просто откалибровать батарею смартфона

Литиевые аккумуляторные ячейки, используемые в смартфонах, не имеют эффекта памяти. Но, тем не менее, иногда имеют место ошибки отображения заряда, вызванные сбоями в работе контроллера, но носящие обратимый характер. В таких случаях может помочь давно известная многим процедура выполнения нескольких циклов разряда-заряда.

Для калибровки съемных батарей смартфонов можно использовать независимые ЗУ типа «лягушка». Их преимущество заключается в том, что такие девайсы заряжают батареи слабыми токами и не зависят от команд ОС. Поэтому если аккумулятор съемный – зарядку лучше осуществлять таким устройством, вне смартфона.

Александр Навагин

Поэтапная калибровка батареи смартфона

1. Разрядите аккумулятор до автоматического выключения смартфона. Разряжать лучше не очень высокой нагрузкой, например, проигрыванием видео, при комнатной температуре (на холоде литий садится быстрее).
2. Подождите несколько минут и попытайтесь включить смартфон.
3. Если гаджет включается и отображает остаток заряда – разрядите его до выключения снова.
4. Если гаджет уже не включается – поставьте его на зарядку. Желательно использовать слаботочный блок питания, без поддержки быстрой зарядки.
5. Дождитесь пополнения заряда до 100% и сигнала о полном заряде, подержите батарею на зарядке еще 10-20 минут.
6. Отключите зарядное устройство и снова подключите его чуть позже.
7. Если смартфон сразу сообщает о заряде до 100% – включите его. Если он снова сообщает о зарядке – ждите уведомления о 100%, повторите п. 6.
8. После включения смартфона разрядите его с помощью стабильной средней нагрузки (например, проигрывателем видео).
9. Повторите пункты 1 – 8 еще 2-4 раза.

Если сбой в калибровке был обратимым, повторение нескольких циклов плавной зарядки и разрядки небольшими токами должны заставить контроллер батареи вернуться в нормальный рабочий режим. Если это не помогает – другие способы, скорее всего, тоже окажутся бесполезными.

Что такое «срок службы батареи»?

Правила обращения с современными аккумуляторами сильно изменились со времен их свинцово-кислотных собратьев

Уже не нужно беспокоиться о «памяти аккумулятора», но важно понимать другие особенности их работы

Для нас важны две характеристики современных литийионных аккумуляторов: срок службы и время автономной работы.

Срок службы – это период, по истечении которого батарею нужно заменить. Пользователи почти не думают о нем до тех пор, пока батарея не начинает разряжаться непривычно быстро. Соблюдая некоторые несложные правила с первых дней использования аккумулятора, вы сможете продлить срок его службы.

Время автономной работы – это период, в течение которого устройство работает от батареи с момента зарядки. Скорее всего, в обычной жизни вас волнует именно эта характеристика. Общее правило таково: чем чаще батарея разряжается, тем быстрее она изнашивается. Контролируя нагрузку на батарею, вы сможете продлить и срок ее службы, и время автономной работы устройства.

Самостоятельно разбираться с аккумулятором сейчас сложно и даже опасно, потому что в большинстве телефонов батареи несъемные. Чтобы заменить батарею, придется обращаться в сервис, и стоит это недешево. К счастью, при правильном использовании вы сможете избежать лишних расходов на обслуживание.

Любые два аккумулятора от одинаковых смартфонов будут иметь разный срок службы – все зависит от того, как вы будете использовать и заряжать телефон.

Как правильно пользоваться аккумулятором?

Устаревшие аккумуляторы не стоит заряжать выше 90% емкости и разряжать ниже 10% за исключением калибровок — это продлит срок службы батареи.

В литиевых АКБ устанавливается специальный контроллер, который не позволит энергии поступать в полностью заряженный аккумулятор в случаях, когда смартфон поставили на зарядку и оставили надолго (например, на ночь). Также контроллер не позволяет батарее телефона окончательно разрядиться, выключая устройство до полного истощения емкости.

В случае с литиевыми моделями на протяжении длительного использования рекомендуется придерживаться практически аналогичных правил профилактики: оберегайте аккумуляторы от слишком низких и высоких температур. Переохлаждение замедляет химические реакции электролитов, что приводит к снижению отдачи тока — гаджет может выключиться. Перегрев же способен вызвать возгорание батареи. Емкость аккумуляторов в любом случае со временем станет снижаться, а правильная эксплуатация замедлит процесс старения.

Есть ли особые требования для хранения Ni-Cd и Ni-Mh?

Когда нужно максимально сберечь штатные характеристики аккумуляторов обоих типов, следует придерживаться некоторых рекомендаций от производителей. Их мы выделили в этот список.

• • В сухом прохладном месте (при высоких температурах усиливается саморазряд).
• • С любым промежуточным процентом заряда (кроме полного разряда или полного заряда).
• • Оптимально зарядить до уровня 40%-60%.
• • В процессе хранения 1 раз в 3 месяца дозарядите (иначе саморазряд сократит процент).
• • Храните NiCd и NiMh не дольше 5 лет.
• • Перед началом эксплуатации после длительного хранения активируйте (полностью разрядите и зарядите).

Типы аккумуляторов для телефонов

При возникновении вопросов напишите их в комментарии или отправьте в виде личного сообщения нам ВКонтакте @NeovoltRu.

Подпишитесь в группе на новости из мира гаджетов, узнайте об улучшении их автономности и прогрессе в научных исследованиях аккумуляторов. Подключайтесь к нам в Facebook и Twitter. Мы также ведём насыщенный блог в «Дзене» и на Medium — заходите посмотреть.

Какие конкретно действия пользователя приводят к развитию эффекта запоминания у аккумуляторной батареи?

Естественно, не плохо было бы знать, какие именно действия юзера обуславливают появление у электронакопителя эффекта запоминания и что нужно делать для того, чтобы не допустить образования подобного недоразумения.

Если у вас возникла потребность в подзарядке АКБ, которая либо ещё почти на 100% заправлена, либо села не более чем на 50% ёмкости, то ждите со временем неприятностей — именно такие обстоятельства и ведут к формированию и развитию эффекта запоминания.

Правильным же подходом будет такой: электронакопитель практически всегда нужно разряжать почти в ноль и только после этого, устанавливать агрегат на подзарядку. При подобном раскладе, эффект запоминания развиваться не будет и в очевидной форме себя он уже не проявит.

В то же время, стоит избегать и регулярного глубокого разряда аппаратуры. Лучше всего разряжать АКБ до того минимального напряжения, которое предписал в документации разработчик конкретной батареи и только после, приступать к процессу зарядки.

Что касается физической причины появления эффекта запоминания, то она заключается в том, что если электроаккумулятор регулярно не подвергается разряду на 100%, то кристаллы активного вещества — увеличиваются. А из этого проистекает, что общая площадь активной рабочей поверхности элемента — сокращается. Всё это ведёт к тому, что показатель максимально допустимого тока стремительно снижается, внутреннее сопротивление возрастает и в общем — ёмкость АКБ идёт на понижение.

При самом неблагоприятном исходе, большие кристаллы организуют засорение пространства между положительным и отрицательным электродом настолько, что по итогу, возросший саморазряд лишит электронакопитель работоспособности. Вдобавок, острые кристаллы могут нанести урон сепаратору и привести к полной негодности элемента.

Если желаете предотвратить возникновение эффекта запоминания, всегда соблюдайте адекватный режим эксплуатации электробатареи. Нужно полностью израсходывать заряд и только потом ставить её на зарядку.

По ходу зарядной процедуры нужно следить за тем, чтобы не был превышен установленный ток заряда, а по ходу разряда — установленный ток разряда. Также, следует соблюдать такое правило: новую аккумуляторную батарею всегда необходимо «потренировать», перед тем, как начинать использовать устройство по его прямому назначению. Для этого нужно на 100% разрядить гаджет, а затем полностью зарядить его. Повторить данную процедуру нужно 2-3 раза.

Такие манипуляции позволяют довести ёмкость электронакопителя до максимальных значений. Очень хорошим вариантом будет обзавестись зарядным устройством, в распоряжении которого функция предварительного доразряда электробатареи. Такое продвинутое оборудование, когда АКБ подключено к нему, сначала нагружает его, чтобы разрядить до минимума, а когда ток разряда упадёт в значительной степени — стартует зарядка.

Заключение

Вот мы и узнали, что такое эффект памяти электроаккумулятора, чем он вреден и что нужно предпринимать для того, чтобы нивелировать его негативное влияние на источник энергии. Литий-ионные АКБ являются самыми распространёнными среди пользователей, поэтому печально, что они склонны к эффекту запоминания, хоть и в незначительной степени. Тем не менее, обладателям таких батарей, стоит взять на вооружение приведённую в статье информацию и тогда, у них не должно возникнуть никаких проблем вообще.

Удаление и замена

Здесь Вам придется поработать паяльником. Также, потребуется спиртовой флюс на канифоли и олово.

Обрезаете ненужный элемент, затем на его место запаиваете новый. Паять старайтесь быстро, чтобы не испортить аккумулятор, так как он может перегреться. Обязательно проверьте, правильно ли Вы соединили плюсы и минусы. Пластины при спаивании лучше использовать те, что уже имелись в устройстве.

Чтобы выровнять все потенциалы на банках, заряжаете на всю ночь, даете остыть один день, и потом измеряете напряжение. Оно должно быть одинаковое на всех банках (до 1,3 В). Поработайте с шуруповертом до полной разрядки и вновь зарядите. Это повторите еще 2 раза.

Автомобильная зарядка

Любители заряжать смартфон в автомобиле рискуют больше тех, кто использует неоригинальную зарядку.

Зарядка от прикуривателя – это очень нестабильный источник питания. Напряжение и сила тока может постоянно меняться, что негативно сказывается на батарее подключенного смартфона.

Не все модели зарядок будут оказывать пагубное влияние на аккумулятор, в основном к деградации батареи приводит большинство недорогих зарядок.

Они есть во всех зарядках серьезных брендов и минимизируют возможность нанесения вреда аккумулятору во время зарядки в автомобиле.

Что делать: купить дорогую брендовую зарядку в авто, а лучше вовсе отказаться от такого способа подпитывать смартфон и пользоваться им лишь в крайних случаях.

Что такое эффект памяти электробатареи?

Под этим понятием подразумевается обратимая утрата ёмкости электроаккумулятора, которая присутствует в некоторых типах накопителей, когда происходит нарушение установленного режима зарядки. Конкретно, речь идёт о подзарядке не до конца выдохшейся АКБ.

Эффект памяти батареи — это явление снижения первоначальной ёмкости электронакопителя, по причине нарушения пользователем рекомендованного разработчиками режима эксплуатации. Этот деструктивный процесс так был назван из-за своего практического проявления: источник питания будто запоминает тот факт, что в прошлый раз он был разряжен не в полный ноль, что его полная ёмкость не была задействована и поэтому, в последующие разы девайс будет отдавать уже меньший объём энергии, по сравнению с тем временем, когда его номинальная ёмкость могла предоставить больше.

К обсуждаемому в теме эффекту, предрасположены некоторые распространённые типы АКБ: литий-ионные (Li-ion), литий-полимерные (Li-Pol), никель-металлогидридные (Ni-Mh), никель-кадмиевые (Ni-Cd), а также литий-железофосфатные (LiFePO4).

Li-ion. Электронакопители этого типа изготовлены с применением современных технологий, поэтому практически лишены эффекта запоминания. Сам по себе он конечно присутствует, но его влияние на общую ёмкость настолько ничтожно, что им просто пренебрегают. Если таки имеют место незначительные падения ёмкости, то, как правило, связаны они только с продолжительной эксплуатацией литий-ионных электронакопителей либо с крайне интенсивным их использованием.

Li-Pol. Литий-полимерная продукция также может порадовать пользователей отсутствием эффекта запоминания. Li-Pol электронакопители лучше всего проявляют себя при установке на девайсы, используемые периодически и подзаряжаются они задолго до исчерпания энергии.

Ni-Mh. Почти все электрокомпоненты, в состав которых входит никель, подвержены эффекту запоминания. Достаточно один раз не довести электроаккумулятор до полного разряда, чтобы при последующем применении значительно понизилась его ёмкость. Если устройство оборудованное Ni-Mh используется регулярно, то эффект запоминания может проявляться в существенном сокращении продолжительности функционирования гаджета.

Ni-Cd. Эта разновидность больше всего подвержена эффекту запоминания. Падение ёмкости также выражается в сокращении продолжительности работы девайса, причём эффект может дать о себе знать даже при кратковременном применении и особенно, это касается недорогостоящих моделей.

LiFePO4. Обладателям литий-железофосфатных также не повезло, ведь и они страдают от эффекта запоминания. Один раз полностью не разрядили LiFePO4 — запускается патологический процесс на катоде.

В этом деле имеют место и некоторые нюансы. Так, на ранней стадии, эффект обратим, а у Li-ion разновидностей, он и вовсе в незначительной степени проявляется. Из всего этого следует простой вывод: если уж вам довелось столкнуться с подобным явлением, не нужно сразу впадать в паническое настроение.

Приложения для калибровки батареи Android

Ручные методы калибровки имеют 2 заметных недостатка:

• операция не всегда позволяет достичь желаемого результата;
• для калибровки нужно выполнить много не самых логичных действий.

В этой связи нужно знать об альтернативном методе. Он предполагает использование специального приложения, которое сможет выполнить калибровку самостоятельно. Пользователь, в свою очередь, прилагает минимум усилий.

Наименование	Описание	Рейтинг
Accu​Battery	Программа, позволяющая не только откалибровать аккумулятор, но и сэкономить его заряд	★★★★★
Battery Recovery	Бесплатное приложение, продлевающее жизнь батарейки и выполняющее калибровку	★★★★★
Калибровка батареи	Узкоспециализированная программа для калибровки	★★★★★

Процесс выполнения операции практически не отличается от приложения к приложения. Пользователю нужно выполнить ручную калибровку, опираясь на предложенную в материале инструкцию. Далее останется зайти в программу, перейти в раздел калибровки и нажать кнопку «Calibration». То есть метод при помощи сторонней программы заменяет собой способ выполнения операции через инженерное меню.

4.1 / 5 ( 21 голос )

Автор

Герман

Эксперт в области цифровых технологий и деятельности мобильных операторов. Занимаюсь постоянным мониторингом изменений отрасли в России и за рубежом.

Есть ли что-то лучше NiMh?

Если вас беспокоит высокая степень саморазряда Ni-Mh, то обратите внимание на усовершенствованный тип LSD Ni-Mh. Такие элементы питания стоят дороже, но оправдывают инвестиции в условиях, когда между зарядкой и непосредственно эксплуатацией проходит значительное время (например, пульты дистанционного управления)

LSD Ni-Mh — это никель-металл-гидридный аккумулятор с низким саморазрядом (Low Self-Discharge, LSD). В процессе хранения он теряет максимум 10-20% ёмкости в год и работает почти также эффективно при экстремальных температурах, как и NiCd. Срок службы увеличен до 1000-1500 циклов разряда/заряда с более высокими значениями тока под нагрузкой.

Усовершенствованные никель-металлогидридные аккумуляторые с низким саморазрядом впервые появились в 2005-м году благодаря усилиям компании Sanyo. Сегодня их производством занимается множество других брендов. Они замедляют электрический разряд за счёт более качественного разделения анода и катода с помощью полиолефинового сепаратора.

Литий-ионные аккумуляторы оказались подвержены «эффекту памяти»

Исследователи из швейцарского Института Пола Шеррера вместе с коллегами из Toyota Research в Японии обнаружили, что широко используемый тип литий-ионных аккумуляторов всё-таки подвержен негативному «эффекту памяти».

С тех пор как литий-ионные аккумуляторы в девяностых годах начали вытеснять никель-кадмиевые, о существовании «эффекта памяти» стали забывать. Долгое время считалось, что в аккумуляторах нового типа он полностью отсутствует. Однако проведённая недавно работа убедительно показала его наличие как минимум в самом распространённом виде АКБ – с катодом из литий-феррофосфата.

«Эффект памяти» в литий-ионном аккумуляторе при 50% уровне заряда (изображение: Nature)

Как и в случае никель-кадмиевых аккумуляторов, «эффект памяти» приводит к тому, что цикл зарядки завершается преждевременно. Таким образом, фактически доступная ёмкость батареи оказывается существенно ниже расчётной.

Исследование крайне актуально в связи с увеличением доли рынка гибридных автомобилей и электромобилей, в которых литиевые батареи эксплуатируются в довольно жёстких условиях. Особенно это касается гибридных силовых установок, использующих каждый импульс торможения для быстрой подзарядки аккумуляторов током большой силы.

Помимо снижения ёмкости батареи у эффекта памяти есть и другое отрицательное последствие. Корреляция между напряжением и уровнем заряда смещается, поэтому точно определить состояние аккумулятора становится невозможно.

Даже небольшая ошибка в определении остаточной ёмкости батареи по изменению напряжения может привести к большой ошибке в работе электронной схемы её обслуживания в дальнейшем.

Соавтор исследования профессор Пётр Новак (фото: Scanderbeg Sauer)

Как показало исследование, частые циклы неполной зарядки и последующего разряда приводят к возникновению отдельных «микроэффектов памяти», которые затем суммируются. Это происходит потому, что основой работы батареи являются процессы высвобождения и обратного захвата ионов лития, динамика которых становится далека от оптимальной в случае неполной зарядки.

Во время процесса заряда ионы лития один за другим покидают частицы литий-феррофосфата, размер которых составляет десятки микрометров. Катодный материал начинает разделяться на частицы с разным содержанием лития.

Заряд батареи происходит на фоне возрастания электрохимического потенциала. В определённый момент он достигает предельного значения. Это приводит к ускорению высвобождения оставшихся ионов лития из катодного материала, но они уже не меняют суммарное напряжение батареи.

Если она не будет полностью заряжена, то на катоде останется некоторое число частиц, близких к пограничному состоянию. Они практически достигли барьера высвобождения ионов лития, но не успели его преодолеть.

При разряде свободные ионы лития стремятся вернуться на место и рекомбинировать с ионами феррофосфата. Однако на поверхности катода их также встречают частицы в пограничном состоянии, уже содержащие литий. Обратный захват затрудняется, и нарушается микроструктура электрода.

В настоящее время просматриваются два пути решения проблемы: внесение изменений в алгоритмы работы системы управления батареями и разработка катодов с увеличенной площадью поверхности.

Физические основы эффекта

Никель-кадмиевый аккумулятор состоит из никелевого электрода, который представляет собой гидроксид никеля, нанесенный на стальную основу и кадмиевого, в котором используется губчатый кадмий.

В результате электрохимических реакций при разряде источника питания на кадмиевом электроде может накапливаться некоторое количество интерметаллического соединения никеля и кадмия Ni5Ca21, которое распадается только при полном разряде. В результате накопления кристаллов соединения, электрический потенциал между электродами смещается на 0.1 – 0.15 В. При ЭДС никель-кадмиевой батареи 1.37 В это приводит к тому, что измеренное напряжение на элементе будет составлять всего 1.27 – 1.22 В. Соответственно, уменьшается количество энергии, отдаваемое аккумулятором до полного разряда.

В процессе работы устройство выдает сигнализацию разряда аккумулятора, хотя его емкость еще не исчерпана полностью. Таким образом, каждый цикл заряда увеличивает воздействие эффекта памяти.

Дальнейшая эксплуатация батарей связана с ростом кристаллических образований интерметаллида, который приводит к местным разрывам оболочки электродов. Это является причиной повышения саморазряда батареи и увеличения внутреннего сопротивления. Кроме того, крупные кристаллы уменьшают эффективную площадь поверхности активного материала.

Контроль и рекомендации по зарядке-разрядке

Для правильной работы Ni-MH следует помнить «Правило трех П»: «Не перегревать», «Не перезаряжать», «Не переразряжать».

Чтобы предупредить перезарядку батарей, используются такие методы контролирования:

1. Прекращение заряда по скорости изменения температуры. При использовании данной методики во время зарядки температура батареи находится под постоянным контролем. Когда показатели поднимаются быстрее, чем нужно, зарядка прекращается.
2. Метод прекращения заряда по максимальному его времени.
3. Прекращение заряда по абсолютной температуре. Тут температура аккумуляторной батареи контролируется в процессе заряда. При достижении максимального значения быстрый заряд прекращается.
4. Метод прекращения по отрицательной дельте напряжения. Перед завершением зарядки батареи при осуществлении кислородного цикла повышается температура NiMH устройства, что приводит к понижению напряжения.
5. Максимальное напряжение. Метод используется для отключения заряда устройств с повышенным внутренним сопротивлением. Последнее появляется в конце срока службы батареи по причине недостатка электролита.
6. Максимальное давление. Метод применяется для призматических аккумуляторов большой емкости. Уровень разрешенного давления в таком устройстве зависит от его размера и конструкции и находится в интервале 0,05-0,8 МПа.

Для уточнения времени зарядки Ni-MH аккумулятора с учетом всех характеристик можно применить формулу: время зарядки (ч) = емкость (мАч) / сила тока зарядного устройства (мА). Например, имеется аккумулятор с емкостью 2000 миллиамперчасов. Ток заряда в ЗУ — 500 мА. Емкость делится на ток и получается 4. То есть батарея будет заряжаться 4 часа.

Обязательные правила, которых нужно придерживаться для правильного функционирования никель-металлогидридного устройства:

1. Эти аккумуляторы гораздо чувствительнее к нагреву, нежели никель-кадмиевые, перегружать их нельзя. Перегрузка отрицательно скажется на токоотдаче (способности держать и выдавать накопленный заряд).
2. Металлогидридные аккумуляторы после приобретения можно «потренировать». Сделать 3-5 циклов зарядки/разрядки, что позволит достигнуть придела емкости, потерянной при перевозке и хранении устройства после выхода с конвейера.
3. Хранить нужно аккумуляторы с небольшим количеством заряда, примерно 20-40% от номинальной емкости.
4. После разрядки либо зарядки следует дать устройству остыть.
5. Если в электронном устройстве используется одинаковая сборка аккумуляторов в режиме дозаряда, то время от времени нужно разряжать каждый из них до напряжения 0,98, а потом полностью заряжать. Эту процедуру циклирования рекомендуется выполнять один раз на 7-8 циклов дозарядки аккумуляторов.
6. Если нужно разрядить NiMH, то следует придерживаться минимального показателя 0,98. Если напряжение упадет ниже 0,98, то он может перестать заряжаться.

Как справится с эффектом памяти

Сначала определите, присутствует ли у Вашего аккумулятора этот эффект. Он проявляется в том, что при полном заряде батареи она крайне быстро разряжается, а работать снова аппарат может только с течением времени.

Чтобы продлить использование шуруповерта без ремонта более чем на год, следующую процедуру стоит проделывать около пяти раз перед непосредственным началом эксплуатации — полностью заряжаете АКБ а затем медленно разряжаете (можно взять типичную лампу в 220 В) до 5 В (что составляет 30% от номинальной ёмкости).

Таким образом, Вам удастся устранить данную проблему. Стоит отметить, что с ней могут столкнуться только владельцы никелевых аккумуляторов.