Автопортал || Авто - статьи

Сельскохозяйственная техника
Чтение RSS

Акумулятори: Академія для неінженеров

  1. ПОСИЛАННЯ

Років тридцять тому для популяризації технічних знань випускалися книги під назвами «Радіо - це дуже просто», «Телебачення - це дуже просто», «Кольорове телебачення - це майже просто», в яких простим і доступним для широкого кола читачів мовою розповідалося про ту чи іншій галузі техніки. Зараз подібні видання випускаються для користувачів різних комп'ютерних програм. Згадали видання «для чайників»? Подібного плану книга є і про акумулятор. Isidor Buchmann, глава канадської компанії Cadex Electronics Inc., запропонував на суд читачів значно оновлену редакцію своєї книги «Batteries in a Portable World. A handbook on rechargeable batteries for non-engineers ».

Російською мовою назва книги звучить приблизно так: «Акумулятори в світі портативних пристроїв. Керівництво по акумуляторів для неінженеров ». Ознайомитися з нею можна в інтернеті [ 1 ] В рамках однойменного проекту, доповненого серією статей автора і його відповідями на типові запитання. Але книга написана англійською мовою і, отже, не для широкої російської аудиторії. Щоб заповнити цю прогалину, зупинимося коротко на утриманні книги і основних, найбільш важливих з точки зору експлуатації акумуляторів, моментах. Повністю (по главам) з переліком розглянутих у книзі питань російською мовою можна ознайомитися на [ 2 ]. Там же з дозволу автора у міру перекладу матеріалів книги будуть публікуватися окремі її голови.

Передісторія. Близько чотирьох років тому, в період бурхливого розвитку мобільного зв'язку, а також масового виходу портативних комп'ютерів та інших пристроїв на комерційний ринок, внаслідок недосконалості технологій виготовлення акумуляторів особливо гостро постали питання про правильну їх експлуатації. Саме в цей час і з'явилася книга пана Isidor Buchmann, глави канадської компанії Cadex Electronics Inc. [ 3 ], Виробника аналізаторів акумуляторів. До недавнього часу глави з цієї книги розміщувалися в рамках корпоративного проекту фірми Cadex Electronics Inc. Час минав, з'являлися нові технології виготовлення акумуляторів, старі технології удосконалювалися, і назріла необхідність доповнення книги і переробки її окремих матеріалів. Навесні цього року вийшло в світ нове, друге видання книги, а в інтернеті з'явився власний проект пана Isidor Buchmann, на якому і розміщена інтернет-версія книги.

Книга, що складається з 18 глав (4 розділу), добре проілюстрована графіками, таблицями та малюнками.

Перший розділ, як і годиться, вводить читачів в курс справи і знайомить з різновидами і пристроєм акумуляторів різних електрохімічних систем, методами їх заряду і характеристиками розряду. Крім добре відомих свинцево-кислотних (Lead Acid), нікель-кадмієвих (NiCd), нікель-металгідридних (NiMH) і літій-іонних (Li-ion) акумуляторів в книзі розглядаються літій-полімерні (Li-polymer) і алкалайнові (Reusable Alkaline ) батареї багаторазового використання. Порівняльні характеристики акумуляторів наведені в таблиці. Зазначені значення відповідають усередненим даними для акумуляторів широкого застосування. Безумовно, в рамках кожної з розглянутих груп існують акумулятори з поліпшеними характеристиками, експериментальні або призначені для спеціального застосування. Опис подібних акумуляторів виходить за рамки даної книги.

NiCd NiMH Lead Acid Li-ion Li-ion polymer Reusable
Alkaline Енергетична щільність (W * год / кг) 45-80 60-120 30-50 110-160 100-130 80 (початкова) Внутрішній опір
(Включаючи внутрішні схеми), мом 100-200
при 6В 200-300
при 6В <100
при 12В 150-250
при 7.2В 200-300
при 7.2В 200-2000
при 6В Число циклів заряду / розряду (при зниженні до 80% від початкової ємності) 1500 300-500 200-300 500-1000 300-500 50
(До 50%) Час швидкого заряду 1 годину типове 2-4 години 8-16 години 2-4 години 2-4 години 2-3 години Стійкість до перезаряду середня низька висока дуже низька низька середня Саморозряд / місяць (при кімнатній температурі) 20 % 30% 5% 10% ~ 10% 0.3% Напруга елемента (номінальне) 1.25В 1.25В 2В 3.6В 3.6В 1.5В Струм навантаження
- піковий
- оптимальний 20C
1C 5C
0.5C і нижче 5C
0.2C> 2C
1C і нижче> 2C
1C і нижче 0.5C
0.2C і нижче Температура при експлуатації (тільки розряд) -40 to
60 ° C -20 to
60 ° C -20 to
60 ° C -20 to
60 ° C 0 to
60 ° C 0 to
65 ° C Вимоги до обслуговування Через 30 - 60 днів Через 60 - 90 днів Через 3 - 6 місяців Не потрібно Не потрібно Не потрібно Типова ціна
(US $, тільки для порівняння) $ 50
(7.2В) $ 60
(7.2В) $ 25
(6В) $ 100
(7.2В) $ 100
(7.2В) $ 5
(9В) Ціна на цикл (US $) $ 0.04 $ 0.12 $ 0.10 $ 0.14 $ 0.29 $ 0.10-0.50 Початок комерційного використання 1950 1990 1970 1991 1999 1992

Як видно з таблиці, безумовним лідером по співвідношенню ціна / кількість циклів заряду-розряду залишається NiCd акумулятор. Однак великі габарити і вага фактично звели нанівець його застосування в мобільних телефонах і радіостанціях (за одним лише винятком, пов'язаним з діапазоном робочих температур). Інший цікавий висновок, який випливає з аналізу таблиці, - вартість Li-ion акумулятора ($ 0,14) майже зрівнялася з вартістю NiMH ($ 0,12). Що це означає на практиці? Вигідніше купувати телефони з Li-ion акумуляторами: майже за ті ж гроші значно менше головного болю, відсутність обслуговування як такого і необхідності в періодичному розряді акумулятора.

Другий, найбільш об'ємний і значимий для споживачів розділ під назвою «Ви і ваш акумулятор» знайомить з питаннями практичної експлуатації акумуляторів. Як правильно вибрати акумулятор для стільникового телефону, радіостанції або портативного комп'ютера? У чому секрет тривалої роботи акумулятора і як отримати від нього максимальну віддачу? Чи можна відновити акумулятори? Найбільш типові помилки при їх експлуатації. Що таке ефект пам'яті: містика чи реальність? Питання, пов'язані з обладнанням для обслуговування акумуляторних батарей, в тому числі обслуговування як можливий вид бізнесу. І - вперше - інформація про швидке тестуванні акумуляторів: історія, методи, результати і ефективність.

Як відомо, якщо акумулятор перестав належним чином виконувати свої обов'язки, його необхідно перевірити чи, іншими словами, оцінити ступінь відповідності реальних параметрів тим, які повинні бути. Класичний спосіб такої оцінки полягає в послідовному виконанні наступних операцій:

  1. вимір внутрішнього опору акумулятора в полузаряженном стані (доцільніше це вимір проводити під час операції по п.2, якщо дозволяє обладнання: в цьому випадку результат буде точніше і достовірніше);
  2. проведення декількох циклів заряду - розряду до тих пір, поки різниця між виміряним значенням ємності в останньому циклі і значенням ємності в попередньому не складе менше 5 відсотків;
  3. якщо остаточне реальне значення ємності <80% від номінальної і тип акумулятора допускає процедуру відновлення (акумулятори на основі нікелю), то проведення циклу відновлення.

Час виконання процедур по п.п. 2 і 3 займає чимало часу - від 6-8 до 24 і більше годин залежно від типу електрохімічної системи, призначення та ємності акумулятора. Звідси стає зрозумілим величезна важливість розробки і впровадження на практиці достовірних методів швидкої оцінки стану акумуляторів. Така робота була пророблена в компанії Cadex [ 3 ], І результатом її став метод, реалізований в аналізаторі акумуляторів C7200.

Коротенько зупинимося на ньому. Кожен акумулятор, навіть в межах одного типу, унікальний за своїми характеристиками заряду - розряду. Тому відомі методи швидкої оцінки акумуляторів по внутрішньому опору або сукупності трьох параметрів (внутрішнього опору, поведінки напруги під час заряду і розряду) дають певну похибку, причому іноді значну. Компанією Cadex запропонований інший метод, заснований на самообучающихся алгоритмах нечіткої логіки. Тривалість його виконання - близько 5 хвилин. Не вдаючись в подробиці (це матеріал для окремої статті), можна сказати, що спочатку пам'ять (матриця даних) аналізатора в цьому режимі чиста, в нього закладена лише програма самонавчання і подальшої реалізації накопичених в процесі навчання даних. Навчається ж аналізатор на свідомо хороших акумуляторах. Мінімально необхідний один цикл навчання на одному акумуляторі, але при цьому мінімальним буде і рівень достовірності наступних вимірювань. Чим більше циклів навчання, тим точніше будуть результати подальшої швидкої оцінки. І що найважливіше - метод годиться не тільки для широко поширених акумуляторів, але і для акумуляторів, які ще не з'явилися. Крім того, користувачі аналізаторів можуть обмінюватися результатами навчання або завантажувати їх з інтернету.

Третій розділ присвячений докладному опису непереборних несправностей акумуляторів і причин їх виникнення. Крім того, розглядаються питання, пов'язані з доглядом за акумуляторами з моменту покупки до виходу з ладу, в тому числі: зберігання; підготовка нових акумуляторів (або після тривалого зберігання) до роботи; проблема повернень споживачами нових, нібито несправних акумуляторів операторам зв'язку; питання гарантійного обслуговування; маленькі хитрощі з особистого досвіду автора; вибір оптимального акумулятора і цікаві цифри і факти.

Як часто в самий невідповідний момент акумулятор відмовляється працювати! І одна справа, коли він просто вичерпав запас енергії (тут все ясно - треба заряджати), і зовсім інше - коли акумулятор просто ... помер. Але нічого не буває раптом. Шукайте причини і аналізуйте свої дії.

До несправностей, усунути які неможливо ні повним зарядом, ні послідовними циклами заряду і розряду (різної глибини), відносяться: високий внутрішній опір акумулятора, підвищений саморозряд, електричне коротке замикання одного або декількох елементів акумулятора, втрата електроліту, окислення, корозія та інші необоротні хімічні процеси. Перші три види легко діагностуються, причому тестування може бути виконано на якісному рівні рядовим споживачем, що володіє знаннями в обсязі середньої школи. Коротко нагадаю (матеріали, наведені нижче і виділені курсивом - результати моїх власних спостережень і не є предметом даної книги).

Висока внутрішній опір (докладно розглядається в розділі 2) проявляється в різкому зменшенні напруги, що видається акумулятором в момент імпульсного навантаження, наприклад в момент активізації режиму передачі в стільникових телефонах і радіостанціях. Зовні це виглядає так: індикатор заряду акумулятора показує повний або достатній для роботи рівень заряду, але в момент передачі (розмови) телефон вимикається. Після повторного включення індикатор рівня заряду показує приблизно те ж, що і до виключення.

Саморозряд в більшій чи меншій мірі притаманний будь-якого типу акумулятора (максимальний у NiCd і мінімальний у Li-ion). Але завжди можна відстежити зміни тривалості роботи повністю зарядженого акумулятора. Наприклад, якщо колись ваш новий, повністю заряджений акумулятор працював добу, а зараз індикатор заряду на нулі вже після 6 годин роботи в звичайному режимі, то причина, як правило, в підвищеному саморозряд. Акумулятор «продірявився».

Коротке замикання внутрішніх елементів акумулятора легко може бути перевірено звичайним вольтметром (мультиметром). Якщо ваш телефон перестав включатися, а заряд акумулятора не допомагає, то отстегніте акумулятор і заміряйте напруга на його клемах (як правило, позначених знаками «+» і «-»). Воно повинно бути приблизно дорівнює номінальній напрузі, зазначеній на етикетці, або твору номінальної напруги елемента відповідного типу (див. Таблицю) на кількість елементів в акумуляторі. Якщо виміряне значення істотно нижче зазначеного або обчисленого, в вашому акумуляторі короткозамкнені елементи. Повноцінно відновити їх неможливо, заміна ні до чого доброго не приведе з причин, викладених у книзі, але в екстрених випадках іноді допомагає заряд великим струмом протягом 1-3 секунд, в результаті чого замикають перемички можуть бути на деякий час зруйновані.

Причини цих та інших, описаних у книзі несправностей розглянуті автором конкретно для кожного виду акумуляторів. Діапазон їх широкий - від виробничих дефектів і порушення технології виготовлення до грубих помилок споживачів, які не дотримуються умови експлуатації або які застосовують невідповідні використовуваним акумуляторів зарядні пристрої.

Четвертий розділ - інформація про автора, компанії Cadex, коментарі користувачів і відповіді на найбільш поширені питання.

Автор книги - різносторонній дослідник і винахідник, Mr. Isidor Buchmann - засновник, президент і CEO компанії Cadex Electronics Inc., розташованої в Річмонді (Ванкувер), Канада.

Почав займатися електронікою ще в школі, зокрема на горищі (можливо - мансарді). Закінчив вищу школу, працював, служив в Швейцарській армії, після чого остаточно пов'язав своє життя з електронікою. У 1966 році емігрував до Канади і працював у відділенні радіозв'язку компанії General Electric. Там же прийшов до висновку, що основна проблема мобільного радіозв'язку - короткий час життя акумуляторів. У робочий час проводив випробування широкої гами акумуляторів замовників, а у вільний час вдома продовжував дослідження і розробляв електронні пристрої для аналізатора, здатного відновлювати слабкі нікель-кадмієві акумулятори. З метою запобігання ускладнень з General Electric Isidor Buchmann йде з неї, і з цього моменту починається історія Cadex.

Перший аналізатор Cadex 450 з'явився в 1981 році, але не був затребуваний на ринку в належній кількості. За ним з'явився Cadex 550 і інші модифікації. Були злети і невдачі. На сьогодні Cadex - один зі світових лідерів в розробці і виробництві аналізаторів акумуляторів і зарядних пристроїв.

При написанні статті використані матеріали, люб'язно надані паном Isidor Buchmann, засновником і главою канадської компанії Cadex Electronics Inc. [ 1 ].

Більш детальна інформація російською мовою про акумулятор для мобільної техніки зв'язку, комп'ютерів та інших портативних приладів, поради по експлуатації та обслуговуванню приведені в [ 2 ].

ПОСИЛАННЯ

  1. http://www.buchmann.ca/ - «Batteries in a Portable World. A handbook on rechargeable batteries for non-engineers »- інтернет-версія книги пана Isidor Buchmann, глави канадської компанії Cadex Electronics Inc.
  2. http://www.mari-el.ru/marmobile/battery/ - Акумулятори для мобільних пристроїв і портативних комп'ютерів. Аналізатори акумуляторів.
  3. http://www.cadex.com - Cadex Electronics Inc., Vancouver, BC [British Columbia], Canada - розробник і виробник зарядних пристроїв, аналізаторів і систем обслуговування акумуляторів.

Згадали видання «для чайників»?
Що це означає на практиці?
Як правильно вибрати акумулятор для стільникового телефону, радіостанції або портативного комп'ютера?
У чому секрет тривалої роботи акумулятора і як отримати від нього максимальну віддачу?
Чи можна відновити акумулятори?
Що таке ефект пам'яті: містика чи реальність?