В ходе эксплуатации никель-кадмиевых аккумуляторов была выявлена особенность, получившая название «эффект памяти». В дальнейшем эта особенность была выявлена и при использовании элементов питания других типов химии. Ее суть заключается в обратимой потери емкости, происходящей при определенных режимах перезарядки, в т. ч. при подзарядке частично разряженных элементов.
Аккумулятор будто запоминает, что в прошлый раз его емкость использовали не полностью, и в последующие разы отдает меньше энергии, т.е. его первоначальная емкость уменьшается. Это явление усиливается при систематической подзарядке аккумуляторов из частично заряженного состояния, особенно на 50% или более. У литий-ионных аккумуляторов эффект памяти есть, но не выражен, что выгодно отличает их от никель-кадмиевых и никель-металлгидридных элементов.
Определение «эффекта памяти» аккумулятора
«Эффект памяти» аккумулятора представляет собой процесс существенной утраты емкости батареей из-за нарушений условий подзарядки, когда АКБ начинают заряжать до потери предыдущего заряда.
В этом случае создаются условия для того, чтобы источник питания будто зафиксировал уровень емкости до момента, когда его начали подзаряжать. В дальнейшей работе аккумулятор отдаст ток строго до этого значения.
У батареи нет мозга и, соответственно, памяти, а описываемый эффект объясняется повышением числа кристаллов активного вещества.
Это отклонение начинает особенно выражаться, когда перязаряжаемые аккумуляторные батареи подвергают подзарядке до того, как они полностью отдали электроток, который у них еще есть.
Если из раза в раз такой цикл повторяется, то АКБ утрачивает большую часть емкости. К тому же появляется риск того, что изделие полностью потеряет работоспособность.
Признаки того, что у батареи проявляются признаки такого явления, несложно — у моделей разных производителей они похожи. Чтобы оградить себя от того, чтобы менять аккумулятор чаще, чем нужно, необходимо обращать внимание на режим работы батареи и его отклонения от стандартного.
Количество циклов заряда АКБ конечно, однако есть возможность реанимировать даже значительно испорченные батареи путем специфической тренировки.
Преимущества Li-ion технологии
Литий-ионные аккумуляторы не зря используются в большинстве современных устройств. Со времени создания в 1991 году они отлично заявили о себе и заметно потеснили конкурентов. И хотя поиски идеального аккумулятора продолжаются до сих пор, литий-ионные АКБ пока остаются неоспоримыми лидерами.
В отличие от Ni-Mh аккумуляторов, Li-ion модели имеют:
- ресурс более 1000 циклов – до снижения исходного запаса емкости на 20%;
- более высокую энергоемкость – до 230 Вт·ч/дм³;
- минимальный саморазряд – менее 5% в месяц, до 20% в год;
- абсолютно невыраженный эффект памяти;
- комфортные условия эксплуатации – с возможностью подзарядки в любое время, независимо от уровня остаточного заряда;
- быстрое восполнение заряда;
- номинальное напряжение 3,6–3,7 В на элемент;
- диапазон рабочих температур от −20 до +60 °C.
Есть у Li-ion аккумуляторов и минусы: снижение емкости на морозе, боязнь перезаряда и глубокого разряда, риск возгорания при разгерметизации или коротком замыкании. Для устранения этих недостатков аккумуляторные батареи и элементы питания оснащаются платами контроля и защиты.
BMS плата четко отслеживает рабочие параметры и не допускает опасных состояний. В частности, она отключает севшие аккумуляторы от нагрузки, контролирует уровень и равномерность заряда на всех элементах питания АКБ и останавливает процесс заряда, когда напряжение достигает своего максимума. При наличии рабочей платы защиты и соблюдении простых правил безопасности Li-ion аккумуляторы абсолютно безопасны в использовании.
Варианты проявления «эффекта памяти» в АКБ
Осведомленность о типе аккумулятора является важным фактором в процессе работы с «эффектом памяти» изделия. Разрастание кристаллов — явление, которому батареи с разным химическим составом электролита и электродов подвержены по-разному:
1. Ni-Mh. Если в составе батареи присутствует никель, с большой вероятностью можно утверждать, что она будет склонна к «эффекту памяти» (АКБ Ni-Mh – в том числе).
Стоит раз нарушить режим подзарядки — и уже следующий цикл работы будет значительно короче. А если устройство, в которое установлена АКБ, используется постоянно, проявление «эффекта памяти» найдет отражение в основательном уменьшении времени его работы.
2. Ni-Cd. Этот тип батарей является самым чувствительным с точки зрения «эффекта памяти». Особенностью является то, что уменьшение времени работы как следствие сокращения емкости, может наступить даже после недолгой эксплуатации. Больше всего эффект заметен у недорогих моделей.
Какое есть решение
Есть два выхода из этой ситуации:
- использовать функцию REFRESH;
- восстановить память своими силами.
Если говорить за первую функцию, то она поддерживается во многих зарядных устройствах. Ее суть заключается в том, что оно позволяет дозаряжать аккумулятор до нижнего придела перед самой зарядкой. В результате сохраняется только правильная память, и емкость будет служить гораздо дольше.
Второй способ – это самостоятельно лечение. Суть заключается в том, что вам необходимо несколько раз полностью разрядить и зарядить до максимума вашу емкость. Как правило, такие манипуляции помогут полностью исправить проблему. Однако если емкость уже изношена, то ей ничего не поможет.
Помните! К современным аккумуляторам такой метод нельзя применять ни в коем случае. Их не стоит полностью заряжать и разряжать!
Способы предотвращения развития «эффекта памяти»
Предотвратить «эффект памяти» у АКБ, которые к нему предрасположены, предельно легко. Нужно лишь удержаться установки на зарядку элемента питания до того, как он полностью истощится.
Если же такой возможности нет, то в профилактических целях нужно периодически осуществлять цикл по полному израсходованию тока с последующей полной подзарядкой с использованием рекомендаций завода-производителя батареи.
В аккумуляторах типа Ni-Cd и никель-металлогидридных АКБ подход по уменьшению риска развития эффекта памяти другой.
Необходимо задать необходимый уровень емкости. Для этого нужно до упора новую батарею, используя при этом силу тока, рекомендованную производителем изделия.
Далее требуется полностью разрядить аккумулятор, используя устройство невысокой мощности.
Такой цикл сделает возможным задать максимально возможные эксплуатационные характеристики изделия на старте эксплуатации, а также удалить первичное формирование кристаллов на внутренних контактах аккумулятора.
Когда встречается
Обратим внимание! Современные аккумуляторы не обладают эффектом памяти. Соответственно их нет никакого смысла постоянно заряжать или разряжать. Они работают на полную мощность и показывают стабильную работу, именно по этой причине такие АКБ для телефонов и начали использовать.
Эффекту памяти сейчас подвержены следующие элементы питания:
- Метал-Гидридные NI-MH.
- Никель Кадимовые NI-Cd.
Такие аккумуляторы найти сейчас не так просто, однако они встречаются на нашей территории и сейчас.
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.
Если аккумулятор устанавливался на подзарядку, когда имеющийся электроток еще полностью не израсходован в течение значительного периода времени, есть вероятность, что для восстановления емкости потребуется зарядное устройство более высокой мощности.
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.
Какие устройства наиболее подвержены проблеме
Эффект памяти проявляется особенно сильно в портативных устройствах, которые могут использоваться продолжительное время. Например, шуруповёрты, применяемые на неэлектрифицированных объектах заряжают до полного объёма, даже если запас электроэнергии не израсходован.
Это связано, прежде всего, с тем, что в процессе выполнения работ не будет возможности установить прибор на подзарядку. Аналогичная проблема наблюдается, если беспроводное устройство применяется периодически.
Рабочие, при наличии перерывов в использовании прибора, подключают его к сети через адаптер, что приводит к очень быстрому снижению эффективности работы источников питания.
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
Температура
Стандартный заряд: 0…45ºС
Быстрый заряд: 10…45ºС
Разряд: 20…65ºС
Зачастую перегрев происходит при заряде аккумуляторов большим током. Температура при заряде током — более 0,5 С, где С — емкость, может достигать 65°С, поэтому при использовании быстрых зарядных устройств неизбежно ускоренное старение аккумуляторов.
Некоторые зарядные устройства имеют куллер либо систему защиты от перегрева — они прекращают процесс заряда при превышении некоторого температурного порога.
Конструкция
Батарея включает в себя два электрода, заряженные разноименными зарядами, между которыми предусмотрен сепаратор, то есть разграничитель. Каждый элемент находится в электролите, и герметично закрыт в корпусе, обычно сделанном из металла или пластика.
Электрод с положительным зарядом содержит в составе никелевый гидроксид-оксид. Отрицательный сделан из кадмия. Электролитом служит высокоактивная щелочь KOH – не пахнущая и не взрывоопасная.
Изготавливая электроды, металл фольгируют – это позволяет увеличить площадь взаимодействия. Сепаратором выступает материал, устойчивый к воздействию щелочи. Так как корпус АКБ герметичен, в ходе эксплуатации она не теряет электролит.
Токосъемные контакты расположены сверху батареи. В корпусе предусмотрено отверстие для доливки
Конструкция АКБ.
щелочи. Через него же выходят избыточные газы, образуемые в ходе зарядки батареи. Электродами служат специальные пластины, и сепаратор, разделяющий их, не ограничивает протекание электролита.
Аккумуляторный источник питания Ni-Cd в плане исполнения бывает:
- призматический. Электроды – пластины, уложенные друг на друга через разделитель;
- цилиндрический. Электроды имеют вид ленты, свернутой в рулон. Разделитель также присутствует – между анодом и катодом.
Достоинства и недостатки
Значительное повышение энергетических параметров никель-металлогидридных аккумуляторов не является единственным их достоинством перед кадмиевыми. Отказавшись от использования кадмия, производители начали использовать более экологически чистый металл. Гораздо легче решаются вопросы с утилизацией.
Благодаря этим достоинствам и тому, что в изготовлении используется металл — никель, производство Ni-MH устройств резко выросло, если сравнивать с никель-кадмиевыми аккумуляторами. Удобны они и тем, что для уменьшения разрядного напряжения при длительных перезарядках проводить полную разрядку (до 1 вольта) надо раз в 20-30 дней.
Немного о недостатках:
- Изготовители ограничили Ni-MH батареи десятью элементами, потому что с увеличением циклов заряд-разряд и срока службы появляется опасность перегрева и переполюсовки.
- Эти аккумуляторы работают в более узком температурном диапазоне, нежели никель-кадмиевые. Уже при -10 и +40°С они теряют свою работоспособность.
- При зарядке Ni-MH аккумулятора выделяют много тепла, поэтому нуждаются в предохранителях либо температурных реле.
- Повышенный самозаряд, наличие которого обусловлено реакцией оксидно-никелевого электрода с водородом из электролита.
Деградация Ni-MH батарей определяется понижением сорбирующей способности отрицательного электрода при циклировании. В цикле разрядки-зарядки происходит изменение объема кристаллической решетки, что способствует образованию ржавчины, трещин во время реакции с электролитом. Появление коррозии происходит при поглощении батареей водорода и кислорода. Это приводит к уменьшению количества электролита и повышению внутреннего сопротивления.
Нужно учитывать, что характеристики батарей зависят от технологии обработки сплава отрицательного электрода, его структуры и состава. Металл для сплавов тоже имеет значение. Все это заставляет производителей очень внимательно выбирать поставщиков сплавов, а потребителей — завод-изготовитель.
Как используются эти устройства
Никель-металлогидридные аппараты широко используются для питания разного вида электроники, которая функционирует в автономном режиме. Обычно они делаются в виде ААА либо АА батарей. Имеются и другие исполнения. Например, промышленные батареи. Сфера использования Ni-MH аккумуляторов немного шире, чем у никель-кадмиевых, потому что в их составе нет токсичных материалов.
В данный момент реализуемые на отечественном рынке никель-металлогидридные батареи по емкости делятся на 2 группы — 1500-3000 мАч и 300-1000 мАч:
- Первая применяется в устройствах, имеющих повышенное энергопотребление за короткое время. Это всевозможные плееры, модели с радиоуправлением, фотоаппараты, видеокамеры. В общем, приборы, быстро расходующие энергию.
- Вторая используется при расходе энергии, который начинается после определенного интервала времени. Это игрушки, фонари, рации. На аккумуляторе работают приборы, умеренно употребляющие электроэнергию, находящиеся в автономном режиме продолжительное время.
Правила эксплуатации
Пользуясь такими батареями, необходимо понимать, что в ходе работы в них происходят изменения, приводящие к снижению эксплуатационных параметров, а впоследствии и к выходу из строя:
- сокращается площадь и масса электродов;
- объем и состав электролита также подвергается изменениям;
- деформируется сепаратор;
- расходуется вода, кислород;
- на пластинах появляются дендриты, выступающие причиной утечек тока.
Есть правила эксплуатации, придерживаясь которых реально продлить «срок жизни» АКБ. Какие факторы способны повлиять на работоспособность батареи:
- если заряжать не полностью заряженную АКБ, ее общая емкость снизится – из-за кристаллообразования уменьшается площадь вещества;
- не допускается перезаряд – это не только увеличивает газообразование, но и приводит к утрате воды в электролите и разрушению электродов, сепаратора;
- из-за недозаряда батарея быстро истощится;
- независимо от того, что аккумулятор Ni-Cd типа можно использовать при низких температурах, долго при таком сценарии он не протянет – из-за мороза снизится объем электролита, поменяется его состав, как итог – упадет емкость.
Быстрый заряд большим током также не стоит практиковать – увеличится давление в корпусе АКБ, начнет деградировать кадмиевый катод. Это приведет к деформации корпуса, нарушению плотности, увеличению внутреннего сопротивления и уменьшению рабочего напряжения.
Выпускают батареи с клапаном для сброса давления, что предотвращает деформации, но если химический состав изменится, уже ничего не исправить.
Как заряжать АКБ
Для подзарядки требуется ток 10% от параметра емкости (100 мА на 1000 мАч) на протяжении 14 – 16 часов. Рекомендуемый ток – 20% от емкости. Если не придерживаться этих значений, внутри начнет увеличиваться давление, выделяться кислород, что приведет к необратимым последствиям.
Схема ЗУ предполагает использование автоматических и реверсивных зарядок.
Эффективность зарядки при разных скоростях заряда.
Хранение и утилизация
Разрядная характеристика АКБ.
Оптимальные условия хранения разряженной батареи: сухое место и низкая температура. Саморазряд будет меньше, если окружающая температура будет минусовой. Если речь идет о качественных моделях, они способны пролежать без действия порядка 5 лет, и их технические характеристики не изменятся. Чтобы начать пользоваться батареей, необходимо будет только ее зарядить.
Выбрасывать в мусорный бак Ni-Cd источники питания нельзя. В составе одной батарейки содержится вредных веществ в таком количестве, которого хватит для загрязнения 20 м2 территории. Утилизация предполагает сдачу АКБ в пункты переработки.
