Як продовжити життя літій-іонного акумулятора

1. напруга батареї
2. Величина зарядного струму
3. температура батареї
4. перезаряд батареї
5. резюме
6. Зберігання літій-іонних акумуляторів

Наши партнеры ArtmMisto

Стаття розповість про те, як можна продовжити термін служби літій-іонних акумуляторів.

У попередній статті ( Смартфон з потужним акумулятором ) Я писав про те, наскільки важлива ємність батареї для мобільних пристроїв. В контексті живлення мобільного пристрою існує ще один важливий аспект, це термін служби літієвих акумуляторів. Проблема в тому, що у li-ion акумуляторів термін служби має обмеження. Причому, в залежності від умов експлуатації цей термін може бути навіть менше року, в календарному вираженні.

Це пов'язано з тим, що літій-іонна батарея схильна до деградації, як втім і будь-який інший тип акумуляторів. Така деградація виражається в прогресуючому зменшенні ємності батареї з плином часу. Ємність акумулятора постійно (в часі) знижується і нарешті доходить до такого рівня, коли користуватися пристроєм (в якому цей акумулятор) стає неможливо.

Деградація батареї збільшує вартість володіння пристроєм, адже через якийсь час потрібно витрачати гроші на її заміну. Більш того, може виявитися і так, що пристрій виявиться взагалі неробочим, якщо не вдасться знайти таку ж, нову батарею. Ось чому питання збільшення терміну експлуатації літій-іонних акумуляторів так важливий.

Особливо це важливо стосовно до таких пристроїв як смартфони. Для смартфонів характерна інтенсивна модель експлуатації - зазвичай смартфон включений і працює (хоча і в режимі очікування) цілодобово, без вихідних і свят. Крім того смартфон багато часу використовується в активному режимі - з включеним екраном та підключенням до Інтернет. Це призводить до швидкого розряду акумулятора і необхідності частої зарядки. Залежно від інтенсивності використання і ємності батареї, зарядка батареї смартфона може бути необхідна навіть кожен день. Тому акумулятори смартфонів мають більш короткий термін життя в порівнянні наприклад з іншими пристроями.

Справа в тому, що руйнування акумуляторів відбувається не за календарним часу, а за кількістю циклів "заряд і розряд". У акумуляторів є обмежена кількість таких циклів, після чого вони втрачають свою ємність до неприйнятного рівня. Для літієвих акумуляторів термін служби може коливатися від 300 до 800 циклів "заряд і розряд".

Припустимо що в смартфоні встановлена ​​дешева літій-полімерна (li-pol) батарея з ресурсом в 300 циклів. При цьому інтенсивність використання цього смартфона вимагає зарядки щодня. А це означає що батарея цього смартфона "помре" не проживши навіть одного року!

Ось чому важливо знати терміни служби літій-іонних акумуляторів. І не менш важливо знати причини їх деградації. Для того, щоб можна було продовжити життя літій-іонного акумулятора.

Вже давно, в різних країнах, проводять дослідження причин руйнування літій-іонних акумуляторів. І на підставі цих досліджень вдосконалюються самі літій-іонні акумулятори, а також алгоритми їх використання. Наука і техніка не стоять на місці і сьогодні характеристики літій-іонних акумуляторів у багато разів перевершують ті, що були 20 або 30 років тому.

Однак і ми самі, користувачі мобільних пристроїв, теж можемо збільшити термін служби li-ion акумулятора за рахунок його правильної експлуатації. Яка скорочує фактори руйнують li-ion батареї. Але для цього потрібно знати ці фактори.

Існує багато наукових досліджень на цю тему. Наприклад є непогана стаття, яка підсумовує кілька досліджень японських вчених - Charging - research and methodology . Вона англійською мовою і досить велика. Я тут даю короткий виклад цієї статті. Найважливіші аспекти.

Отже, головні чинники, що руйнують li-ion батарею.

напруга батареї

Напруга всередині батареї. Тобто різниця потенціалів між анодом і катодом. Деградація плавно збільшується після напруги 3.92 вольта. Однак при напруги вище 4.2 вольта деградація різко збільшується. Якщо напруга не перевищує 4.2 вольта, літій-іонна батарея, поволі втрачаючи свою ємність, може витримати більше 600 циклів. Але при напрузі 4.35 вольта ця ж батарея не витримає і 300 циклів.

Цей руйнівний фактор починає діяти вже на етапі зарядки. Зазвичай алгоритм зарядки складається з двох етапів:

1. Перший етап - зарядка з постійним струмом і підвищується до максимального напругою.
2. Другий етап - зарядка з зменшуваним струмом, але з підтриманням постійного (максимального) напруги. Тобто на другому етапі зарядки вже починає діяти руйнує фактор високої напруги.

Далі, цей фактор може діяти і після зарядки, якщо батарея довгий час знаходиться в повністю зарядженому стані. Наприклад повністю заряджений смартфон довго перебуває в режимі очікування (без активного використання). Тобто з максимальною напругою. При активному використанні напруга на батареї знижується.

У більшості сучасних літій-іонних акумуляторів напруга, при повному заряді акумулятора, перевищує 4.2 вольта і може доходити до 4.35 вольт. Причому є постійна тенденція до збільшення напруги на літій-іонних акумуляторах.

Для чого виробники збільшують напругу акумуляторів? Для того щоб збільшити питому ємність акумуляторів. Питома ємність це ємність відносно щодо розміру та ваги батареї.

Умовно кажучи, якщо обмежити максимальну напругу літій-іонного акумулятора, скажімо значенням 3.9 вольта, тоді його ємність буде 1500 мАг. А якщо максимальна напруга підняти до 4.35 вольт, тоді ємність цього ж акумулятора зросте до 3000 мАг. Цифри в цьому прикладі умовні. Збільшення питомої ємності (підвищення напруга батареї) дозволяє зменшувати розміри і вага батарей, а також їх вартість. Ось так, просто підвищивши напругу батареї, виробник смартфона може вказати в специфікації більш красиву цифру ємності акумулятора!

Як приклад розглядати майже будь-який китайський смартфон. Наприклад Uhans A101. У нього ємність батареї 2600 мАч. Але коли ця ємність досягається, напруга на батареї 4.35 вольта. А при напрузі 3.9 вольта, ця батарея має приблизно 50% своєї паспортної ємності, тобто в районі 1300 мАг.

Отже. Для того, щоб продовжити термін служби літій-іонних акумуляторів необхідно стежити за напругою акумулятора. Воно не повинно перевищувати 4.2 вольта. А якщо його тримати не більше 3.9 вольта тоді буде ще краще - деградація літієвої батареї починається після 3.9 вольт.

Як можна стежити за напругою акумулятора в смартфоні? Все, або майже все, сучасні смартфони мають, в своїй схемотехнике цифровий вольтметр. І свідчення цього вольтметра можна дізнатися за допомогою прикладної програми. Для Андроїд є хороший додаток - GSam Battery Monitor . Ця програма показує напругу, температуру, поточну ємність, а також витрата ємності. І перераховує "жрунов" батареї. Використовуючи цю програму, можна контролювати процес зарядки не допускаючи перевищення напруги понад 4.2 вольта.

Якщо батарея знімна, показання вбудованого вольтметра смартфона можна перевірити зовнішнім вольтметром. Перевірити напругу вбудованим вольтметром, потім зняти батарею і перевірити напругу зовнішнім вольтметром. Після цього встановити батарею в смартфон і знову перевірити напругу через вбудований вольтметр.

Потрібно розуміти, що якщо ви будете обмежувати максимальну напругу батареї, плата за це буде зниження її ємності. Оскільки вам доведеться заряджати її не кінцем (не до її повної паспортної ємності). І в залежності від моделі смартфона і батареї, зниження ємності може бути суттєвим. Наприклад на дешевому китайському смартфоні Uhans A101 напруга при повному заряді акумулятора одно 4.35 вольта. А при напрузі 4.2 вольт цей акумулятор має ємність менше 70%. Тобто, в цьому випадку, для підтримки безпечного напруги, ємність акумулятора доведеться знижувати приблизно на 30%!

Величина зарядного струму

Наступний руйнівний чинник це величина зарядного струму, який подається на літій-іонний акумулятор. Чим вище зарядний струм, тим сильніше руйнується батарея. Найменша деградація при струмі зарядки 1С або менше. Навіть при незначному підвищенні струму зарядки, наприклад 1.4С, термін життя літій-іонного акумулятора зменшується дуже сильно.

Формула сили струму 1С означає прив'язку сили струму до ємності батареї. Наприклад для батареї ємністю 1000 мАг ток 1С буде дорівнює 1 ампер (1000 міліампер). Відповідно для батареї ємністю 1500 мАг ток 1С буде дорівнює 1.5 ампера.

Цей фактор стає все більш значущим, оскільки виробники змагаються, серед іншого, і за швидкість зарядки пристрою. А швидкість зарядки збільшується за рахунок збільшення струму зарядки.

температура батареї

Наступний руйнівний чинник це температура літій-іонного акумулятора. Чим вона вища, тим коротше буде термін служби батареї. Температура може підвищуватися за рахунок зовнішнього нагрівання - якщо пристрій лежить на сонячному світлі (влітку) або біля джерела опалення. Температура також може підвищуватися при інтенсивній зарядці або розрядки. Робота пристрою з високим навантаженням, наприклад гра. Або зарядка батареї великим струмом (більш 1С).

В літій-іонні акумулятори вбудовують контролери, які постійно перевіряють напругу осередків, а також їх температуру. Однак в дешевих акумуляторах, датчик температури часто не ставлять. І в такому випадку потрібно стежити за температурою батареї на дотик.

Перевірити наявність датчика температури акумулятора, в вашому смартфоні, можна за допомогою тієї ж програми GSam Battery Monitor . Якщо вона показує одну і ту ж температуру при різному навантаженні (режим очікування, активне використання і зарядка) означає датчика температури в батареї немає. Якщо показання температури змінюються - значить датчик є.

Крім підвищеної температури шкідлива і зарядка акумулятора великим струмом при навколишній температурі нижче 5-10 градусів Цельсія.

перезаряд батареї

Літій-іонні акумулятори критичні до перезаряду. Якщо, після повного заряду, продовжувати подачу зарядного струму, батарея швидко вийде з ладу. Для запобігання перезаряду, все літій-іонні акумулятори мають вбудований контроллер, який розриває ланцюг зарядки, після того, як акумулятор заряджений. Однак в дешевих акумуляторах такого контролера може не бути. Крім того такий контролер може вийти з ладу. І тоді акумулятор швидко "загине" від перезарядження.

резюме

Головні чинники які скорочують служби літій-іонних акумуляторів:

1. Напруга батареї вище 4.2 вольта. Насправді деградація починається при напрузі 3.9 вольт, але після 4.2 вольта вона різко прогресує.
2. Струм зарядки вище 1С.
3. Температура батареї вище 30 градусів.
4. Перезаряд.

Слідкуйте, за допомогою будь-якої програми, за напругою в процесі зарядки батареї. Вимикайте зарядку, коли напруга наближається до 4.2 вольта. Якщо є така можливість то навіть при 3.9 вольта, вже потрібно відключати зарядку. Але це може значно знизити робочу ємність акумулятора.

Так само за допомогою додатка стежте за струмом зарядки. Найкраще заряджати струмом силою менш 1С. Наприклад через USB порт комп'ютера, оскільки на портах комп'ютера зазвичай є обмеження по струму.

Слідкуйте за температурою. Не залишайте ваш пристрій на яскравому сонячному світлі. Не залишайте ваш пристрій поблизу сильних джерел тепла. Слідкуйте за температурою батареї при інтенсивному навантаженні (наприклад в іграх або під час зарядки).

Не залишайте ваш пристрій без нагляду на зарядці, щоб уникнути можливої ​​перезарядки акумулятора (в разі виходу з ладу контролера батареї). Особливо ризиковано залишати пристрій на зарядці на ніч, якщо контролер батареї вийде з ладу, ви гарантовано отримаєте перезаряд батареї і наприклад здуття акумулятора.

Зберігання літій-іонних акумуляторів

Якщо планується довго зберігати пристрій або окремо акумулятор, то перед таким зберіганням потрібно дізнатися напруга акумулятора і якщо воно вище ніж 3.9 вольта, тоді потрібно розрядити його до тих пір поки напруга на ньому не зменшиться до 3.9 або 3.8 вольт.

Якщо ж залишити на зберіганні акумулятор при напрузі більш 4.2 вольт, тоді, через кілька місяців він може значно зруйнуватися.

Із заводу літій-іонні акумулятори (в режимі зберігання) зазвичай випускаються зарядженими лише частково - до напруги 3.7 - 3.8 вольта.

Супутні статті:

Помощнік.ru 2017