“В чем причина постепенного ухудшения качества аккумуляторов? Механические повреждения? Или виной тому химические процессы, происходящие внутри аккумулятора?” - вот вопрос, который наиболее часто задают потребители. Ответ такой: и то, и другое. Аккумуляторы относятся к категории “скоропортящихся продуктов”, начинающих терять свое качество сразу же после изготовления. Подобно сжатой пружине, аккумулятор стремиться вернуться к своему самому низкому энергетическому состоянию. Скорость старения зависит от глубины разряда, методов заряда, процедуры обслуживания или его отсутствия, температуры и электрохимической системы аккумулятора.
В таблице на рисунке 1 приведены сравнительные характеристики трех наиболее распространенных типов аккумуляторов для портативных компьютеров по энергетической плотности, внутреннему сопротивлению, саморазряду и количеству циклов заряда / разряда.
Для исследования поведения аккумуляторов в процессе эксплуатации в компании Cadex проведены испытания никель-кадмиевых (NiCd), никель-металлгидридных (NiMH) и литий-ионных (Li- ion) аккумуляторов. Испытания проводились с использованием анализатора аккумуляторов Cadex C7000 в лаборатории компании Cadex Electronics Inc., Vancouver, Canada. Все аккумуляторы первоначально полностью заряжались, а затем подвергались режиму многократного повторения циклов разряд / заряд. Внутреннее сопротивление измерялось методом OhmTest, являющимся собственностью компании, а саморазряд проверялся путем определения потерянной емкости по истечении 48 часов после заряда.
В результате было установлено, что срок службы, определенный при лабораторных испытаниях, превосходит срок службы в реальных условиях. Причина в том, что при повседневной эксплуатации присутствуют экстремальные условия и неправильное обращение, которые не могут быть достаточно точно смоделированы в лаборатории.
Никель-кадмиевые (NiCd)
Никель – Металл Гидридные (NiMH)
Литий - ионные (Li-ion)
Энергетическая плотность
4.0 Wh
5.3 Wh
6.6 Wh
Внутреннее сопротивление1
100-300 mOm
200-800 mOm
300-500 mOm
Саморазряд за месяц2
20%
30%
10%
Наибольшее количество циклов заряда/разряда
1,5003
5003.4
500-1,0004,5
1. Внутреннее сопротивление аккумулятора зависит от емкости элемента и числа элементов в аккумуляторе, соединенных последовательно.
2 Саморазряд наиболее высок в первые 24 часа, а затем уменьшается. Саморазряд увеличивается с повышением температуры.
3 Наибольшее количество циклов заряда / разряда зависит от условий эксплуатации и обслуживания. Отказ от периодического полного разряда может привести к уменьшению количества циклов заряда / разряда.
4 Наибольшее количество циклов заряда / разряда зависит от глубины разряда. Поверхностный разряд увеличивает количество циклов.
5 Аккумуляторы подвержены старению.
Рисунок 1: Характеристики NiCd, NiMH и Li- ion аккумуляторов по энергетической плотности, внутреннему сопротивлению, саморазряду и количеству циклов заряда / разряда.
На рисунке 2 приведены результаты исследования емкости, внутреннего сопротивления и саморазряда 7. 2V, 900 mA NiCd аккумулятора со с нормальными элементами (нормальные - это элементы не высокой емкости. Примеч. Переводчика). По количеству циклов заряда / разряда, нормальный NiCd - наиболее выносливый аккумулятор. Из-за ограниченного времени, испытания были закончены после 2,200 циклов заряда / разряда. В течение этого периода, значение емкости постоянно, внутреннее сопротивление равно 75 миллиом и саморазряд постоянен. Этот аккумулятор получил маркировочный знак “А” как обладающий почти отличным качеством.
Рисунок 2: Емкость, Внутреннее Сопротивление и само-разряд 7. 2V, 900mA NiCd аккумулятор со стандартными элементами.
Результаты для NiCd аккумуляторов с элементами более высокой энергетической плотности менее благоприятны, но все же лучше, чем для аккумуляторов других электрохимическх систем. У этих аккумуляторов, имеющих энергетическую плотность почти на 60 % выше, чем у нормальных NiCd, наблюдается постепенное уменьшение емкости (см. рисунок 3). В то же самое время, внутреннее сопротивление повышается незначительно. Более серьезный недостаток - увеличение саморазряда после 1000 циклов. Это проявляется в сокращении времени непрерывной работы, так как некоторая часть энергии расходуется аккумулятором, даже если он не используется.
Рисунок 3: Емкость, Внутреннее Сопротивление и само-разряд 6V, 700mA NiCd аккумулятор с элементами высокой емкости.
На рисунке 4 приведены характеристики популярного NiMH аккумулятора. Состояние аккумулятора удовлетворительно до 300 циклов заряда / разряда, но затем начинает быстро ухудшаться. После 700 циклов быстро увеличивается внутреннее сопротивление и саморазряд. Очевидно, что NiMH аккумуляторы не должны использоваться для оборудования длительного срока эксплуатации. Однако, многие пользователи выбирают более низкую стоимость их обслуживания взамен долговечности.
Рисунок 4: Емкость, Внутреннее Сопротивление и само-разряд 6V, 950 mA NiMH аккумулятора.
Li-ion аккумулятор обладает преимуществами, которых не имеют ни NiCd, ни NiMH аккумуляторы. На рисунке 5 приведены графики зависимости емкости и внутреннего сопротивления типичного Li-ion аккумулятора. Плавное и предсказуемое снижение емкости наблюдается после 1,400 циклов, внутреннее сопротивление немного увеличивается с 400 мОм до 450 мОм. Из-за малого значения саморазряд аккумулятора не проверялся.
Рисунок 5: Емкость и внутреннее сопротивление 3. 6V, 500 mA Li-ion аккумулятора.
Недостаток Li-ion аккумулятора в том, что он подвержен старению, даже если не эксплуатируется. Ухудшение емкости наблюдается примерно после одного года, и аккумулятор часто отказывает на втором и третьем году. Поэтому не рекомендуется хранить Li-ion аккумуляторы в течение длительного времени. Максимально наслаждайтесь ими, пока они новые. Став непригодным к эксплуатации, Li-ion аккумулятор не может быть восстановлен с использованием циклов заряда / разряда.
