Аккумуляторы для мобильных телефонов. Заряд, емкость, устройство аккумулятора для сотового телефона.

Новая и правильно заряженная аккумуляторная батарея (АКБ) мобильного телефона практически не требует дополнительного обслуживания и особого внимания. А если она уже не новая? Если она заряжена неправильно? Что тогда делать?

Рассмотрим, как устроена аккумуляторная батарея сотового телефона, каковы ее основные электрические характеристики и правила эксплуатации.

Не будем забывать, что аккумуляторная батарея, изготовленные по разной технологии (соответственно, имеющие различные предназначения) применяют не только в мобильных телефонах. Они также применяются в радиотелефонах, портативных игрушках (например, «мерцающий фонарь»), калькуляторах, ноутбуках, фотоаппаратах, электронных тетрадях и в других популярных электронных устройствах бытового и специального назначения.

По технологии изготовления аккумуляторных батарей, применяемые в сотовых телефонах, разделяют на следующие типы:



• никель-кадмиевые - Ni-Cd (Nickel Cadmium);
• никель-металлгидридные - Ni-MH (Nickel Metal-Hydride);
• литий-ионные - Li-ion (Lithium Ion);
• литий-полимерные - Li-pol (Lithium Polymer).

На фото в статье представлены АКБ к современным телефонам.

Никель-кадмиевые батареи самые распространенные и дешевые. Отлаженная технология и надежная работа обеспечили им широкое применение для питания портативной техники и оборудования.

К основным достоинствам никель-кадмиевых аккумуляторных батарей относятся:
• превосходная работоспособность в широком диапазоне температур окружающей среды, в том числе возможность заряда при отрицательных температурах;
• способность отдавать в нагрузку большой ток;
• длительный срок службы - свыше 1000 циклов заряда- разряда при правильной эксплуатации и обслуживании;
• низкая чувствительность к неправильной эксплуатации;
• легкое восстановление при понижении емкости и после длительного хранения;
• низкая стоимость.

В Ni-Cd аккумуляторной батарее рабочее вещество находится в виде мелких кристаллов, что обеспечивает максимальную площадь их соприкосновения с электролитом. При неблагоприятных условиях эксплуатации кристаллы укрупняются до размеров, в 150 раз превосходящих первоначальные, что приводит к резкому уменьшению площади активной поверхности. Как следствие, снижается напряжение и уменьшается емкость аккумулятора. В некоторых случаях острые грани кристаллов даже прокалывают сепаратор, вызывая быстрый саморазряд или короткое замыкание.

Среди других недостатков аккумуляторных батарей этого типа можно отметить: необходимость периодической полной разрядки для сохранения эксплуатационных свойств (устранения эффекта памяти), быстрый саморазряд (до 10% в течение первых 24 ч), относительно маленькая плотность энергии (отношение емкости к габаритам и массе) и большие габариты (по сравнению с АКБ других типов). Ni-Cd аккумуляторные батареи экологически опасны, так как они содержат токсичный кадмий, поэтому требуют специальной утилизации. Из-за больших габаритов и проблем с утилизацией Ni-Cd батареи давно покинули рынок мобильных телефонов и встречались только на заре массового развития рынка мобильных телефонов, например, в аппаратах фирмы «Моторола» модели Т-1 92.




На смену им первыми пришли никель-металлгидридные батареи, но их шумно разрекламированные преимущества на деле не оправдали ожиданий потребителей из-за небольшого срока службы. Эта ситуация постепенно исправляется благодаря технологическому прогрессу в их производстве.

Отличительные преимущества Ni-MH батарей:
• их емкость примерно на 30% больше емкости Ni-Cd батарей при тех же габаритах;
• они меньше склонны к эффекту памяти, чем Ni-Cd батареи (периодические циклы восстановления нужно выполнять реже);
• низкая токсичность (Ni-MH технология считается экологически чистой).
К сожалению, Ni-MH батареи имеют много недостатков. По сравнению с Ni-Cd батареями, у них меньший срок службы (около 500 циклов заряда-разряда), более быстрый саморазряд (в 1,5-2 раза) и более высокая себестоимость.

Потерю заряда соответственно вызывает и их старение. У относительно изношенной батареи пластины электродов разбухают и начинают слипаться друг с другом, что приводит к повышению тока саморазряда. Укрупнение кристаллических образований в батареях на основе никеля происходит, в основном, из-за слишком долгого нахождения ее в зарядном устройстве и многократного заряда без периодического полного разряда. Разукрупнить кристаллические образования позволяет проведение такой процедуры, как тренировка, которую достаточно проводить один раз в 30...60 дней. 

В настоящее время (уже на протяжении нескольких лет) мобильные телефоны различных производителей комплектуются исключительно батареями Li-ion. Литий-ионные аккумуляторные батареи завоевывали позиции на рынке устройств мобильной связи.
Это обусловлено преимуществами литий-ионных батарей по сравнению с предыдущими типами АКБ:
• высокая плотность электрической энергии (вдвое большая, чем у Ni-Cd-батареи того же размера, а значит, и вдвое меньшие габариты при той же емкости);
• медленный саморазряд (примерно 2...5% в месяц, а также примерно 3% на питание встроенной электронной схемы защиты);
• отсутствие каких-либо требований к обслуживанию, за исключением требования длительного хранения только в заряженном состоянии.

Есть у литий-ионных батарей и недостатки. Батареи некоторых производителей работают только при положительных температурах. Все аккумуляторные батареи, созданные по данной технологии, дороги и подвержены процессу старения, даже если они не используются. Уменьшение емкости наблюдается примерно после 1 года. После 2 лет хранения такая батарея, как правило, выходит из строя. Поэтому не рекомендуется хранить Li-ion аккумуляторы в течение длительного времени без эксплуатации.

Li-ion батареи повреждаются при заряде в «чужих» зарядных устройствах, а также при хранении в чрезмерно разряженном состоянии. Уменьшение емкости Li-ion батарей необратимо, так как используемые в них токсичные материалы рассчитаны на работу только в течение определенного времени (к концу срока службы батареи токсичность применяемых в них веществ снижается).

Литий-полимерные аккумуляторные батареи появились на рынке мобильных телефонов и портативных компьютеров пару лет назад. Они немного дешевле, чем литий-ионные батареи, при одинаковой плотности энергии. Выдерживают мало (по сравнению с Li-ion АКБ) циклов заряда-разряда, что, конечно же, не удовлетворяет массового производителя телефонов.



Литий-полимерные батареи изготавливаются в разнообразных пластичных геометрических формах, нетрадиционных для обычных батарей. Они весьма тонкие по толщине и способны заполнять любое свободное место.

Основными параметрами аккумуляторной батареи мобильного телефона являются:
• электрическая емкость;
• внутреннее сопротивление;
• напряжение;
• ток саморазряда;
• срок службы.

Электрическая емкость аккумуляторных батарей состоит из номинальной емкости и реальной.

Номинальная электрическая емкость - это то количество энергии, которым батарея теоретически должна обладать в заряженном состоянии. Данный параметр аналогичен емкости, например, стакана. Так же, как в стандартный граненый стакан можно налить только 200 мл жидкости, так и в батарею можно «закачать» только вполне определенное количество энергии. Но определяется это количество энергии не в момент заряда, а при обратном процессе, т.е. при разряде батареи постоянным током в течение измеряемого промежутка времени до момента достижения заданного порогового напряжения. Измеряется емкость в ампер-часах (Ач) или миллиампер-часах (мАч) и обозначается буквой «С». Значение номинальной емкости батареи, как правило, указано в ее обозначении. Современные мобильные телефоны конкурируют между собой по размерам без потери длительности работы в режиме ожидания и режиме разговора. Их аккумуляторные батареи, как правило, имеют емкость 700 мАч.

Реальное значение емкости новой батареи на момент ввода ее в эксплуатацию колеблется от 80 до 1 10% от номинального значения. Оно зависит от фирмы-изготовителя, условий и срока хранения, а также от технологии ввода в эксплуатацию. Нижний предел (80%) обычно рассматривается как минимально допустимое значение для новой батареи. Например, батарея с номинальной емкостью 1000 мАч в идеале должна отдавать ток 1000 мА в течение 1 ч, 100 мА - в течение 10 ч, или 10 мА в течение 100 ч. Однако реально этого не происходит.

На практике при высоком токе разряда номинальная емкость аккумуляторной батареи не достигается, а при низком токе - превышает расчетную. В процессе эксплуатации емкость батареи уменьшается. Скорость уменьшения зависит от типа батареи, технологии обслуживания в процессе эксплуатации, используемых зарядных устройств, условий и длительности эксплуатации. Внутреннее сопротивление батареи определяет ее способность отдавать в нагрузку большой ток. Эта зависимость подчиняется закону Ома. При низком значении внутреннего сопротивления батарея способна отдать в нагрузку больший пиковый ток (без существенного уменьшения напряжения на ее выводах), а значит, и большую пиковую мощность, в то время как высокое значение внутреннего сопротивления приводит к резкому уменьшению напряжения на выводах батареи при резком увеличении тока нагрузки. Это приводит к тому, что внешне хороший аккумулятор не может полностью отдать запасенную в нем энергию в нагрузку.