Головна → Безпека комп'ютера Що таке внутрішній опір акумулятора і навіщо він використовується? Як виміряти внутрішній опір акумулятора Як виміряти опір акумулятора.

Що таке внутрішній опір акумулятора і навіщо він використовується? Як виміряти внутрішній опір акумулятора Як виміряти опір акумулятора.

Внутрішнє опір акумулятора – значний параметр джерела живлення.Його постійний контроль дозволяє підтримувати акумуляторну батарею у працездатному стані. Адже надмірний розкид провокує вихід із ладу АКБ, окремих вузлів автотранспорту.

Термін експлуатації акумулятора залежить від правильності проведення перевірки. Ця процедура включає кілька етапів:

Огляд. Під час огляду перевіряють, у якому стані корпус, чи мікротріщини, пил, забруднення. Встановлюється стан висновків, наявність окислень на електродах, штирях. Виявлену іржу видаляють за допомогою спеціальних складів.
Контролює процес розряду. Для цього акумуляторну батарею розряджають, заряджають і знову розряджають. Силу струму, навантаження підтримують у потрібній межі. Контролюючи розряд, встановлюється дійсний стан електричних з'єднань, ємності АКБ. Розряд виконують після демонтажу пристрою.
електроліт. Під час експлуатації частина електроліту випаровується. Для встановлення рівня використовують трубочки чи спеціальні елементи. Їх занурюють в отвори до того моменту, поки вони не стикаються з пластинами. Для заповнення обсягу використовують дистильовану воду.
Щільність електролітичного складу. Через сульфатацію пластин частина ємності втрачається. Сірка, що виділяється, негативно позначається на ступені щільності електроліту. Щільність поступово знижується. Цей параметр враховують, якщо тестують акумуляторні кислотні батареї.
Використання вилки навантаження. Вимірювання напруги свинцевих джерел живлення виконується за допомогою навантажувальних вилок. За спеціальною шкалою відстежують стан акб.

Перевірка акумулятора здійснюється за допомогою тестерів. З їх допомогою встановлюють відповідність параметрів заданим нормам та вимогам.

Перед тим як перевірити опір автомобільного акумулятора, необхідно вивчити, що є цим показником.

Внутрішнє опір акумулятора розраховується за стандартною формулою. При визначенні враховується електрорушійна сила, сила струму та навантаження. В результаті виходить умовна величина, яка постійно змінюється.

Воно залежить і від:

Габаритів та геометрії.
Конструкції корпусу, решіток та банок.
Стан електролітичного складу.
Наявність легуючих речовин.
Стан висновків.

При розрахунку опору враховується значення імпедансу, куди входить реактивна складова. Реактивна складова притаманна ємностям, котушкам. Імпеданс враховується щодо реактивного опору.

На внутрішній опір акумулятора впливає стан електроліту, його концентрації та температурного режиму. Зниження температури спричиняє зростання цього показника.

Визначаючи внутрішній опір акумулятора, враховується поляризація, яка залежить від сили струму. Виникає поляризація з таких причин:

Зміна потенціалу поверхні висновків.
Зміна концентрації електролітичного складу.

Мінімальні показники простежуються у кислотно-свинцевих джерелах харчування. Тому вони віддають струм у 2–2,5 тисячі амперів. Такі акумуляторні батареї встановлюють автотранспортні засоби, які укомплектовані ДВС.

Особливості вимірювання внутрішнього опору джерела живлення

Вимірювання внутрішнього опору акумулятора проводять регулярно. Такі дії дають змогу виявляти стан джерела живлення, планувати заміну. Щорічно цей показник зростає на 5–7 відсотків. У разі збільшення на 8 і більше відсотків проводять аналіз експлуатаційних умов, навантаження. Для того щоб виявити дефекти та порушення, необхідно точно знати, як виміряти внутрішній опір.

Подача змінного струму

Цей спосіб відрізняється простотою реалізації. Для цього потрібно обмежувальний резистор, трансформатор, а також конденсатор і вольтметр. Тести проводять протягом 1,5-2 годин. За цей час встановлюється величина напруги для кожного елемента, що входить до джерела живлення. Для підвищення точності результатів використовують вольтметр, що реєструє.

При вимірюванні провідності на змінному струмі набувають значення, яке включає реактивну та активну складові. Для виділення необхідного показника потрібна підготовка частотної залежності. При реалізації цієї методики виникають складнощі, пов'язані з електрохімічними процесами.

Тому визначити провідність у такий спосіб можна, якщо потрібна загальна оцінка стану акумуляторної батареї. У решті випадків підбирається інша методика тестування.

Метод постійного навантаження

Цей спосіб використовується автомобілістами та майстрами. Суть його полягає у стрімкому розряді джерела живлення при постійному струмі. За допомогою вольтметра вимірюють напругу як з навантаженням, так і без неї. Для розрахунку використовують закон Ома.

Таку методику використовують для тестування великогабаритних автомобільних акумуляторних батарей. Для вимірювання використовують високоточні прилади, які показують точне значення. Допускається застосування тестерів, до складу яких входить плівково-вугільний резистор.

Перед реалізацією цього способу враховують, що конденсатор вимірювальний агрегат не бере до уваги. Тому враховується лише активна складова джерела живлення. Для перевірки старих АКБ такий варіант не підходить. Адже встановити справжній стан є проблематичним.

Застосування цього способу невигідно у разі, якщо потрібно встановлення стану АКБ. Поміряти навантаження за його допомогою можна.

Короткоімпульсний спосіб

Його використовують недавно. Він має такі переваги:

Перед вимірюванням акумуляторна автомобільна батарея не демонтується. Це позбавляє клопоту, оскільки вилучення пристрою займає чимало часу.
Напруга знижується та підвищується на короткий термін. Тому працездатність компонентів, що входять до складу, не порушується. Для відстеження напруги використовують вольтметр.
Під час випробування джерело живлення внутрішні компоненти не руйнуються. У цьому тестування проводять регулярно.
За допомогою цієї методики легко визначити ємність джерела живлення. Адже з'являється можливість порівняння опорів нової та експлуатованої батарей.

Така методика застосовується встановлення величини внутрішнього опору, розрахунку струмових параметрів, коротких замикань, інших параметрів. Це необхідно для встановлення стану автомобільного акумулятора.

Залежність стану акумулятора від внутрішнього опору

Серед представлених вимірювачів та тестерів, які застосовують для оцінки стану акумуляторної батареї, її основних характеристик, легко підібрати пристрій із необхідним функціоналом. Серед використовуваних приладів виділяють:

Пристрої оцінки стану АКБ по напрузі. При цьому встановлюється певне навантаження. Для цих цілей використовують вилки навантаження.
Пристрої для встановлення зв'язку між станом джерела живлення та провідністю.
Вимірники спектрів. За допомогою таких приладів встановлюється залежність імпедансу на постійному змінному струмі.

Застосування стандартних вимірювальних пристроїв дозволяє встановити величину провідності. За допомогою сучасних тестерів, які працюють із певними сигналами, встановлюється ступінь працездатності автомобільного акумулятора, величину ємності, період розряду та заряду.

Період безперервної експлуатації акумуляторної батареї певною мірою залежить від величини внутрішнього опору. І це особливо важливо в тому випадку, якщо автотранспорт активно експлуатується як у межах міста, так і в сільській місцевості. Тому періодичне тестування джерела живлення, встановлення основних характеристик дає можливість зрозуміти, коли варто проводити заміну.

Відео про внутрішній опір акумулятора

Мультиметр є багатофункціональним пристроєм для вимірювання різних параметрів електричного струму, тому з його допомогою може бути виконана і перевірка заряду акумулятора. Для виконання цієї роботи можна використовувати різні види мультиметрів. Вартість виробу не має значення, головне, щоб цифровий або аналоговий вимірювальний прилад був у справному стані. Про те, як перевірити акумулятор мультиметром, буде розказано далі.

Які параметри можна перевірити?

За допомогою мультиметра можна виміряти напругу з високою точністю. За величиною електричної напруги можна визначити, чи заряджена акумуляторна батарея або елемент необхідно зарядити постійним струмом.

За допомогою мультиметра можна перевірити напругу не тільки кислотних акумуляторів, а й елементи живлення стільникових телефонів. Щоб перевірити мобільник на величину заряду батареї, прилад переводиться в режим вимірювання постійного струму до 20 В. У цьому режимі цифровий прилад дозволяє виміряти напругу з точністю до сотих часток вольта.

Акумулятор шуруповерта також можна легко перевірити мультиметром. Номінальну напругу приладу, в даному випадку, можна дізнатися з документації електроінструменту, і якщо напруга менша за це значення, то батарею необхідно зарядити.

Ємність акумулятора можна також перевірити мультиметром. З цією метою можна скористатися кількома способами.

Перевірити за допомогою мультиметра можна витік струму. Якщо необхідно виміряти даний параметр на автомобілі, то, крім витоку струму на корпус, перевіряється і витік у бортовій мережі автомобіля.

Таким чином можна запобігти швидкому розряду АКБ і підвищити її експлуатаційний ресурс.

Як виміряти напругу

Якщо необхідно перевірити лише акумуляторну напругу, то мультиметр переводиться в режим DC. Якщо потрібно перевірити джерело електроенергії, напруга якого вбирається у 20 вольт, то цьому секторі перемикач режимів встановлюється в положення 20 У.

Потім чорний щуп мультиметра слід приєднати до мінусової клеми, а червоний - до плюса АКБ, на дисплеї пристрою, в цей момент, буде показано напругу постійного струму.

Зазвичай справний та повністю заряджений автомобільний акумулятор має напругу 12,7 В. Якщо при такій напрузі щільність електроліту перебуває в нормі, то джерело електроенергії може бути використане за призначенням.

Аналогічно вимірюється напруга літій-іонних батарей стільникових телефонів, а також лужних або гелевих батарей, які застосовуються для запуску двигунів різної мототехніки, дизельних генераторів та інших пристроїв, для початку роботи яких необхідний певний заряд електрики.

Як виміряти ємність

Мультиметр можна використовувати як тестер для вимірювання ємності акумулятора. Вимірювання ємності акумулятора можна провести за допомогою контрольного розряду батареї. Щоб перевірити ємність, потрібно спочатку повністю зарядити акумулятор. Потім необхідно переконатися, що батарея максимально заряджена, зробивши вимір напруги та щільності електроліту.

Далі необхідно підключити навантаження відомої потужності, наприклад, лампу розжарювання потужністю 24 Вт, і відзначити точний час початку даного експерименту. Коли напруга батареї впаде до 50% від попередньо встановленого показника повністю зарядженого акумулятора, лампочку слід вимкнути.

Вимірювання ємності, що виражається в а/год, здійснюється шляхом перемноження сили струму в ланцюзі при підключеному навантаженні на кількість годин протягом яких здійснювався контрольний розряд батареї. Якщо вийде значення максимально наближене до номінального показника а/год, то батарея знаходиться у відмінному стані.

Перевірити внутрішній опір

Щоб перевірити АКБ на справність за допомогою мультиметра, потрібно виміряти внутрішній опір акумулятора. Перевірити працездатність джерела живлення можна із застосуванням мультиметра та потужної лампочки на 12 В. Перевірити батарею необхідно в такій послідовності:

Якщо різниця вимірювання не перевищує 0,05 В, акумулятор знаходиться в справному стані.

У тому випадку, коли значення падіння напруги більше, внутрішній опір джерела живлення буде вищим, що побічно позначатиме значне погіршення технічного стану акумулятора.

Таким чином, вдається досить точно перевірити джерело електроенергії на справність.

Як перевірити струм витоку

Акумулятор може самостійно розряджатися, навіть якщо його клеми не підключені до споживачів електроенергії. Розмір саморозряду вказується в документації до акумулятора і є природним процесом. Особливо помітно втрата електроенергії може спостерігатися у кислотних АКБ.

Додатково до природних витоків електричного струму, в ланцюзі можуть бути ділянки, що знаходяться у вологому стані або з ізоляцією. У цьому випадку, навіть у момент, коли всі споживачі електроенергії перебувають у вимкненому стані, відбувається додатковий витік струму, який може призвести до повного розряду батареї, а в деяких випадках, і до спалаху пошкодженого місця.

Особливо, таке явище може бути небезпечним у бортовій мережі автомобіля, у якого негативним провідником є весь кузов та агрегати, на яких може бути достатня кількість вогненебезпечних речовин для утворення відкритого полум'я навіть від невеликої іскри або електричної дуги.

Щоб виявити, таке «несанкціоноване» витрачання електрики, необхідно вимкнути запалювання автомобіля, а також відключити пристрої, що працюють у «черговому режимі», наприклад магнітолу та сигналізацію.

Виміряти силу струму на акумуляторі за допомогою мультиметра можна тільки в тому випадку, якщо вимірювальний прилад переведений в режим вимірювання сили струму, позначений значком «10 А». Для цього круговий перемикач переводиться у відповідний режим, а червоний штекер у гніздо позначене знаком «10 ADС».

Червоний щуп мультиметра з'єднується з «+» акумулятора, а чорний з від'єднаною клемою. У цей момент повинні бути повністю відсутні будь-які показання приладу. Якщо мультиметр покаже будь-яке значення, то витікання є значним, і необхідно зробити детальну діагностику бортової мережі автомобіля.

Подібним чином здійснюється замір витоку в інших електронних системах. При проведенні діагностики слід виявляти обережність, і при підозрі на значний витік електричного струму, який проявляється іскрінням при від'єднанні або підключенні клеми, від виміру струму витоку мультиметром слід відмовитись.

Якщо знехтувати цим правилом, можна «спалити» прилад, який не розрахований на перевірку великих значень сили струму.

Як перевірити заряд акумулятора мультиметром і не пошкодити тендітну електронну «начинку» пристрою?

Щоб для тестера перевірка акумулятора не була останньою, необхідно правильно вибрати діагностичний режим. Якщо потрібно перевірити ампераж, то категорично забороняється це робити без додаткового навантаження, яке не повинно перевищувати потужності 120 Вт.

Вибираючи режим вимірювання постійного струму, слід виявляти обережність, щоб помилково не включити мультиметр у режим вимірювання опору, який знаходиться, в більшості моделей мультиметрів, поряд з положенням перемикача для вимірювання постійного струму.

Що таке внутрішній опір акумулятора і навіщо він використовується?

Повний опір свинцево-кислотного акумулятора – це сума таких величин, як опір поляризації та омічний опір. Омічне опір є сумою опорів сепараторів АКБ, електродів, позитивного та негативного висновків, з'єднань між елементами та електроліту.

На опір електродів впливає їх конструкція, пористість, геометрія, конструкція ґрат, стан активної речовини, наявність легуючих компонентів, якість електричного контакту ґрат та обмазки. Величини опору ґрат негативних електродів і губчастого свинцю (Pb) на них приблизно однакові. У той же час опір перекису свинцю (PbO2), який нанесений на ґрати позитивного електрода, більший у 10 тисяч разів.

У процесі розряду свинцево-кислотного акумулятора на поверхні електродів виділяється сульфат свинцю (PbSO4). Це поганий провідник, який суттєво збільшує опір електродних пластин. Крім того, сульфат свинцю відкладається в порах обмазування пластин і суттєво зменшує дифузію сірчаної кислоти з електроліту в них. В результаті до кінця циклу розряду свинцево-кислотного акумулятора опір зростає в 2-3 рази. У процесі зарядки йде розчинення сульфату свинцю і опір АКБ повертається до початкової величини.

Істотний вплив на опір свинцево-кислотного акумулятора має величина опору електроліту. Ця величина, у свою чергу, сильно залежить від концентрації та температури електроліту. При зменшенні температури опір електроліту зростає і досягає нескінченності при його замерзанні.

При щільності електроліту 1,225 гр/см3 та температурі +15 С він має мінімальне значення опору. При зменшенні або збільшенні щільності опір збільшується, а значить, зростає внутрішній опір акумулятора.

Опір сепараторів змінюється в залежності від зміни їх товщини та пористості.Величина струму, що протікає через акумулятор, впливає на опір поляризації. Пару слів про поляризацію, і причини, з яких вона виникає. Перша причина полягає в тому, що в електроліті та на поверхні електродів (подвійний електричний шар) змінюються електродні потенціали. Друга причина в тому, що при проходженні струму концентрація електроліту змінюється в безпосередній близькості від електродів. Це призводить до зміни електродних потенціалів. Коли ланцюг розмикається і струм зникає, електродні потенціали повертаються до початкових значень.

До особливостей свинцево-кислотних акумуляторів варто віднести невеликий внутрішній опір, порівняно з іншими типами акумуляторних батарей. Завдяки цьому вони можуть за короткий час віддавати великий струм (до 2 тисяч ампер). Тому їх основна сфера застосування – стартерні акумуляторні батареї на автомобілях з двигунами внутрішнього згоряння.

Варто також відзначити, що внутрішній опір АКБ при змінному або постійному струмі залежить від його частоти. Є низка досліджень, автори яких спостерігали внутрішній опір свинцево-кислотного акумулятора при частоті струму кілька сотень герц.

Як можна оцінити внутрішній опір АКБ?

Як приклад можна розглянути автомобільний свинцево-кислотний акумулятор ємністю 55 Ач, що має номінальну напругу 12 вольт. Повністю заряджений акумулятор має напругу 12,6-12,9 вольта. Припустимо, що до АКБ підключити резистор із опором 1 Ом. Нехай напруга розімкнутого акумулятора 12,9 вольта. Тоді струм теоретично має бути 12,9 В/1 Ом = 12,9 ампера. Але насправді він буде нижчим за 12,5 вольта. Чому це відбувається? Це тим, що у електроліті швидкість дифузії іонів перестав бути нескінченно великий.

На зображенні акумуляторна батарея представлена у вигляді 2-полюсного джерела живлення. Він має електрорушійну силу (ЕРС), яка відповідає напрузі розімкнутого ланцюга, і внутрішній опір. На схемі вони позначені E та Rвн. Коли ланцюг замикається, то ЕРС батареї частково падає на резисторі, а також на власне внутрішній опір. Тобто те, що відбувається в ланцюгу, можна описати наступною формулою.

E = (R + Rвн) * I.

На зображеннях нижче можна переглянути значення ЕРС автомобільного акумулятора в розімкнутому ланцюгу та напруги при підключенні навантаження у вигляді двох автомобільних лампочок, з'єднаних паралельно.

Як мовилося раніше, внутрішній опір АКБ є умовної величиною. Свинцево-кислотний акумулятор є нелінійним пристроєм, внутрішній опір якого змінюється в залежності від температури, величини навантаження, ступеня зарядженості, концентрації електроліту та інших перерахованих параметрів. Тож проведення точних розрахунків акумулятора використовуються розрядні криві, а чи не величина внутрішнього опору.

При цьому в розрахунках електричних кіл з акумуляторами величина внутрішнього опору може використовуватись. Природно, завжди величина внутрішнього опору береться з урахуванням чинників, яких вона залежить (заряд чи розряд, постійний чи змінний струм, частота струму тощо. п.).

Отже, виходячи з вище формули, можна обчислити внутрішній опір АКБ з ЕРС 12,6 вольта при розряді постійним струмом 2 ампера.

r = (E - U) / I = (12,9 В - 12,5 В) / 2 А = 0,2 Ом.

До речі, деякі зарядні пристрої дозволяють вимірювати внутрішній опір батареї. Наприклад, нижче можна бачити величину внутрішнього опору зарядженого акумулятора, виміряну зарядкою SkyRC iMax B6 mini. Щоправда, невідомо, за яким принципом пристрій обчислює цю величину.

Якщо стаття виявилася корисною для вас, поширіть посилання на неї в соціальних мережах. Це допоможе розвитку сайту. Голосуйте в опитуванні нижче та оцінюйте матеріал! Виправлення та доповнення до статті залишайте у коментарях.

У процесі розряду свинцево-кислотного акумулятора на поверхні електродів виділяється сульфат свинцю (PbSO4). Це поганий провідник, який суттєво збільшує опір електродних пластин. Крім того, сульфат свинцю відкладається в порах обмазування пластин і суттєво зменшує дифузію сірчаної кислоти з електроліту в них. В результаті до кінця циклу розряду свинцево-кислотного акумулятора його опір зростає у 2-3 рази. У процесі зарядки йде розчинення сульфату свинцю і опір АКБ повертається до початкової величини.

Істотний вплив на опір свинцево-кислотного акумулятора має величина опору електроліту. Ця величина, у свою чергу, сильно залежить від концентрації та температури електроліту. При зменшенні температури опір електроліту зростає і досягає нескінченності при його замерзанні.

Як можна оцінити внутрішній опір АКБ?

Як приклад можна розглянути автомобільний свинцево-кислотний акумулятор ємністю 55 Ач, що має номінальну напругу 12 вольт. Цілком заряджений акумулятор має напругу 12,6-12,9 вольта. Припустимо, що до АКБ підключити резистор із опором 1 Ом. Нехай напруга розімкнутого акумулятора 12,9 вольта. Тоді струм теоретично має бути 12,9 В/1 Ом = 12,9 ампера. Але насправді він буде нижчим за 12,5 вольта. Чому це відбувається? Це тим, що у електроліті швидкість дифузії іонів перестав бути нескінченно великий.

E = (R + Rвн) * I.

Секрети тривалої роботи акумулятора

Типова проблема: акумулятор певної ємності не забезпечує заявлений для нього час безперервної роботи, особливо після того, як він деякий час побував в експлуатації. В чому причина? І чи можна цього уникнути?

Нижче наведено деякі витяги зі статті п. Isidor Buchmann "The Secret of Battery Runtime", в якій досліджуються проблеми зменшення ємності акумулятора та відновлення його стану; високий внутрішній опір акумулятора та його вплив на тривалість роботи; підвищений саморозряд та фактори, що йому сприяють; високе значення порогу напруги вимкнення в телефоні, що перешкоджає повному використанню доступної енергії акумулятора, а також мої коментарі (виділені курсивом), засновані на особистому досвіді.

Недостатня ємність акумулятора

Кількість енергії, яку акумулятор здатний утримувати, поступово зменшується в процесі експлуатації та старіння, а також через недостатнє обслуговування акумуляторів деяких електрохімічних систем. Акумулятор, зрештою, повинен бути замінений, коли його ємність падає до 60%-70% від номінальної величини. Значення ємності 80% зазвичай приймається за нижнє допустиме значення нового акумулятора. (Індивідуальні російські користувачі - як правило, експлуатують акумулятори доти, доки їх ємність не впаде до 20 - 30% від номінального значення).

На малюнку 1 весь обсяг акумулятора, призначений для зберігання енергії, умовно представлений з трьох областей: порожній області, яка при черговому заряді буде знову заповнена енергією, області енергії, що є в акумуляторі на даний момент, та області, яка вже непридатна для зберігання енергії з тих чи інших причин. (У новому акумуляторі останньої області - не повинно бути, вона з'являється поступово і збільшується в розмірах з описаних нижче причин в процесі експлуатації).

Рисунок 1. Три умовні області акумулятора. У процесі експлуатації та старіння область, непридатна для зберігання енергії, збільшується в обсязі. За відсутності регулярної перевірки користувачі, якщо образно висловитися, починають носити цеглу замість акумуляторів.

В акумуляторах на основі нікелю непридатна для зберігання енергії область може бути викликана кристалічними утвореннями, відомими як ефект пам'яті. У Li-ion акумуляторі втрата здатності прийняття заряду викликається окисленням елемента та природною корозією, що відбувається в процесі експлуатації та старіння. У свинцево-кислотного акумулятора деградація стану зазвичай є наслідком сульфатації пластин елемента. А у свинцево-кислотних акумуляторах з регульованим клапаном (VRLA) причиною може бути потрапляння води або втрата електроліту.

Місткість нікелевих акумуляторів часто може бути відновлена шляхом застосування глибоких циклів розряду/заряду. Типовий цикл, відомий як "тренування" акумулятора, складається з одного або кількох циклів розряду до одного вольта елемент з наступними зарядами.

Існують ефективніші методи пожвавлення акумуляторів, ніж цикли тренування. Після того, як акумулятор звичайним струмом буде розряджено до одного вольта на елемент (ця напруга зазвичай розглядається, як напруга закінчення розряду), його продовжують повільно розряджати значно меншим струмом до напруги близького до нуля (зазвичай до 0.4 вольта на елемент). Цей метод, що одержав назву "відновлення" акумуляторів, руйнує кристалічні утворення, відновлюючи хімічну структуру елемента акумулятора на основі нікелю. Внаслідок цього забраковані акумулятори часто можуть бути відновлені до початкового стану. Однак слід зазначити, що деякі з відновлених акумуляторів можуть мати високий саморозряд унаслідок пошкодження кристалічними утвореннями матеріалу сепаратора. Це зазвичай властиво старим акумуляторам.

Li-ion акумулятори не можуть бути відновлені циклічним тренуванням або іншими способами. Зниження ємності в них незворотне, оскільки метали, що використовуються в їх елементах, призначені для роботи тільки протягом певного часу. Це зроблено, зокрема, з екологічної безпеки, т.к. деякі компоненти, використовувані збільшення ємності Li-ion акумуляторів, високо токсичні. У процесі роботи рівень токсичності зменшується до прийнятно низького рівня.

На даний момент поки що недостатньо інформації щодо терміну експлуатації та старіння нових літієво-полімерних акумуляторів. Відомі також як "пластикові акумулятори", вони конструктивно подібні до Li-ion, але мають гелевий електроліт. В результаті стає можливим спрощення конструкції елемента, оскільки будь-який витік гелеподібного електроліту - неможливий.

Виробники працюють над покращенням процесів виготовлення літієво-полімерних акумуляторів. І після того, як їх виробництво набуде масового характеру, очікується, що Li-pol акумулятор буде менш дорогим, ніж Li-ion. Серед інших переваг цієї нової технології - менші розміри та вага.

Свинцево-кислотний акумулятор піддається сульфатації, якщо зберігається в розрядженому стані або при низькій напрузі. Відновлення утруднене, якщо неможливо, особливо, якщо акумулятор був у такому стані протягом тривалого часу. При зберіганні акумулятор повинен заряджатися кожні шість місяців або щоразу, коли напруга його елементів знижується до 2.10 вольта.

Високий внутрішній опір акумулятора

Внутрішній опір (імпеданс) акумулятора є його зберігачем і великою мірою визначає стан акумулятора та час його безперервної роботи. Високий імпеданс зменшує потік енергії від акумулятора до обладнання. На рисунках 3 та 4 наведено образні ілюстрації акумуляторів з низьким та високим імпедансом. Коли великий струм вимагає від акумулятора з високим імпедансом, напруга на обладнанні різко знижується і вмикається індикація низької напруги на акумуляторі. Хоча акумулятор може мати достатню ємність, обладнання відключається, і залишкова енергія акумулятора залишається не поставленою.

Рисунок 3. Нормальний акумулятор із низьким внутрішнім опором (імпедансом) забезпечує необмежений струм у навантаження і здатний віддати всю запасену в ньому енергію протягом короткого проміжку часу.

Рисунок 4. Акумулятор із високим внутрішнім опором (імпедансом) не здатний віддавати запасену в ньому енергію протягом короткого проміжку часу та обладнання в цьому випадку відключається.

NiCd акумулятор має найнижчий імпеданс з усіх типів акумуляторів, навіть через 1000 циклів розряду / заряду. Для порівняння, NiMH спочатку має більш високий імпеданс, який збільшується після 300-400 циклів. Li-ion має трохи кращі характеристики імпедансу, ніж NiMH, але все ж таки не настільки хороший, як NiCd. Експлуатація Li-ion акумулятора не призводить до збільшення його імпедансу, чого не можна сказати про процес старіння. Типова тривалість життя Li-ion акумуляторів – два роки, незалежно працюють вони чи ні.

Підтримка акумулятора з низьким імпедансом дуже важлива, особливо для цифрових стільникових телефонів і пристроїв, що мають високий імпульсний струм споживання. Імпеданс акумуляторів на основі нікелю може різко збільшуватись, якщо вони не піддаються відповідному обслуговуванню.

Наприклад, імпеданс, що більш ніж удвічі перевищує нормальний рівень у NiCd акумуляторів, після застосування циклу відновлення на аналізаторі акумуляторів Cadex C7000 став нормальним. Вважається, що відновлення очищає пластини елемента від небажаних кристалічних утворень і відновлює необхідний потік струму. Імпеданс Li-ion акумуляторів не може бути зменшений циклічним розрядом/зарядом, тому що окислення елемента, що є причиною високого імпедансу, є необоротним. Свинцево-кислотні акумулятори іноді можуть бути поліпшені циклічним розрядом/зарядом або верхнім зарядом та/або зрівнювальним зарядом, що зменшує перешкоджає струму шар сульфатації.

Рисунок 5. Час безперервної роботи акумуляторів із низьким, середнім та високим імпедансом однакової ємності при імпульсному навантаженні. Пунктирною лінією на малюнку показано значення напруги, при якому обладнання (наприклад, стільниковий телефон) відключається через недостатню напругу акумулятора, а западини на кривій - рівень напруги акумулятора в момент різкого збільшення струму навантаження (наприклад, телефон в режимі передачі)

На малюнку 5 наведено графіки залежності напруги та відповідного часу безперервної роботи акумуляторів з низьким, середнім та високим імпедансом однакової ємності при імпульсному навантаженні. Подібно до м'якої кулі, що легко деформується при стиску, напруга акумулятора з високим імпедансом синхронно змінюється з коливаннями струму, подібно до прапора, що розвівається на вітрі. Імпульси струму підштовхують напругу лінії закінчення роботи, що викликає передчасне відключення устаткування. При вимірі напруги акумулятора вольтметром після того, як обладнання відключилося, і навантаження зняте, напруга на акумуляторі зазвичай відновлюється до нормального значення. Це особливо справедливо для акумуляторів на основі нікелю і слід зазначити, що ступінь зарядженості для акумуляторів цієї електрохімічної системи не може бути оцінена лише вимірюванням його напруги.

Акумулятор з високим імпедансом може чудово працювати з обладнанням, що споживає невеликий постійний струм, наприклад з лампою спалахом або портативним CD програвачем. При такому навантаженні більшість запасеної акумулятором енергії може бути віддана, і його високий імпеданс практично не позначається на роботі (згадайте закон Ома для джерела струму з внутрішнім опором). Відомо кілька методів виміру імпедансу акумулятора: метод змінного струму, постійного струму, імпульсний метод. Кожен із них забезпечує трохи різні результати.

Високий саморозряд

Всі акумулятори мимоволі розряджаються і прагнуть повернутися до свого нижчого енергетичного стану. Найвищий саморозряд спостерігається акумуляторів на основі нікелю. Найбільша втрата енергії відбувається у перші 24 години після заряду. Практично акумулятор на основі нікелю втрачає 10-15% своєї ємності в перші 24 години після заряду і далі 10-15% щомісяця. Саморозряд Li-ion акумулятора значно менший. Одні з найкращих акумуляторів з погляду саморозряду - свинцево-кислотні; вони втрачають лише близько 5% на місяць. Однак треба помітити, що свинцево-кислотні акумулятори мають також найнижчу щільність енергії серед акумуляторів різних електрохімічних систем і тому непридатні для мобільних пристроїв, що носяться. Замість цього, свинцево-кислотні акумулятори використовуються для обладнання типу пожежного освітлення і джерел безперебійного живлення, а також крісел (інвалідних, наприклад) і візків для гри в гольф.

Малюнок 6. Акумулятор із високим саморозрядом.

При вищих температурах саморозряд акумуляторів будь-якої електрохімічної системи збільшується. Як правило, він подвоюється на кожних 10 градусів підвищення температури. Великі втрати енергії відбуваються, наприклад, внаслідок саморозряду, якщо акумулятор залишено в нагрітому під променями сонця автомобілі. Проблема виникає в тому випадку, якщо енергія акумулятора втрачається через саморозряд швидше, ніж у разі використання за призначенням. Це зазвичай спостерігається у старих акумуляторів.

Саморозряджання акумулятора збільшується при старінні і з кількістю циклів заряду / розряду, що пройшли з початку експлуатації. Наприклад, NiMH акумулятор хороший при роботі протягом 300-400 циклів, у той час як його NiCd зібрати - при 1000 циклах і більше, перш ніж високий саморозряд зробить їх непридатними до експлуатації. Саморозряд Li-ion та свинцево-кислотних акумуляторів не збільшується в тій пропорції як у акумуляторів на основі нікелю після того, як вони відпрацювали властиву їм максимальну кількість циклів заряду/розряду.

Як тільки акумулятор починає показувати високий саморозряд, ніякими засобами не можна повністю усунути цей ефект. Серед причин, які прискорюють саморозряд - пошкодження сепараторів, спричинені надмірними кристалічними утвореннями, пошкодження акумулятора при зарядженні, велика кількість відпрацьованих циклів, що сприяє розбуханню елемента. Немає простого швидкого методу вимірювання саморозряду акумулятора. Щоб оцінити саморозряд акумулятора необхідно виміряти його початкову ємність після повного заряду, а потім зробити її вимірювання повторно через 12 годин.

Високе значення порогу напруги вимкнення.

Будь-який добре розроблений портативний пристрій повинен працювати в широкому діапазоні значень напруги. У той час як електронні схеми можуть працювати при дедалі нижчих напругах живлення, деякі портативні пристрої не здатні до повного використання діапазону напруги акумулятора. У цьому випадку, такі пристрої відключаються перш, ніж досягнуто напруги закінчення розряду. В результаті деяка частина енергії акумулятора залишається невикористаною. На малюнку 7 проілюстровано такий акумулятор.

Рисунок 7. Деякі портативні пристрої не використовують всю доступну енергію свого акумулятора і залишають її невикористаною після автоматичного вимкнення при зменшенні напруги на акумуляторі до значення порогу вимкнення.

Проблема високого значення порога напруги відключення більш поширена, ніж це зазвичай вважається. Наприклад, деякі типи стільникових телефонів відключаються при напрузі 3.3 вольта на Li-ion акумуляторі, тоді як він призначений для роботи при розряді до 3 вольт і нижче. При розряді до 3.3 вольта лише близько 70% зі 100% очікуваної ємності використовується. Інший приклад: мобільний телефон відомого виробника, що використовує NiMH і NiCd акумулятори, відключається при 5.7 вольта, тоді як він призначений для роботи при розряді до 5 вольт. При наступному розряді цих акумуляторів до напруги, що відповідає їх порогу закінчення розряду, на аналізаторі акумуляторів вже після того, як обладнання відключилося, виміряні значення незатребуваної ємності можуть досягати 60%. Це явище особливо поширене на акумуляторах з високим імпедансом або працюючих при підвищеній температурі.

Хоча і високе значення напруга відключення головним чином викликане обладнанням, однак, в деяких випадках, причиною може бути акумулятор зі зниженою напругою, що має електрично короткозамкнуті елементи. Ефект пам'яті також викликає зменшення напруги, однак це явище властиве лише акумуляторам на основі нікелю, які належним чином не обслуговувалися. Підвищення температури знижують рівень напруги акумуляторів всіх електрохімічних систем. Зменшення напруги, викликане високою температурою тимчасово, і нормалізується, як тільки акумулятор остигає.

Висновок.

Час безперервної роботи від акумулятора, вказаний виробником обладнання, нелінійно залежить від його ємності. Це особливо справедливо, якщо взяти до уваги процеси старіння та вплив довкілля. Виробники зазвичай перевіряють свої вироби за ідеальних умов, використовуючи досконале обладнання, новий акумулятор та помірні температури навколишнього середовища. Користувач природно запитує, чому його акумулятор - виняток з правил, і такі оптимістичні специфікації часу безперервної роботи ніколи не можуть бути досягнуті.

Хоча технологія виробництва акумуляторів покращилася протягом останнього десятиліття, просування в цій галузі не були настільки драматичними як у мікроелектроніці. Досягнення максимальної ємності, зменшення маси та розмірів акумуляторів призвело до побічних ефектів, таких як вищий імпеданс і збільшений саморозряд, не кажучи вже про більш короткий термін служби та вищі експлуатаційні витрати.

В цілому ж, сучасне обладнання пропонує більш тривалий час безперервної роботи, ніж попередники. І це пов'язано не лише з удосконаленням акумуляторів, а й з покращенням електронних схем, які стали менш енергоємними. Заглядаючи у майбутнє, слід зазначити, що немає негайних рішень, які дозволили б недоліки сьогоднішніх акумуляторів. Поки наші акумулятори засновані на електрохімічних процесах, ми будемо обмежені пристроями зберігання енергії, які є дорогими, темпераментними, непередбачуваними, повільно заряджуваними, великими за розмірами, важкими та з коротким терміном життя.

Це цікаво: