у любыхтипов аккумуляторов, в отличие от одноразовых элементов, намно­го выше-саморязряд при хранении, а в остальном характеристики современ­ных «пальчиковых» (NiMH) аккумуляторов практически такие же, как у ще­лочных одноразовых батареек, разве что номинальное напряжение несколько ниже— 1,3 В против 1,5 В у щелочных. Но давайте немного разберемся, ка­кие вообще бывают аккумуляторы, ибо они существенно различаются по свойствам, и каждый тип оптимален для применения в своей области.

Аккумуляторы встречаются кислотные, щелочные, никель-кадмиевые (NiCd), никель-металлгидридные (NiMH), литий-ионные (Li-ion), и еще по­падаются литий-полимерные (Li-pol). Кроме перечисленных, существует еще море разновидностей аккумуляторов (в теории любая электрохимиче­ская реакция обратима и может использоваться как для выработки электрик-ческого тока, так и для откладывания его «про запас»), но на рынке доми­нируют именно эти типы.

Кислотные аккумуляторы правильнее называть свинцово-кислотными (Lead-Acid, СКА), но других кислотных, кроме как на основе свинца, в быту вы не встретите. Это, вероятно, самая древняя разновидность аккумуляторов — первый работоспособный СКА был создан аж в. 1859 г. В начале XX века вы­яснилось, что именно этот тип аккумуляторов неплохо подходит для того, чтобы крутить стартер автомобиля, и с тех пор их производят десятками миллионов.

Еще лет двадцать назад автомобильные аккумуляторы были весьма каприз­ными и даже несколько опасными для здоровья — конструкторы никак не могли справиться с выделением газов, сопровождающим процесс заряда. Из-за этого СКА приходилось делать негерметичными, а электролитом в них, между прочим, служит серная кислота, которую периодически требовалось доводить до нужной плотности дистиллированной водой — занятие, мягко говоря, небезопасное. С тех пор СКА значительно облагородились, стали герметичными и необслуживаемыми, но в основе они все те же, что тридцать и пятьдесят лет назад. У них низкая удельная энергоемкость (30—50 Вт-ч/кг в самых лучших образцах), и они боятся глубокого разряда, отчего в процес­се хранения их надо все время подзаряжать.

Зато у СКА высокая перегрузочная способность — стартерная батарея даже на морозе без особых усилий отдает ток в несколько сотен ампер, необходи­мый для того, чтобы прокрутить холодный двигатель. При этом СКА дешевы и относительно неплохо держат заряд: хороший автомобильный аккумулятор разряжается в среднем на 5% в месяц или на 50% за год. Именно этот тип аккумуляторов традиционно используется в источниках бесперебойного пи­тания (ИБП). Так как там они пребывают в тепличных условиях (постоянно подзаряжаются), то срок службы батареи в ИБП может достигать 5—7 лет.

СКА заряжать довольно просто (они не очень боятся перезаряда), автомати­ческие зарядники для автомобильных СКА доступны каадому. В радиолю­бительской практике герметизированные СКА можно рекомендовать для пи­тания мощных устройств (например, содержащих электродвигатели).

Для никель-кадмиевых (NiCd) аккумуляторов также характерна высокая нагрузочная способность (хотя и поменьше, чем для СКА), но есть и три ка­питальных недостатка. Первый— относительно малая удельная энергоем­кость (хотя и несколько большая, чем у СКА) — 45—60 Вт-ч/кг. Второй — нелюбовь к зарядке не «с нуля», т. н. «эффект памяти». Третий — высокий саморазряд, до 10% в первые сутки, потом около 10% в месяц.

Правильный режим зарядки NiCd-аккумуляторов — сначала полная разрядка (формально — до напряжения 1 В на элемент), а потом уже полная зарядка. Потому для NiCd-аккумуляторов рекомендуется вырабатывать заряд до пол­ного «умирания» устройства— редкие зарядные устройства позволяют себе тратить время на предварительную разрядку. «Фирменная» зарядка произво­дится до достижения определенного напряжения с дополнительным контро­лем по температуре (так работают зарядники, например, к дорогому электро­инструменту). Более простой способ — заряжать определенным током в течение конкретного времени. Это лишний аргумент для того, чтобы предва­рительно разряжать батарею, потому что иначе определить необходимое время затруднительно. Правда, и умеренной перезарядки NiCd-аккумуляторы боятся меньше, чем разбираемые далее NiMH.

NiCd-аккумуляторы традиционно используются там, где требуется высокая нагрузочная способность и большой кратковременный ток. В первую очередь это электроинструмент, снабжаются такими аккумуляторами и профессио­нальные ТВ-камеры, шахтерские фонари или мобильные радиостанции. Одно из крупных преимуществ NiCd — это единственный тип, который без по­следствий может храниться полностью разряженным.

Никель-металлгидридные (NiMH)— это все пальчиковые аккумуляторы, которые продаются в киосках. Номинальная емкость различается для элемен­тов одного размера, и обычно на них написана большими буквами. Когда-то эту нишу занимали NiCd (они еще выпускались с этикетками на белом фоне, чтобы отличить от батареек), но «зеленые» настояли, и теперь NiCd можно приобрести лишь в специализированных точках продаж. Конечно, дело не только в загрязнении окружающей среды — NiMH-аккумуляторы имеют большую, чем NiCd, удельную емкость (60—120 Вт-ч/кг) и не склонны к «эффекту памяти», потому заряжать их можно не обязательно «с нуля». Зато они боятся глубокого разряда (хотя и не в такой степени, как СКА), и хра­нить их надо хотя бы частично заряженными. При этом они имеют самый высокий из всех типов саморазряд (вдвое больше, чем у NiCd) и страшно не любят перезарядки, потому что сильно нагреваются в конце процесса заряда (это, кстати, может служить одним из признаков того, что зарядку пора за­канчивать). Типичные кривые зависимости напряжения от времени работы для таких аккумуляторов показаны на рис. 9.3.

Рис. 9.3. Типовые разрядные кривые NiMH-аккумулятора типоразмера АА емкостью 2200 мА-ч при 20 °С (по данным Energizer Holdings, Inc.)

Как ни старались, но заставить NiMH отдавать большой импульсный ток при перегрузках не удалось. Тем не менее, NiMH-элементы сейчас наиболее рас­пространены среди универсальных аккумуляторов для бытовой электронной аппаратуры, исключая только такую, где зарядное устройство целесообразно встроить в сам прибор или «бесплатно» прикладывать к нему. Дело в том, что Li-ion-разновидность, о которой пойдет речь далее, абы как заряжать реши­тельно не рекомендуется, и лишь «фирменный» зарядник гарантирует, что все будет как надо.

Прежде всего отметим главную, и очень удобную черту литий-ионных (Li-ion) аккумуляторов: никакого «эффекта памяти» они не имеют, и вообще ни­какой профилактики (в виде специальной «тренировки» при хранении) не требуют. Но это мало помогает: Li-ion отличаются еще и тем, что портятся просто при хранении практически так же, как и во время эксплуатации. А вот будете ли вы их разряжать до конца, или подзаряжать каждые полчаса— от этого почти ничего не зависит (допустимое число циклов заряд-разряд пре­вышает 1000), причем частая дозарядка для этого типа даже предпочтитель­нее, так как хранить их полагается в заряженном виде.

Li-ion-аккумуляторы отличаются большой энергоемкостью (ПО—160 Вт-ч/кг) и малым саморазрядом — менее 10% в месяц, причем около трети этой величины обусловлено потреблением встроенных схем защиты. Схемы защи­ты нужны потому, что эти аккумуляторы совершенно не выносят перезаряда и при нарушении режима просто взрываются без предупреждения. Li-ion также плохо относятся к низким температурам. Все эти качества в совокуп­ности и обусловили область применения Li-ion — для мобильных устройств с собственным зарядным устройством (сотовые телефоны, ноутбуки и т. п., в последнее время ими также стал снабжаться электроинструмент). Литий-полимерные (Li-pol) аккумуляторы — разновидность Li-ion, которая отлича­ется в худшую сторону тем, что совершенно не выносит низких температур (ниже О °С они отказываются работать) и имеет меньшую долговечность (100—200 циклов заряд-разряд)^ Зато они имеют «твердый» электролит, по­хожий на обычную пластиковую пленку, что позволяет делать батареи очень тонкими (до 1 мм), гибкими или имеющими произвольную форму.

Использование литий-ионных аккумуляторов в радиолюбительской практи­ке — совершенно отдельная тема, которой мы здесь не будем касаться в силу ее обширности.

Зарядка аккумуляторов

В радиолюбительской практике и в быту обычно приходится самостоятельно заряжать универсальные аккумуляторы — пальчиковые NiMH, или, изредка, NJCd-разновидности. В главе 22 мы сконструируем зарядное устройство для NiCd-аккумуляторов, основанное на описанных в этом разделе принципах, и вы убедитесь, что это довольно сложно (и даже если использовать специали­зированные микросхемы, то проще не становится). Но для NiMH самому со­оружать зарядные устройства бессмысленно, проще и дешевле их приобре­сти. В любом случае лучше не использовать дешевый блок зарядки без автоматики, внутри которого всего только и есть, что диод да ограничивающий ток резистор. Взрываться такие аккумуляторы, скорее всего, не станут, а вот перезаряда они не любят и быстро от этого портятся (NiCd, в частности, имеют привычку при регулярной перезарядке вздуваться). Если все же вам жаль по­тратиться на приличный «интеллектуальный» зарядник фирмы AcmePower или Sony, то покупайте хотя бы такой, который имеет таймер для своевременного выключения. Правда, таймер обычно рассчитывается на «среднепотолочную» емкость, но в описании к заряднику должно быть указано, на какую емкость номинально он рассчитан.

Как правильно рассчитать время заряда, если у вас нет «умного» зарядника или емкость отличается от номинальной? Просто поделите энергоемкость ак­кумулятора (в мА-ч) на зарядный ток, который выдает ваше устройство (в мА), и вы получите время в часах, которое нужно умножить примерно на 1,3—1,4. Если величина тока не указана, то в инструкции обычно есть таблица времени зарядки в зависимости от емкости, тогда ток можно ориентировочно подсчи­тать самостоятельно, можно и попытаться померить его мультиметром. Обыч­ный «универсальный» режим заряда, который не может повредить никакому аккумулятору (о литиевых особый разговор), предполагает зарядку током 0,1 от емкости — например, АА-тип емкостью 2000 мА-ч надо заряжать 13-—14 ча­сов током 200 мА. Разумеется, этот расчет относится к полностью разряжен­ному аккумулятору, так как точный расчет времени при частичном разряде — задача пракгически нерешаемая.

• Предыдущая запись: О питании электронных устройств
• Следующая запись: Трансформаторы в РА

Похожие посты:

• Простой блок питания от сети (0)
• ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ДЛЯ МИКРОСХЕМ (0)
• Самодельный блок питания и восстановление батареек (0)
• БЛОК ПИТАНИЯ (0)
• СТАБИЛИЗИРОВАННЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ ДЛЯ ПИТАНИЯ ТРАНЗИСТОРНОЙ АППАРАТУРЫ (0)
• ФЕРРОРЕЗОНАНСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР (0)
• Стабилизированные выпрямители для питания транзисторной радиоаппаратуры (0)