Некоторые типы аккумуляторных батарей после определённого времени эксплуатации начинают терять ёмкость. С такой проблемой сталкивались владельцы первых моделей сотовых телефонов и аккумуляторного электроинструмента.
Благодаря развитию технологий появились новые типы аккумуляторов, в которых данный недостаток был выражен заметно меньше. Однако полностью от него избавиться не удалось. В данной статье этот эффект подробно рассмотрен и предложены способы снижения его негативного воздействия.
Определение
Для начала напомним, что такое эффект памяти аккумулятора. Данное явление выражается в снижении ёмкости из-за неправильной эксплуатации батареи.
Допустим, аккумулятор постоянно заряжали, не дожидаясь его полного разряда. После некоторого количества таких циклов он «запомнит» уровень своей ёмкости, которую не использовали. Следовательно, в дальнейшем батарея будет разряжаться только до того уровня, при котором её поставили заряжаться.
Например, регулярный заряд батареи, разряженной только до 50%, приведёт к тому, что она будет отдавать заряд только до этого уровня. То есть половина ёмкости батареи потеряется. При достижении разряда 50% она перестанет выдавать напряжение. Контроллер устройства, где такая АКБ установлена, будет фиксировать её полный разряд.
В каких видах аккумуляторов проявляется сильнее всего
Эффект памяти у аккумуляторов напрямую зависит от их типа. Наиболее подвержены такому явлению Ni-MH (никель-металлогидридные) и NiCd (никель-кадмиевые) АКБ, то есть аккумуляторы на основе соединений никеля.
Рассмотрим данную проблему на их примере.
Как можно понять из рисунка, наибольшей ёмкостью обладает источник электроэнергии, расположенный скраю слева. У содержимого АКБ однородная структура, а это значит, что у него наибольшая рабочая площадь поверхности.
По прошествии некоторого времени рабочая поверхность активного вещества уменьшится. Причина — появление кристаллических образований. Причём со временем эти образования будут увеличиваться, при этом заряд устройства при не полностью разряженной АКБ приводит к ускорению их образования.
Рост таких кристаллических образований неизбежно приведёт к разрушению перегородок (сепараторов), разделяющих анод и катод. В свою очередь, это приведёт к увеличению саморазряда, а в дальнейшем — к короткому замыканию и разрушению батареи.
Где слабо выражен или вообще отсутствует
Долго считалось, что таким недостатком обладают только никель-металлогидридные и никель-кадмиевые аккумуляторные батареи, а у батарей на основе лития он отсутствует. Однако последние исследования доказывают, что у литий-ионных и литий-железо-фосфатных (LiFePO4) АКБ эффект памяти всё же присутствует, хотя он выражен намного слабее.
Рассмотрим этот процесс на примере литий-железо-фосфатного аккумулятора. Вещество, из которого состоят электроды, можно представить как множество частиц размером в несколько микрон. Данные частицы, в свою очередь, можно представить в виде математической модели с множеством частиц, каждая из которых заряжается и разряжается отдельно от другой.
Когда каждая частица заряжается, ионы лития высвобождаются. Таким образом, заряженная частица ионов лития не содержит, а полностью состоит из фосфата железа. При разряде аккумулятора, наоборот, литий включается в состав отдельной частицы. Следовательно, происходит превращение фосфата железа в литий-фосфат железа.
Химический потенциал отдельной частицы зависит от количества лития. В свою очередь, от химического потенциала зависит напряжение всего аккумулятора. Однако процессы заряда и разряда аккумулятора имеют нелинейную зависимость.
Рассмотрим данное явление на графике.
На графике синим цветом показано изменение напряжения по времени в АКБ при заряде до 50% от полной ёмкости, а затем при его полном разряде. В результате этого в следующий раз заряд будет сопровождаться эффектом памяти — перенапряжением при достижении уровня окончания предыдущей зарядки (график красного цвета). Для сравнения чёрным цветом нарисован нормальный график заряда.
Данное явление объясняется тем, что при заряде сначала происходит быстрый выход ионов лития. Это приводит к увеличению химического потенциала каждой отдельной частицы. Затем содержание лития достигает критической величины, и отдельные частицы начинают терять ионы лития, при этом их химический потенциал остаётся неизменным.
Эффект памяти обусловлен появлением потенциального барьера, преодолев который, частицы разделяются на две группы. Одна группа включает частицы с большим содержанием лития, другая — частицы с его низким содержанием.
При следующей зарядке аккумулятора частицы с низким содержанием лития первыми перейдут через барьер, а частицы с высоким содержанием лития будут отставать от них. Дополнительная работа, которая требуется для переноса отстающих частиц через потенциальный барьер, вызывает перенапряжение, то есть эффект памяти.
Можно ли как-то с ним бороться
Исследования учёных показали, что при длительном перерыве между частичным и полным разрядом эффект памяти у аккумуляторов на основе лития пропадает. Это учитывается при создании программного обеспечения для систем управления АКБ.
Для того чтобы предотвратить у NiCd- и NiMH-аккумуляторов эффект памяти, зарядку производят только при предварительном полном разряде. Конечно, при эксплуатации таких условий трудно достигнуть.
На этот случай производители рекомендуют периодически «тренировать» АКБ. Причём для NiCd-аккумуляторов частота должна быть не меньше одного раза в месяц, а для Ni-MH аккумуляторных батарей – не реже одного раза в два месяца.
Тренировка должна включать не менее трёх циклов разряда — заряда. Для упрощения такого процесса рекомендуется применять специальные устройства с функцией автоматического разряда. Например, популярное среди энтузиастов ЗУ Imax B6 mini.
При наличии старых батарей поможет специальный режим восстановления. Он заключается в глубоком разряде до 0,4 В на отдельный элемент батареи, который проводится автоматически по специальным алгоритмам. Это вызывает разрушение больших кристаллов, что позволяет частично восстановить ёмкость.
Конечно, для устройств, оборудованных несъёмным аккумулятором, например, для сотовых телефонов, тренировку тоже нужно проводить. Однако её эффективность снизится из-за того, что телефон будет отключаться раньше, чем АКБ разрядится полностью.
Заключение
Часто снижение ёмкости АКБ происходит не из-за эффекта памяти, а наоборот, в результате неправильной эксплуатации. Зарядка от устройства, которое не предназначено для данного типа аккумуляторов, перегрев или переохлаждение, да и просто долгое нахождение в ЗУ заметно отразится на сроке службы.
Сейчас читают:
