Методы разряда аккумуляторных батарей

Методы разряда аккумуляторных батарей

129

4,61 мс

567 мкс

I_M_АХ=1.5А

I = 200 мА

чие от никель-кадмиевых не обеспечивают большого количества циклов глубокого разряда.

Импульсный разряд

Из-за происходящих в батареях химических процессов, они по-разному реагируют на различный характер нагрузок. Токи разряда могут иметь различные значения: низкие или умеренные — для осветительных фонарей, средние — для электроинструмента, высокие импульсного характера — для цифрового коммуникационного оборудования, высокие непрерывные — для электротранспорта. В батареях происходят химические реакции превращения одних веществ в другие. Скорость их протекания в основном определяет нагрузочные характеристики батарей. Она выше в литий-ионных, никель-кадмиевых и никель-металлгидридных батареях, ниже — в свинцово-кислотных. Поэтому батареи каждого типа имеют разные нагрузочные характеристики.

Свинцово-кислотные батареи лучше всего работают при медленном 20-часовом разряде. Хорошо они переносят и импульсный разряд, поскольку между импульсами разрядного тока имеются промежутки для «отдыха». По мере приближения тока разряда к значению 1С эффективность свинцово-кислотных батарей ухудшается.

Различные методы разряда аккумуляторных батарей по-разному влияют на срок их службы. Если никель-кадмиевые и литий-ионные батареи более терпимы к импульсному разряду, то срок службы никель-металлгидридных батарей, применяемых для питания цифровой нагрузки, существенно снижается.

В ходе изучения влияния характера нагрузки на срок службы никель-металлгидридных батарей идентичные по параметрам батареи разряжали на аналоговую и цифровую нагрузку. В обоих случаях разряд осуществлялся до напряжения 1,04 В на элемент. Ток разряда при питании аналоговой нагрузки составлял 500 мА. В качестве цифровой нагрузки был использован мобильный телефон стандарта GSM, который на передачу потреблял ток импульсами величиной 1,5 А, длительностью 567 мкс и частотой следования 4,61 мс. Ток, потребляемый в паузах, составлял 200 мА. Это стандартный режим работы мобильного телефона стандарта GSM на передачу (рис. 7.2).

Рис. 7.2. Форма потребляемого тока мобильного телефона стандарта GSM в режиме передачи

При работе на аналоговую нагрузку никель-металлгидридная батарея показала средние результаты по сроку службы. При снижении емкости до 80 % ее ресурс составил 700 циклов заряд/разряд. Работая на цифровую нагрузку, она показала совершенно другие результаты. Емкость батареи снизилась до 80 % уже через 300 циклов заряд/разряд.

В области средств подвижной связи наметилась устойчивая тенденция перехода от аналоговых стандартов к цифровым. Количество только абонентов мобильной связи стандарта GSM в России перешагнуло 14-миллионный порог и продолжает расти. Кроме стандарта GSM в нашей стране используются и другие: в сотовой связи — CDMA, NMT-450i, DAMPS, в многопользовательских сетях транковой связи — Tetra. В табл. 7.1 для сравнения приведены нагрузочные характеристики средств связи аналоговых и цифровых стандартов.

Таблица 7.1

Характеристики	Радиостанции		Мобильные телефоны
Характеристики	обычные	транковые (Tetra)	GSM	CDMA
Стандарт	аналоговый	цифровой	цифровой	цифровой
Пиковая мощность передающего устройства, Вт	2...4	1 илиЗ	1...2	0,2
Пиковый потребляемый ток, А	до 1,5	1 илиЗ	1...2,5	0,7

Для питания мобильных телефонов используют аккумуляторные батареи двух типов: никель-металлгидридные и литий-ионные. Какие же из них наиболее предпочтительны? Никель-металлгидридные батареи, пока новые, имеют прекрасные

130

Методы разряда аккумуляторных батарей

131

характеристики. Однако уже через 300 циклов заряд/разряд они начинают быстро ухудшаться: снижается емкость и увеличивается внутреннее сопротивление. Как было отмечено в гл. 2, им, как и никель-кадмиевым батареям, свойственен эффект памяти, хотя он менее выражен. Поэтому необходимо хотя бы один раз в месяц «тренировать» батарею: полностью разрядить, а затем снова немедленно зарядить. Это не добавляет удобств пользователю сотовой связи. Нельзя оставлять никель-металлгидридные батареи на длительное время подключенными к зарядному устройству.

В отличие от них, литий-ионные аккумуляторы имеют более высокую энергетическую плотность, меньшие габариты и вес, не требуют проведения контрольно-тренировочных циклов для восстановления емкости. Для них не требуется режим струйной подзарядки, поэтому они могут быть подключены к зарядному устройству сколь угодно долго. Однако литий-ионные батареи подвержены старению независимо от того, используются ли они или находятся на хранении. Из табл. 7.2 видно, что для питания мобильных телефонов они предпочтительнее никель-металлгид-ридных. Главное здесь — при покупке проверить дату выпуска литий-ионного аккумулятора (см. приложения), которая, к сожалению, явно не указывается. Она кодируется буквенно-цифровым кодом.

Таблица 7.2

Характеристика	Тип батареи
Характеристика	Литий-ионная, 3,6 В	Никель-металлгидридная, 3,6 В
Энергетическая плотность, Вт-ч/эл.	6,5	5,5
Среднее значение внутреннего сопротивления, мОм	150...250	200...300
Саморазряд в месяц, %	10	30
Максимальный срок службы	2 года или 500 циклов	500 циклов

Емкость аккумуляторных батарей для мобильных телефонов составляет 500...800 Ач. Это значит, что разрядный ток может достигать величины ЗС, т. е. трехкратной емкости. Особенностью работы мобильных телефонов является то, что они всегда работают минимально необходимой мощностью. Другими словами, если абонент находится недалеко от базовой станции, эта

120 Время, мин

Рис. 7.3. Разрядные характеристики никель-металлгидридной батареи мобильного телефона

мощность мала, а если на предельном расстоянии, — то она максимальна. Аппарат сам подстраивает уровень выходной мощности в зависимости от силы принимаемого сигнала и делает это ступенями. Отсюда выводы: разрядный ток аккумулятора может достигать значения 3С при наихудших условиях связи; время непрерывной работы мобильного телефона в режиме разговора — величина относительная. На рис. 7.3 и 7.4 представлены разрядные характеристики никель-металлгидридных и литий-ионных аккумуляторов при значениях тока разряда 1С, 2С и ЗС.