Эффект памяти в аккумуляторах: Эффект памяти аккумулятора — Ответы на вопросы — ПромБытТех

Эффект памяти аккумулятора — Ответы на вопросы

Друзья меня пугают каким-то «эффектом памяти» аккумулятора.
Говорят, что из-за него аккумулятор долго не проживет.
Что это такое?

Под «эффектом памяти» понимается обратимая потеря ёмкости, имеющая место в некоторых типах электрических аккумуляторов при нарушении рекомендованного режима зарядки, в частности, при подзарядке не полностью разрядившегося аккумулятора.

Название связано с внешним проявлением эффекта: аккумулятор как будто «помнит», что в предыдущие циклы работы его ёмкость не была использована полностью, и при разряде отдаёт ток до «запомненной границы».

Это происходит, когда не полностью разряженный аккумулятор периодически подзаряжается до неполной зарядки.

Через какое-то время такого использования зарядить аккумулятор до определенного уровня становится очень сложно.

Это значит, что со временем аккумулятор будет способен работать все меньшее количество времени между зарядками.

В большинстве случаев причинами возникновения проблемы «эффекта памяти» являются перегрузка батареи и плохо разработанные зарядные устройства.

Оказывается не все типы аккумуляторов подвержены «эффекту памяти».
Поэтому, рекомендуется вынуть аккумулятор из устройства и почитать, что на нем написано.

1. Типы аккумуляторов, подверженные «эффекту памяти»:

NiCd — никель-кадмиевый,
NiMH — никель-металл-гидридный.

2. Типы аккумуляторов, не подверженные «эффекту памяти»:

Li-ion — литий-ионный,
Li-pol — литий-полимерный.

Итак, «эффект памяти» свойственен только аккумуляторам на основе никеля, причем сильнее всего он проявляется в никель-кадмиевых аккумуляторах.

Если у вас аккумулятор первой группы, то избежать «эффекта памяти» можно, если соблюдать режим использования аккумулятора: доводить аккумулятор до почти полной разрядки и только после этого его заряжать вновь.
Желательно также не превышать рекомендованные заводом-изготовителем режимы заряда и разряда.

1 2 3

Ещё

Что такое эффект памяти аккумулятора

Эффект памяти аккумуляторной батареи — в настоящий момент под эффектом памяти понимается обратимая потеря ёмкости, имеющая место в некоторых типах электрических аккумуляторов при нарушении рекомендованного режима зарядки, в частности, при подзарядке не полностью разрядившегося аккумулятора.

Эффектом памяти называется явление уменьшения первоначальной емкости аккумулятора из-за нарушения потребителем рекомендованного производителем режима эксплуатации. Свое название данный эффект получил благодаря его практическому проявлению: аккумулятор словно запоминает факт, что в прошлый раз его разрядили не до конца, что его полная емкость не была востребована, и в следующие разы отдает уже меньше энергии, чем когда он был новым, чем теоретически позволила бы его номинальная емкость.

Данному эффекту подвержены некоторые популярные типы аккумуляторов: литий-ионные, никель-кадмиевые и никель-металл-гидридные. Хорошая новость заключается в том, что на ранней стадии эффект памяти является обратимым, а у литий-ионных и вовсе проявляется незначительно. Так что если вы столкнулись с эффектом памяти у аккумулятора, то не спешите расстраиваться.

Давайте же уясним для себя, какие именно действия человека способствуют развитию у аккумулятора эффекта памяти и как не допустить этого неприятного явления.

Если вы решаете подзарядить аккумулятор который еще почти полностью заряжен или разряжен не более чем на половину емкости, то именно это и ведет к формированию и разрастанию эффекта памяти.

Правильными действиями будут такие: аккумулятор всегда следует разряжать почти полностью, и только после этого ставить на зарядку, тогда эффект памяти не разовьется, и в ярко выраженной форме себя не проявит.

Конечно не стоит допускать и глубокого разряда ячеек. В идеале лучше разряжать до минимального, рекомендованного производителем в документации, напряжения, и только потом заряжать. Скажем, для литий-ионных аккумуляторов нижняя граница разряда лежит в районе 2,5 вольт.

Физическая причина возникновения эффекта памяти заключается в том, что если аккумулятор систематически не разряжается полностью, то кристаллы активного вещества внутри него становятся все крупнее. Следовательно общая площадь активной рабочей поверхности элемента уменьшается.

Очевидно, что в новом аккумуляторе площадь поверхности активного вещества значительно больше, потому что кристаллические структуры изначально по размеру меньше. Значит и химической энергии аккумулятор в таком состоянии сможет запасти и отдать больше.

А когда объем кристаллов увеличивается, общая активная поверхность уменьшается, следовательно максимально доступный ток становится меньше и меньше, внутреннее сопротивление растет, в общем — снижается емкость аккумулятора.

В худшем случае крупные кристаллы засорят пространство между катодом и анодом настолько, что в конце концов интенсивность саморазряда лишит аккумулятор работоспособности. Кроме того острые кристаллы способны повредить сепаратор и сделать элемент полностью непригодным.

Чтобы пресечь развитие эффекта памяти на корню, необходимо всегда соблюдать правильный режим эксплуатации аккумулятора. Нужно полностью разрядить аккумулятор, и только после этого начинать заряжать.

В процессе зарядки не нужно превышать рекомендованный ток заряда, а в процессе разряда — рекомендованный ток разряда. Новый аккумулятор всегда необходимо потренировать прежде чем начинать использовать его по назначению: разрядить полностью, а потом полностью зарядить, и так два-три раза.

Данная тренировка позволит довести емкость аккумулятора до максимума. Лучше вообще использовать зарядные устройства оснащенные функцией предварительного доразряда батареи. Такое устройство, когда аккумулятор в него установлен, сначала нагружает его для разряда до минимума, и только когда ток разряда сильно упал — начинает заряжать.

Ранее ЭлектроВести писали, что группа японских ученых создала уникальную технологию для создания самовосстанавливающихся аккумуляторов. Материал, из которого он изготовлен, обладает высокой износоустойчивостью и может самовосстанавливаться.

По материалам: electrik.info.

В настоящее время эффект памяти также обнаружен и в литий-ионных батареях / Хабр

Это перевод статьи Memory effect now also found in lithium-ion batteries, размещенной учеными на официальном сайте института. Недавно прошла новость о том что и в литий-ионных батареях обнаружен эффект памяти. Просмотрев информацию поподробнее, ничего толкового, кроме коротких новостей (на русском), не нашел. Поэтому привожу перевод статьи с официального сайта.

Литий-ионные аккумуляторы являются высокопроизводительными накопителями энергии, используемые во многих электроприборах. Они могут хранить большое количество энергии в относительно небольшом объеме. Ранее было широко распространено мнение, что они не имеют эффекта памяти. Так эксперты называют отклонение в рабочем напряжение батареи, вызванные неполной зарядкой или разрядкой, в результате которой доступна только часть запасенной энергии, а так же невозможность точного определения уровня заряда аккумулятора. Ученые из Института Пауля Шерера (Paul Scherrer Institute), совместно с коллегами из научно-исследовательской лаборатории Toyota в Японии в настоящее время обнаружили, что широко используемый тип литий-ионных аккумуляторов имеет эффект памяти. Это открытие имеет особенно большое значение в использовании литий-ионных батарей на рынке электрических транспортных средств. Работа была опубликована 14 апреля 2013 года в научном журнале Nature Materials

Многие из наших повседневных устройств, которые работают от батареи, не всегда являются «умными» (smart), как это указано в рекламе, часто имеют эффект памяти. Например, электробритвы или электрические зубные щетки, которые заряжают до того, как они полностью разрядятся, в дальнейшем могут отомстить пользователю. Батареи помнят, что вы использовали только часть их емкости – и, в конце концов, уже не выдают свою полную энергию. Эксперты называют это «эффектом памяти», которая объясняется тем, что рабочее напряжение аккумулятора падает с течением времени из-за неполных зарядно-разрядных циклов. Это означает, что, несмотря на то, что батарея еще не разряжена, напряжение она поставляет иногда слишком низкое, чтобы содержать устройство в рабочем состоянии. Следовательно, эффект памяти, имеет два негативных последствия: во-первых, полезная емкость аккумулятора снижается, а во-вторых корреляция между напряжением и состоянием заряда смещается, так что последнее не может быть надежно определено на основе напряжения. Уже давно известно, что эффект памяти существует в никель-кадмиевых и никель-металлогидридных аккумуляторах. С тех пор как литий-ионные батареи начали успешно продаваться в 1990-х, существование эффекта памяти в этом типе батарей было исключено. Это новое исследование показывает, что мнение было ошибочным.

Профессор Петр Новак (Petr Novak)

Руководитель секции хранения электрохимической энергии (Electrochemical Energy Storage Section), и соавтор этого исследования. Источник: Scanderbeg Sauer Photography.

Последствия эффекта памяти для электрических и гибридных транспортных средств

Эффект памяти и отклонения связанные с ненормальным рабочим напряжением уже были подтверждены на одном из самых распространенных материалов, используемых в качестве положительного электрода в литий-ионных батареях, литий-фосфате железа (LiFePO4). С литий-фосфатом железа, напряжение остается практически неизменным в широком диапазоне от состояния заряда. Это означает, что даже небольшая аномалия в рабочем напряжении может быть неправильно истолкована (как существенное изменение заряда). Или, говоря по-другому: когда состояние заряда определяется по напряжению, большая ошибка может быть вызвана небольшим отклонением в напряжении. Существование эффекта памяти особенно актуально при учете использования литий-ионных батарей в секторе электротранспорта. В гибридных автомобилях, в частности, эффект может возникнуть из-за многих циклов зарядки/разрядки, которые происходят во время нормального режима работы. В таких транспортных средствах, батарея частично перезаряжается во время торможения двигателем и при работе в режиме генератора. И в свою очередь разряжается, и обычно лишь частично, во время фазы ускорения. Многочисленные последовательные циклы частичной зарядки и разрядки приводят к добавлению отдельных небольших эффектов памяти к большему эффекту памяти, так как демонстрирует это новое исследование. Это приводит к ошибке в оценке текущего состояния заряда батареи, в случае, когда состояние заряда рассчитывается на основе текущего значения напряжения.

Почему возникает эффект памяти

Исследователи выделяют микроскопический механизм, возникающий во время процесса заряда и разряда, как основную причину эффекта памяти в литий-ионных батареях. Электродный материал – в данном случае литий-фосфат железа (LiFePO4) — состоит из большого количества мелких, микронных размеров, частиц, которые заряжаются и разряжаются по отдельности одна за другой. Исследователи говорят об этой модели зарядки и разрядки, как о «Модели множества частиц» (many particles model). Происходит зарядка частицы за частицей и включает высвобождение ионов лития. Полностью заряженная частица не содержит ионов лития (литий-свободная) и состоит только из фосфата железа (FePO4). Разряд в свою очередь, включает в себя повторное включение атомов лития в состав частиц, так что фосфат железа (FePO4) снова становится литий-фосфатом железа (LiFePO 4). Изменение количества лития, связанных с зарядкой и разрядкой вызывает изменение химического потенциала отдельных частиц, что приводит к изменению напряжения батареи. Тем не менее, зарядка и разрядка не являются линейными процессами. Во время зарядки химический потенциал сначала увеличивается, с прогрессивным выпуском ионов лития. Но затем, частицы достигают критического содержания лития (lithium-content), и соответственно химического потенциала. В этой точке, происходит резкий переход: частицы отказываются от своих оставшихся ионов лития очень быстро, но не изменяют свой химический потенциал. Данный переходный период объясняет, почему напряжение батареи остается практически неизменной в широкой области (voltage plateau – плато напряжения).

Пояснения к графику №1

Эффект «памяти» батареи возникает в цикле с частичной зарядкой (в данном случае 50 процентов от емкости аккумулятора) с последующим полным разрядом. При следующей зарядке эффект памяти выражается как перенапряжение (малый «удар» – small “bump”) в той же точке, в которой завершился предыдущий частичный цикл зарядки. Для сравнения приведен график нормальной кривой напряжения (крайний правый). Источник: Nature Publishing Group

Барьер между «богатыми» и «бедными»

Существование этого потенциального барьера является жизненно важным для проявления эффекта памяти. Как только первые частицы преодолели потенциальный барьер, и стали литий-свободными, частицы электрода разбиваются на две группы. Другими словами, в настоящее время существует четкое различие между литий-богатыми и литий-бедными частицами. Если батарея не полностью заряжена, определенное количество литий-богатых частиц, которые не перешли через барьер, вернутся. Эти частицы не остаются на краю барьера долго, потому что это состояние неустойчиво, и они будут «скользить вниз по склону», то есть, их химический потенциал будет уменьшаться. Даже тогда, когда батарея разряжена снова и все частицы будут переходить на «отдых» перед барьером, это разделение на две группы будет сохранено. Важный момент: во время следующего процесса зарядки, первая группа (литий-бедные частицы) будет преодолевать барьер первой, в то время как вторая группа (литий-богатых) будет «отставать». Для того чтобы «отложенной» группе преодолеть барьер, их химический потенциал должен быть увеличен, и это то, что вызывает перенапряжение («bump» на графике), характеризующий эффект памяти. Таким образом эффект памяти – это следствие разделения популяции частиц на две группы, с очень разными концентрациями лития, которые следуют за «прыжками» частиц через потенциальный барьер, один за другим. Это перенапряжение, через которое эффект заметен, равно дополнительной работе, которая должна быть выполнена для переноса отстающих частиц через потенциальный барьер, после частичного заряда.

Пояснения к графику №2

Микроскопический механизм, лежащий в основе эффекта памяти следует «Модели множества частиц» (Many Particles Model). Сначала химические потенциалы частиц будут постепенно увеличиваться, так как частицы испускают ионы лития (рис. b). Как только они достают точки B (химический потенциальный барьер), частицы начинают отказаться от оставшихся ионов лития, и полностью заряжаются (рис. c). Частицы проходят через барьер, одна за другой, но не все одновременно. После частичной зарядки, некоторые частицы возвращают в переднюю часть барьера (рис. d). Затем эти частицы «спускаются по склону» (slide down the slope), так что термодинамическое равновесие восстанавливается. Теперь, граница между частицами «литий-богатыми» и «литий-бедными» установлена. Это разделение сохраняется, даже после того, как аккумулятор полностью разряжен (рис. e и f). В течение следующего цикла зарядки, эта группа литий-бедных частиц будет пересекать барьер. Дополнительная работа должна быть выполнена для перемещения второй «отсроченной» группы литий-бедных частиц через барьер. Это выражается как перенапряжение, которое является показателем эффекта памяти. Источник: Nature Publishing Group

Необходима пауза для устранения данного эффекта

Время, которое проходит между зарядкой и разрядкой батареи, играет важную роль в определении состояния батареи в конце этих процессов. Зарядка и разрядка это процессы, которые изменяют термодинамическое равновесия батареи, а это равновесие может быть достигнуто через некоторое время. Ученые обнаружили, что достаточно длительный холостой ход может быть использован для удаления эффекта памяти. Тем не менее, в соответствии с моделью множества частиц, это происходит только при определенных условиях. Эффект памяти исчезнет только при достаточно длительном перерыве между циклами частичной зарядки и последующим полным разрядом. В таких случаях, группы частиц все еще отделены после полного разряда, но находятся на одной стороне потенциального барьера. Таким образом, разделение исчезнет, так как частицы достигнут состояния равновесия, в котором все они будут иметь одинаковое содержание лития. Для предотвращения эффекта памяти необходимо подождать после частичной зарядки и перед неполной разрядкой. В этом случае частицы будут на противоположных сторонах потенциального барьера, это предотвратит их обратное разделение на «литий-богатых» и «литий-бедных».

Согласно Петру Новаку (Petr Novak), руководителю Сектора хранения электрохимической энергии в PSI (Electrochemical Energy Storage Section at the PSI) и соавтору публикации, исследование опровергает устоявшееся заблуждение: „Это наше первое исследование, в котором мы специально искали эффект памяти в литий-ионных батареях. Это были просто предположения, что похожего эффекта не возникнет “. Чтобы получить знания через исследования часто плодотворным является сочетание размышления и трудолюбия: «Наши результаты поиска состоят из комбинации критических исследований и тщательного наблюдения. Эффект на самом деле крошечный: относительное отклонение напряжения находится всего в нескольких частицах на тысячу. Но ключевой была идея поиска его вообще. Нормальные тесты батарей обычно исследуют полные, а не частичные циклы зарядки / разрядки.

Однако это недавнее открытие не является последним словом, для будущего использования литий-ионных батарей в автомобилях. Это действительно вполне возможно, что эффект может быть обнаружен и будет учитываться через «умную» адаптацию программного обеспечения в системах управления батареей. Если это окажется успешным, эффект памяти не будет стоять на пути надежного и безопасного использования литий-ионных батарей в электромобилях. Так что теперь, инженеры сталкиваются с проблемой поиска правильного обращения со своеобразной памятью батареи.

Текст: Леонид Лейва (Leonid Leiva)

Следуя модели множества частиц, описанной здесь, предполагается, что зарядка и разрядка батареи происходит частица за частицей. В этом контексте, частицами, мы имеем в виду своего рода „зерна“. Это означает, что материал (LiFePO4) не является одним целым, а скорее состоит из совокупности гранул, кристаллическая структура которых одинаковая, но гранулы имеют мелкие различия в размерах, форме или ориентации. Это типичная структура порошков. С технической точки зрения, они называются „кристаллиты“. Это можно представить, примерно как одинаковые по размеру кубики лежащие рядом. Каждый куб будет слегка повернуты относительно своих соседей, то есть кубики строго не выровнены, но кристаллическая структура (форма шестигранника) является одинаковой для всех.

P.S.

Спасибо Mithgol за инвайт.

От переводчика: Некоторые предложения очень трудно понять (при прочтении с первого раза), я пробовал их переформулировать и упростить, но побоялся, что в данном случае исказится смысл. Поэтому оставил их как есть.

Если есть предложения по более грамотному переводу, буду рад исправить.

Эффект памяти аккумуляторов

Бывает так, что аккумулятор после нескольких десятков зарядных циклов уже не отдает номинальное значение своей емкости. Такой феномен получил название «эффект памяти». Проблема – в нарушении режима зарядки, который рекомендует производитель.

Элемент приспосабливается к определенному циклу в работе. И чем больше увеличивается число зарядно-разрядных циклов, тем более отчетливо проявляется этот самый эффект. Аккумулятор как будто запоминает, что в предыдущие циклы работы его ёмкость не использовали сполна, а потому при разряде отдаёт ток до той границы, которую он запомнил.

Чтобы понять, что происходит, представим, что много раз аккумулятор циклически разряжался до определенной глубины. И в очередном цикле, когда пытаешься провести нормальный разряд, он уже не может отдать большей емкости, чем при циклировании в предыдущем режиме.

Как правило, такое происходит при следующих обстоятельствах. Аккумулятор еще полностью не разрядился, а его уже заряжают в зарядном устройстве. В итоге и появляется паразитный «эффект памяти». Он же может проявиться и тогда, когда кто-то забывает, что оставил аккумулятор в зарядном устройстве.

Если посмотреть внутрь проблемы, то необходимо сказать следующее. На пластине аккумулятора растут нежелательные кристаллы. Именно они уменьшают поверхность электрода. В результате полезная емкость снижается. На последующих стадиях острые грани кристаллов пробиваются в сепаратор, то есть то, что разделяет положительную пластину с отрицательной. В результате аккумулятор начинает интенсивно разряжаться.

Суть этого необычного явления сводится к следующему. При мелких кристаллических образованьях внутреннего рабочего вещества аккумулятора площадь поверхности кристаллических образований максимальна. Вот почему аккумулятор делает максимальные запасы энергии. Когда кристаллические образования в процессе эксплуатации становятся крупнее, то площадь их поверхности становится меньше. В результате становится меньше и реальная емкость.

Напрашивается вывод о том, что укрупненные образования необходимо привести к первоначальному состоянию, то есть измельчить их. Кстати, это вполне реально, но при одном условии: процесс укрупнения не должен зайти слишком далеко.

С этой целью рекомендуется периодически проводить тренировку аккумуляторов на основе никеля. NiCD аккумулятор тренируют примерно раз в месяц. NiMH аккумулятор примерно раз в два месяца. Под тренировкой в конкретном случае подразумевается полный разряд аккумулятора до напряжения 1 вольт на элемент.

Скажем, если у вас аккумулятор с номинальным напряжением 6V (то есть 5 элементов в аккумуляторе), то его необходимо разряжать до 5V. А за этим следует полный заряд. Чтобы восстановить емкости аккумулятора, необходимо до 3-5 таких циклов разряда/заряда.

Разряд аккумулятора непосредственно в телефоне обычно до такого напряжения не происходит. Мобильник отключается при более высоком напряжении.

Большого эффекта можно достичь в некоторых зарядных устройствах с функцией разряда. При этом необходимо подчеркнуть, что некоторые из аккумуляторов, прошедших процедуру восстановления, могут иметь высокий саморазряд. Это возможно вследствие повреждения кристаллическими образованьями материала сепаратора. Как правило, это присуще старым аккумуляторам.

Если у аккумулятора появился «эффект памяти», то от него все-таки можно избавиться. Если не полностью, то частично. Достаточно только провести несколько полных циклов глубокого разряда. Вплоть до одного вольта на элементе. То есть аккумулятор необходимо заряжать и разряжать. Такое порой приходится проделывать несколько десятков раз. Но в итоге «вылечить» аккумулятор удается.

Необходимо подчеркнуть, что «эффект памяти» присущ только аккумуляторам на основе никеля. А в никель-кадмиевых аккумуляторах эффект проявляется сильнее всего.

Необходимо также отметить, что «эффекту памяти» не подвержены литий-ионные аккумуляторы. Их можно заряжать, когда угодно. И в зарядном устройстве они могут находиться сколько угодно. Все потому, что они предпочитают незаряженному состоянию заряженное состояние.

Из вышесказанного следует, что такие аккумуляторы «любят» находиться в заряженном состоянии. Для потребителя это хорошо тем, что он может в любое время поставить их заряжаться. Более того, их можно держать в заряднике, сколько угодно времени. Аккумулятор от этого нисколько не пострадает.

Есть одно важное условие, и оно в том, чтобы зарядник предназначался именно для заряда Li-ION аккумуляторов. Такой зарядник, как только окончится заряд, сразу же отключает ток заряда. Еще одна особенность Li-ION аккумуляторов заключается в том, что они так же, как и герметично свинцово-кислотные (SLA), нуждаются в том, чтобы их хранили только в заряженном состоянии.

Литий-ионные аккумуляторы оказались подвержены «эффекту памяти»

Исследователи из швейцарского Института Пола Шеррера вместе с коллегами из Toyota Research в Японии обнаружили, что широко используемый тип литий-ионных аккумуляторов всё-таки подвержен негативному «эффекту памяти».

С тех пор как литий-ионные аккумуляторы в девяностых годах начали вытеснять никель-кадмиевые, о существовании «эффекта памяти» стали забывать. Долгое время считалось, что в аккумуляторах нового типа он полностью отсутствует. Однако проведённая недавно работа убедительно показала его наличие как минимум в самом распространённом виде АКБ – с катодом из литий-феррофосфата.

«Эффект памяти» в литий-ионном аккумуляторе при 50% уровне заряда (изображение: Nature)

Как и в случае никель-кадмиевых аккумуляторов, «эффект памяти» приводит к тому, что цикл зарядки завершается преждевременно. Таким образом, фактически доступная ёмкость батареи оказывается существенно ниже расчётной.

Исследование крайне актуально в связи с увеличением доли рынка гибридных автомобилей и электромобилей, в которых литиевые батареи эксплуатируются в довольно жёстких условиях. Особенно это касается гибридных силовых установок, использующих каждый импульс торможения для быстрой подзарядки аккумуляторов током большой силы.

Помимо снижения ёмкости батареи у эффекта памяти есть и другое отрицательное последствие. Корреляция между напряжением и уровнем заряда смещается, поэтому точно определить состояние аккумулятора становится невозможно.

Даже небольшая ошибка в определении остаточной ёмкости батареи по изменению напряжения может привести к большой ошибке в работе электронной схемы её обслуживания в дальнейшем.

Соавтор исследования профессор Пётр Новак (фото: Scanderbeg Sauer)

Как показало исследование, частые циклы неполной зарядки и последующего разряда приводят к возникновению отдельных «микроэффектов памяти», которые затем суммируются. Это происходит потому, что основой работы батареи являются процессы высвобождения и обратного захвата ионов лития, динамика которых становится далека от оптимальной в случае неполной зарядки.

Во время процесса заряда ионы лития один за другим покидают частицы литий-феррофосфата, размер которых составляет десятки микрометров. Катодный материал начинает разделяться на частицы с разным содержанием лития.

Заряд батареи происходит на фоне возрастания электрохимического потенциала. В определённый момент он достигает предельного значения. Это приводит к ускорению высвобождения оставшихся ионов лития из катодного материала, но они уже не меняют суммарное напряжение батареи.

Если она не будет полностью заряжена, то на катоде останется некоторое число частиц, близких к пограничному состоянию. Они практически достигли барьера высвобождения ионов лития, но не успели его преодолеть.

При разряде свободные ионы лития стремятся вернуться на место и рекомбинировать с ионами феррофосфата. Однако на поверхности катода их также встречают частицы в пограничном состоянии, уже содержащие литий. Обратный захват затрудняется, и нарушается микроструктура электрода.

В настоящее время просматриваются два пути решения проблемы: внесение изменений в алгоритмы работы системы управления батареями и разработка катодов с увеличенной площадью поверхности.

Эффект памяти аккумулятора — Help for engineer

Эффект памяти аккумулятора

Эффект памяти аккумулятора – это эффект, который понимается, как потеря ёмкости в аккумуляторе. Он присутствует в никель-кадмиевых, никель-металлогидридных, и с недавнего времени, было научно установлено, что всем известные литий-ионные аккумуляторы также подвержены эффекту памяти. Данная потеря возникает вследствие зарядки не полностью разряженного аккумулятора, или же, в некоторых случаях, вследствие значительных регулярных перезарядов. По возможности, перед эксплуатацией ознакамливайтесь с условиями зарядки вашего типа аккумулятора, чтобы не сократить его ресурс работы.

Название эфеекта связано с тем, что аккумуляторная батарея как-будто «помнит», что в предыдущих циклах работы её ёмкость не использовалась полностью, и в последующих циклах акб будет отдавать свой заряд до этой запомненной границы.

Явление возникает из-за увеличения кристаллических образований активного вещества, что в последствие уменьшает площадь активной поверхности, и как следствие — падает реальная емкость. То есть, когда площадь активной поверхности максимальна, то и количество энергии запасённой аккумулятором — предельна. При уменьшении активной поверхности, уменьшается максимальный ток разряда, и так же растет внутреннее сопротивление.

Снижение ёмкости может быть вызвано перезарядом, это называется «ложным» эффектом памяти. Для того что бы он не возникал, достаточно контролировать заряд. Такие перезаряды вредны тем, что происходит формирование крупных кристаллов в структуре электродов.

От недавнего времени стало известно, что в одном из наиболее распространённых аккумуляторов с катодом из литий-феррофосфата эффект присутствует. А в литий-полимерных и свинцово-кислотных аккумуляторах — отсутствует.

Не стоит забывать, что ёмкость может снижаться в результате старения, которое происходит даже в не использующихся батареях.

Защита от эффекта памяти

Самое главное, что нужно делать — доводить аккумулятор до полной разрядки и только после этого начинать зарядку, то есть пользоваться аккумулятором в глубоком цикле работы. Так же, аккумулятору можно проводить тренировку, в виде нескольких циклов разряда до «нуля» и заряда до максимальной ёмкости, если кристаллы внутри элемента еще не дошли до состояния необратимости, то эта тренировка поможет восстановить ёмкость аккумулятора до примерно исходного значения. Поэтому такие тренировки важно делать регулярно:

— для никель-кадмиевого акумулятора – раз в месяц,

— никель-металлогидридного – раз в два месяца,

и тогда от приобретенного эффекта памяти можно избавиться. Так же, необходимо соблюдать режим зарядки, что бы не возникало значительных перезарядов.

При подзаряде в некоторых типах зарядных устройств существует так называемая функция «доразряда», которая рассеивает оставшуюся энергию в аккумуляторе до момента падения тока через нагрузку, что будет свидетельствовать о полном разряде.

Недостаточно прав для комментирования

Эффект памяти аккумулятора — ООО «УК Энерготехсервис»

23 Сентября 2019

Основные типы аккумуляторов:

Ni-Cd Никель-кадмиевые аккумуляторы
Ni-MH Никель-металлогидридные аккумуляторы
Li-Ion Литий-ионные аккумуляторы

Ni-Cd Никель-кадмиевые аккумуляторы

Для аккумуляторного инструмента никель-кадмиевые аккумуляторы являются фактическим стандартом. Инженерам хорошо известны их достоинства и недостатки, в частности Ni-Cd Никель-кадмиевые аккумуляторы содержат кадмий – тяжёлый металл повышенной токсичности.

У никель-кадмиевых аккумуляторов есть так называемый «эффект памяти» суть которого сводится к тому, что при заряде не полностью разряженного аккумулятора его новый разряд возможен только до того уровня, с которого его зарядили. Другими словами аккумулятор «помнит» уровень остаточного заряда, с которого его полностью зарядили.

Итак, при заряде не полностью разряженного Ni-Cd аккумулятора происходит уменьшение его ёмкости.

Существует несколько способов борьбы с этим явлением. Опишем только самый простой и надёжный способ.

При использовании аккумуляторного инструмента с Ni-Cd аккумуляторными батареями следует придерживаться простого правила: заряжать только полностью разряженные аккумуляторы.
Рекомендуется хранить Ni-Cd Никель-кадмиевые аккумуляторные батареи в разряженном состоянии, желательно чтобы разряд не был глубоким, в противном случае это может вызвать необратимые процессы в батарее.
Плюсы Ni-Cd Никель-кадмиевых аккумуляторов

Низкая цена Ni-Cd Никель-кадмиевых аккумуляторов
Возможность отдавать наибольший ток нагрузки
Возможность быстрого заряда аккумуляторной батареи
Сохранение высокой ёмкости аккумулятора до -20°C
Большое количество циклов заряда-разряда. При правильной эксплуатации подобные аккумуляторы отлично работают и допускают до 1000 циклов заряда-разряда и более

Минусы Ni-Cd Никель-кадмиевых аккумуляторов

Относительно высокий уровень саморазряда – Ni-Cd Никель-кадмиевый аккумулятор теряет порядка 8-10% своей ёмкости в первые сутки после полного заряда.
Во время хранения Ni-Cd Никель-кадмиевый аккумулятор теряет порядка 8-10% заряда каждый месяц
После длительного хранения ёмкость Ni-Cd Никель-кадмиевого аккумулятора восстанавливается после 5 циклов разряда-заряда.
Для продления срока службы Ni-Cd Никель-кадмиевого аккумулятора рекомендуется каждый раз полностью его разряжать для предотвращения проявления «эффекта памяти»

Ni-MH Никель-металлогидридные аккумуляторы
Эти аккумуляторы предлагаются на рынке как менее токсичные (по сравнению с Ni-Cd Никель-кадмиевыми аккумуляторами) и более экологически безопасные, как в производстве, так и при утилизации.
На практике Ni-MH Никель-металлогидридные аккумуляторы действительно демонстрируют весьма большую ёмкость при габаритах и массе, несколько меньших, чем у стандартных Ni-Cd Никель-кадмиевых аккумуляторов.
Благодаря практически полному отказу от применения токсичных тяжелых металлов в конструкции Ni-MH Никель-металлогидридных аккумуляторов последние после использования могут быть утилизованы вполне безопасно и без экологических последствий.

У никель-металлогидридных аккумуляторов несколько снижен «эффект памяти». На практике «эффект памяти» практически незаметен из-за высокого саморазряда этих аккумуляторов.

При эксплуатации Ni-MH Никель-металлогидридных аккумуляторов желательно разряжать их в процессе работы не полностью.

Хранить Ni-MH Никель-металлогидридные аккумуляторы следует в заряженном состоянии. При длительных (более месяца) перерывах в работе аккумуляторы следует перезаряжать.

Плюсы Ni-MH Никель-металлогидридных аккумуляторов

Нетоксичные аккумуляторы
Меньший «эффект памяти»
Хорошая работоспособность при низкой температуре
Большая ёмкость по сравнению с Ni-Cd Никель-кадмиевыми аккумуляторами

Минусы Ni-MH Никель-металлогидридных аккумуляторов

Более дорогой тип аккумуляторов
Величина саморазряда примерно в 1. 5 раза выше по сравнению с Ni-Cd Никель-кадмиевыми аккумуляторами
После 200-300 циклов разряда-заряда рабочая ёмкость Ni-MH Никель-металлогидридных аккумуляторов несколько снижается
Батареи Ni-MH Никель-металлогидридных аккумуляторов имеют ограниченный срок службы

Li-Ion Литий-ионные аккумуляторы

Несомненным достоинством литий-ионных аккумуляторов является практически незаметный «эффект памяти».

Благодаря этому замечательному свойству Li-Ion аккумулятор можно заряжать или подзаряжать по мере необходимости, исходя из потребностей. Например, можно подзарядить не полностью разряженный литий-ионный аккумулятор перед важной, ответственной или продолжительной работой.

Длительное хранение рекомендуется производить при половинном уровне заряда литий-ионного аккумулятора.

К сожалению эти аккумуляторы являются наиболее дорогими аккумуляторными батареями. Кроме того литий-ионные аккумуляторы имеют ограниченный срок службы, независящий от числа циклов разряд-заряд.

Резюмируя можно предположить, что литий-ионные аккумуляторы лучше всего пригодны для случаев постоянной интенсивной эксплуатации аккумуляторного инструмента.

Плюсы Li-Ion Литий-ионных аккумуляторов

Отсутствует «эффект памяти» и поэтому появляется возможность заряжать и подзаряжать аккумулятор по мере необходимости
Высокая ёмкость Li-Ion Литий-ионных аккумуляторов
Небольшая масса Li-Ion Литий-ионных аккумуляторов
Рекордно-низкий уровень саморазряда – не более 5% в месяц
Возможность быстрого заряда Li-Ion Литий-ионных аккумуляторов

Минусы Li-Ion Литий-ионных аккумуляторов

Высокая стоимость Li-Ion Литий-ионных аккумуляторов
Сокращается время работы при температуре ниже нуля градусов Цельсия
Ограниченный срок службы

Примечание

Из практики эксплуатации Li-Ion Литий-ионных аккумуляторов в телефонах, фотокамерах и т. д. можно отметить, что эти аккумуляторы служат в среднем от 4 до 6 лет и выдерживают за это время около 250-300 циклов разряда-заряда. При этом абсолютно точно замечено: больше циклов разряд-заряд – короче срок службы Li-Ion Литий-ионных аккумуляторов!

Все эти типы аккумуляторов имеют такой важный параметр как емкость. Емкость аккумулятора показывает, сколько времени он сможет питать подключенную к нему нагрузку. У радиостанции емкость аккумулятора измеряется в миллиампер-часах. Эта характеристика обычно указывается на самой батарее.

Для примера возьмем радиостанцию Альфа 80 и ее батарею емкостью 2800 мАч. При цикле работы 5/5/90, где 5% времени работы радиостанции на передачу, 5% работы на прием, 90% времени дежурный режим — время работы радиостанции составит не менее 15 часов. Чем ниже будет этот параметр у батареи, тем меньше она сможет проработать.

Следите за новостями в наших группах:

Аккумуляторы для мобильных устройств. Эффект памяти

Казалось бы, что может быть проще? Разрядился аккумулятор — подключай за-рядное устройство и заряжай до готовности. Однако в один прекрасный момент начинаешь замечать, что время работы полностью заряженного аккумулятора становится меньше, чем было ранее. В чем дело? Кто виноват и как объяснить данное явление?

Рассмотрим эту проблему и ее решение на примере аккумуляторов для сотового телефона. Впрочем, все нижеизложенное будет справедливо и для аккумуляторов радиостанций, радиотелефонов и радиоудлинителей, портативных компьютеров, цифровых фотоаппаратов и видеокамер, ручных инструментов.

Начнём с никель-кадмиевых (NiCd) и никель-металлгидридных (NiMH) аккумуляторов.

Всем известно, что по окончании заряда аккумулятора в обычном зарядном устройстве, загорается зеленый свет индикатора, указывающий на то, что аккумулятор полностью заряжен и готов к работе.

Если аккумулятор заряжается в телефоне, то последний сообщит вам об этом присущим ему способом… В результате вы полагаете, что ваш аккумулятор заряжен, обладает полной емкостью и ему можно доверять на все 100%.

Но не верь глазам своим! «Зеленый свет» обычного зарядного устройства никоим образом не гарантирует достаточную (номинальную) емкость [1] и исправность аккумулятора.

Все дело в том, что обычное зарядное устройство заряжает (наполняет) аккумулятор электрической энергией лишь до тех пор, пока есть «свободное место», в то время как количество закачанной в аккумулятор энергии никак не оценивается! Напрашивается простая аналогия со стаканом, которую мы подробно рассмотрели при обсуждении электрической емкости аккумулятора в статье [1]. Если в пустой стакан можно налить 200 мл воды, то в тот же стакан, но частично заполненный, например, песком или мелкими камешками — гораздо меньше. Продолжая эту аналогию, отметим, что каждый цикл заряда-разряда вносит в наш стакан-аккумулятор «посторонние примеси», уменьшая тем самым объем для хранения полезной энергии.

Естественно, возникает вопрос: почему аккумулятор в процессе эксплуатации постепенно становится неспособным принять во время заряда то количество энергии, на хранение которого он рассчитан?

Для примера на рис. 1 схематично изображены 5 различных состояний одного и того же NiCd аккумулятора.

Рис. 1. Емкость аккумулятора в зависимости от состояния его рабочего вещества

Левый крайний аккумулятор обладает стопроцентной емкостью. Его рабочее вещество имеет однородную структуру из мельчайших частиц и максимальную площадь активной поверхности. Крайний правый — наихудший и имеет только 20% от номинальной емкости. Частицы его рабочего вещества укрупнились, и площадь активной поверхности значительно уменьшилась.

Причина этого явления заключается в том, что в процессе эксплуатации с каждым новым циклом заряда-разряда рабочее вещество внутри NiCd и NiMH аккумуляторов постепенно изменяет свою структуру в сторону уменьшения площади активной поверхности, что приводит к уменьшению реальной емкости.

Этот эффект, называемый также эффектом памяти, развивается вследствие заряда не полностью разряженных аккумуляторов на основе никеля и сильнее всего проявляется в никель-кадмиевых аккумуляторах. Никель-металлгидридные аккумуляторы подвержены эффекту памяти в меньшей степени. Рассмотрим изображенную а рис.

2 анодную пластину нового NiCd аккумулятора: кристаллические образования имеют малые размеры (около 1 мкм), и площадь их соприкосновения с электролитом максимальна.

Рис 2. Структура анодной пластины нового NiCd аккумулятора

В процессе эксплуатации потребители, как правило, не дожидаются полной разрядки аккумулятора перед очередным зарядом. Впрочем, это вполне естественно, особенно, когда отсутствует запасной аккумулятор.

Однако в результате такой практики через 3-6 месяцев (в зависимости от частоты заряда, глубины разряда, условий эксплуатации, качества аккумулятора и фирмы-изготовителя) реальная емкость аккумулятора заметно уменьшается. Сокращается также и время заряда. Кроме того, возможно небольшое увеличение внутреннего сопротивления [1] аккумулятора.

Словом, начинает проявляться эффект памяти. Состояние такого аккумулятора с укрупненными кристаллическими образованиями показано на рис.3.

Рис 3. Структура анодной пластины NiCd аккумулятора, не подвергавшегося периодической тренировке

Если и далее не принимать особых мер, то при дальнейшей эксплуатации увеличивающиеся кристаллические образования могут привести к разрушению сепаратора (своего рода перегородки, разделяющей анод и катод) и увеличению тока саморазряда [1]. В этом случае аккумулятор становится подобен худому ведру: воду носить можно, но недалеко.

Что же делать? Вспомнить старое доброе правило: легче эффект памяти предотвратить, чем потом устранить.

А для предотвращения необходимо применять тренировку аккумуляторов, под которой понимаются периодические (3-4 раза) циклы заряда и последующего разряда до напряжения 1 вольт на элемент.

Процесс этот проще всего выполнять на настольных зарядных устройствах, имеющих функцию разряда, или на специальных анализаторах типа Cadex C7000, C7200 [2,3].

Последние процесс тренировки автоматизируют и увеличивают емкость аккумулятора до максимально возможного уровня… Выполнение тренировочных циклов непосредственно в телефоне тоже возможно, но не так эффективно, поскольку телефон, как правило, успевает отключиться раньше, чем аккумулятор полностью разрядится. Да и времени для этого требуется значительно больше.

Теперь несколько слов о периодичности данного процесса. Рекомендации таковы: для никелькадмиевых аккумуляторов — один раз в месяц, для никель-металлгидридных — раз в два месяца. Если делать это чаще, то полезный эффект увеличивается незначительно, а износ аккумулятора значительно возрастает.

Всегда ли помогают тренировочные циклы заряда-разряда? Не всегда.

С запущенными аккумуляторами дело обстоит сложнее, и помочь тут может только метод восстановления, основанный на глубоком (до 0,4 вольта на элемент) разряде аккумуляторов по специальному алгоритму.

При таком разряде происходит дробление крупных кристаллических образований, в результате чего емкость аккумулятора восстанавливается. Структура рабочего вещества восстановленного аккумулятора показа-на на рис.4.

Рис 4. Структура анодной пластины восстановленного NiCd аккумулятора

Однако следует отметить, что некоторые из восстановленных аккумуляторов могут иметь высокий саморазряд [1] вследствие повреждения кристаллическими образованиями материала сепаратора. По большей части это присуще старым аккумуляторам.

А теперь подведем итоги

Эффект памяти свойственен только аккумуляторам на основе никеля, причем сильнее всего он проявляется в никель-кадмиевых аккумуляторах. Существуют мнение, что в никель-металлгидридных аккумуляторах этот эффект просто не успевает значительно проявиться из-за меньшего срока их службы.
В то же время ряд фирм, выпускающих NiMH аккумуляторы, заявляет, что их аккумуляторы свободны от этого эффекта.
Например, фирма GP Batteries International Limited в сопроводительной этикетке на некоторые типы своих аккумуляторов указывает следующие параметры: количество циклов разряда-заряда — 1000, отсутствие эффекта памяти и необходимости разряда аккумулятора перед зарядом. Словом, параметры более чем привлекательны.
Часто на эффект памяти списывают повреждения аккумулятора, вызванные неправильной эксплуатацией: использованием неисправного или «неродного» зарядного устройства, длительным пребыванием в зарядном устройстве, переохлаждением или перегревом аккумулятора, да и просто браком по вине изготовителя или поставщика.
Для предупреждения эффекта памяти при отсутствии специальных зарядных устройств можно порекомендовать заряд после как можно более полного разряда аккумулятора в телефоне.

И в заключение несколько слов о литий-ионных (Li-ion) аккумуляторах.

С ними дело обстоит с точностью до наоборот. Они не подвержены эффекту памяти. Более того, Li-ion аккумуляторы предпочитают заряженное состояние незаряженному. Их можно ставить на заряд в любой момент и держать в зарядном устройстве сколько угодно.

Зарядные устройства для Li-ion аккумуляторов после окончания заряда автоматически отключаются, поскольку Li-ion аккумуляторы нельзя перезаряжать. Важно только, чтобы это устройство было предназначено для заряда Li-ion аккумуляторов именно этого производителя. В противном случае аккумулятор может быть либо недозаряжен, либо испорчен.

Другая важная особенность Li-ion аккумуляторов — это необходимость их хранения только в заряженном состоянии.

При написании статьи использовались материалы, любезно предоставленные г-ном Isidor Buchmann, основателем и главой канадской компании Cadex Electronics Inc. [3], а также компанией Landata, г. Москва [4].

Более подробная информация на русском языке об аккумуляторах для мобильной техники связи, компьютеров и других портативных приборов, а также советы по эксплуатации и обслуживанию приведены в [5].

Продолжение следует

Ссылки:

Аккумуляторы для мобильных устройств — устройство и основные параметры
Аккумуляторы для мобильных устройств — методы заряда.
http://www.cadex.com — Cadex Electronics Inc., Vancouver, BC [British Columbia], Canada — разработчик и производитель зарядных устройств, анализаторов и систем обслуживания аккумуляторов.
http://www.landata.ru/kip/catalog.htm (вход через раздел «Обслуживание аккумуляторов») — компания LANDATA — авторизованный и эксклюзивный дистрибьютор канадской фирмы Cadex Electronics Inc. в России.
http://www.mari-el.ru/marmobile/battery/ — Аккумуляторы для мобильных устройств и портативных компьютеров. Анализаторы аккумуляторов.
http://www.gpbatteries.com.hk/cgi-bin/cellular/ — фирма GP Batteries International Limited.

Эффект памяти аккумулятора — что нужно знать?

Вячеслав Гришанков 04.01.2019 0

Что такое эффект памяти аккумулятора смартфона и как он проявляется?

Неправильная эксплуатация аккумулятора на основе никеля в итоге приводит к потере емкости, которая называется «эффект памяти». Современные литий-ионные и литий-полимерные батареи такому негативному эффекту не подвержены. Что же такое эффект памяти и как с ним бороться?

Что такое эффект памяти аккумулятора?

Эффект памяти проявляется в ситуациях, когда не до конца разряженный аккумулятор ставится на зарядку. После подобной многократной практики батарея «запоминает» количество неизрасходованной емкости и в дальнейшем при разряде отдает ток исключительно до того уровня, с которого ее ставили на заряд.

Проще говоря, если АКБ регулярно подзаряжали с уровня емкости 30-40%, то и разряжаться ниже этой отметки она в дальнейшем не будет. Индикатор будет показывать, что батарея разряжена, а телефон будет отключаться, хотя емкость АКБ в запасе будет.

Теперь сухая теория. Такая проблема случается из-за увеличения кристаллов. Эти химические соединения очень маленькие, из-за чего объем электрода имеет максимально активную поверхность.

После длительного времени неправильной эксплуатации аккумулятора химические соединения постепенно увеличиваются, тем самым уменьшая объем сепаратора, разделяющего положительную и отрицательную пластину.

Таким образом, смартфон начинает разряжаться значительно быстрее.

Эта ситуация исправляется полностью или частично при условии, если размеры кристаллов не достигли слишком большого объема. Для этого требуется произвести череду калибровок аккумулятора, чтобы уменьшить химические образования и увеличить объем активной поверхности батареи.

Как убрать эффект памяти аккумулятора?

Емкость или некоторая часть емкости восстанавливается благодаря периодичным «тренировкам» батареи. Для этого полностью разрядите телефон, а затем зарядите его на 100%. Для никель-кадмиевых батарей (NiCd) эту процедуру рекомендовано делать раз в месяц, для никель-металлогидридных — раз в два месяца.

Количество калибровок зависит от степени запущенности эффекта памяти. Возможно, процедуру придется проделать несколько раз, что в итоге восстановит определенное количество изначальной емкости батареи.

3-4 подобные калибровки подряд раньше рекомендовали проводить с любой новой батареей. В аккумуляторы устанавливался специальный ингибититор, который необходимо разрушить, чтобы достигнуть максимального объема емкости. Несколько полных разрядов и зарядов новой батареи эффективно с этим справятся. Для современных телефонов эта информация неактуальна.

Хотя у литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов эффект памяти отсутствует, их также рекомендуется калибровать. В случае с АКБ на основе лития проделывайте тренировку раз в несколько месяцев, чтобы замедлить снижение емкости.

Как правильно пользоваться аккумулятором?

Устаревшие аккумуляторы не стоит заряжать выше 90% емкости и разряжать ниже 10% за исключением калибровок — это продлит срок службы батареи.

В литиевых АКБ устанавливается специальный контроллер, который не позволит энергии поступать в полностью заряженный аккумулятор в случаях, когда смартфон поставили на зарядку и оставили надолго (например, на ночь). Также контроллер не позволяет батарее телефона окончательно разрядиться, выключая устройство до полного истощения емкости.

В случае с литиевыми моделями на протяжении длительного использования рекомендуется придерживаться практически аналогичных правил профилактики: оберегайте аккумуляторы от слишком низких и высоких температур.

Переохлаждение замедляет химические реакции электролитов, что приводит к снижению отдачи тока — гаджет может выключиться. Перегрев же способен вызвать возгорание батареи.

Емкость аккумуляторов в любом случае со временем станет снижаться, а правильная эксплуатация замедлит процесс старения.

Заключение

Большинство современных гаджетов разрабатывается с использованием литий-ионных или литий-полимерных аккумуляторов, в которых нет эффекта памяти. Батарейки на основе никеля встречаются редко и только в старых или ультра-бюджетных смартфонах.

Вне зависимости от типа аккумулятора за ним необходимо тщательно следить: производите профилактические калибровки раз в полгода, оберегайте от высоких и низких температур, а также следите за уровнем заряда и разряда устройства. Это позволит продлить срок службы батарейки и максимально замедлить снижение емкости на длительной дистанции использования.

Что такое эффект памяти аккумулятора

Эффектом памяти называется явление уменьшения первоначальной емкости аккумулятора из-за нарушения потребителем рекомендованного производителем режима эксплуатации.

Свое название данный эффект получил благодаря его практическому проявлению: аккумулятор словно запоминает факт, что в прошлый раз его разрядили не до конца, что его полная емкость не была востребована, и в следующие разы отдает уже меньше энергии, чем когда он был новым, чем теоретически позволила бы его номинальная емкость.

Давайте же уясним для себя, какие именно действия человека способствуют развитию у аккумулятора эффекта памяти и как не допустить этого неприятного явления.
Если вы решаете подзарядить аккумулятор который еще почти полностью заряжен или разряжен не более чем на половину емкости, то именно это и ведет к формированию и разрастанию эффекта памяти.
Правильными действиями будут такие: аккумулятор всегда следует разряжать почти полностью, и только после этого ставить на зарядку, тогда эффект памяти не разовьется, и в ярко выраженной форме себя не проявит.

Эффект памяти аккумулятора

При эксплуатации герметичного Ni-Cd аккумулятора отмечается феномен, который долгие годы вызывал беспокойство пользователей этих источников тока. Феномен получил название — эффект памяти.

Первоначально его наблюдали при специфических режимах циклирования — с малой глубиной разряда (не более 30% от состояния полной заряженности) аккумулятора.

В результате такой эксплуатации на разрядной кривой аккумулятора возникала вторая площадка более низкого напряжения, и емкость, которую можно было снять до момента достижения 1В, понижалась. При увеличении продолжительности циклирования в этом режиме площадка пониженного напряжения увеличивалась (сдвигалась влево).

Впоследствии любое уменьшение разрядного напряжения, наблюдаемое при длительном циклировании на небольшую глубину, стали называть «эффектом памяти», хотя механизмы, приводящие к такому эффекту, могли различаться.

Так как вопрос об «эффекте памяти» возникает у большинства потребителей источников тока разных систем, мы хотим обратить особое внимание на различие этих механизмов, приводящих к снижению напряжения аккумулятора.

В герметичных Ni-Cd аккумуляторах кадмиевый электрод имеет никелевую основу. Кроме того, в его активной массе присутствует некоторое количество оксидов никеля, которые входят в рецептуру или попадают в электрод в ходе технологического процесса его производства.

При циклировании аккумуляторов в кадмиевом электроде может образоваться интерметаллическое соединение Ni5Cd21 разряд которого совершается при потенциале на 150 мВ положительнее, чем разряд чистого кадмиевого электрода.

В результате этого на разрядной кривой Ni-Cd аккумулятора и появляется вторая площадка с более низким напряжением. Формирование этой площадки идет наиболее быстро при небольших токах заряда и ускоряется с повышением температуры.

Именно такая ситуация часто имеет место при использовании источников тока в буферном режиме. Неглубокое циклирование на верхнем уровне заряженности приводит к повышенному тепловыделению аккумулятора и быстрому росту содержания Ni5Cd21.

Уменьшение разрядного напряжения в результате накопления никелата кадмия не является необратимым. Разрушение Ni5Cd21 и восстановление начального состояния активной массы происходит при проведении нескольких разрядов до 1В, которые следует делать не реже 1 раза в месяц.

Если аккумулятор используется в режиме глубокого циклирования, этот эффект вообще не возникает.

Имеет место и другой механизм, который приводит к снижению разрядного напряжения, хоть и меньшему по величине по сравнению с описанным выше. Он связан с регулярными значительными перезарядами аккумуляторов.

На оксидно-никелевом электроде в этом случае образуется γ-фаза NiOOH, разрядный потенциал которого ниже на 50 мВ, чем у β-NiOOH. И разрядное напряжение аккумулятора понижается.

Эффект снижения разрядного напряжения аккумуляторов, связанный с действием их перезаряда, можно назвать ложным эффектом памяти.

Для того чтобы такой эффект не возникал, достаточно просто правильно контролировать заряд и не допускать продолжительных перезарядов, особенно при больших токах.

Следует добавить, что перезаряд к тому же способствует формированию крупных кристаллов в структуре электродов. Их рабочая поверхность уменьшается, и это ведет к уменьшению разрядной емкости. Укрупнение кристаллов в электродных массах происходит и при малых токах, которые имеют место в режиме компенсационного подзаряда. Поэтому долго держать аккумуляторы в таком режиме не рекомендуется.

При периодическом проведении разрядов никель-кадмиевых аккумуляторов до 1В происходит перестройка структуры активных масс.

Возвращение мелкопористой структуры приводит к увеличению рабочей поверхности электродов и повышению разрядной емкости аккумулятора.

Еще больший эффект разукрупнения кристаллов достигается при последующем доразряде до 0,5В малыми токами, а также при циклировании с зарядом знакопеременным током.

Но не стоит забывать что уменьшение емкости аккумуляторов происходит и в результате процессов деградации, которые происходят даже в не использующихся аккумуляторах.

В случаи использования содержимого сайта, необходимо ставить активные ссылки на данный сайт видимые посетителями и поисковыми роботами.

Литература

Эффект памяти аккумулятора

Друзья меня пугают каким-то «эффектом памяти» аккумулятора.Говорят, что из-за него аккумулятор долго не проживет.

Что это такое?
Под «эффектом памяти» понимается обратимая потеря ёмкости, имеющая место в некоторых типах электрических аккумуляторов при нарушении рекомендованного режима зарядки, в частности, при подзарядке не полностью разрядившегося аккумулятора.
Название связано с внешним проявлением эффекта: аккумулятор как будто «помнит», что в предыдущие циклы работы его ёмкость не была использована полностью, и при разряде отдаёт ток до «запомненной границы».

Причиной появления «эффекта» памяти является укрупнение кристаллических образований активного вещества аккумулятора и, как следствие, уменьшение площади активной поверхности его рабочего вещества.Это происходит, когда не полностью разряженный аккумулятор периодически подзаряжается до неполной зарядки.

Через какое-то время такого использования зарядить аккумулятор до определенного уровня становится очень сложно.Это значит, что со временем аккумулятор будет способен работать все меньшее количество времени между зарядками.

Оказывается не все типы аккумуляторов подвержены «эффекту памяти».Поэтому, рекомендуется вынуть аккумулятор из устройства и почитать, что на нем написано.

1. Типы аккумуляторов, подверженные «эффекту памяти»:
NiCd — никель-кадмиевый,NiMH — никель-металл-гидридный.
2. Типы аккумуляторов, не подверженные «эффекту памяти»:
Li-ion — литий-ионный,Li-pol — литий-полимерный.
Итак, «эффект памяти» свойственен только аккумуляторам на основе никеля, причем сильнее всего он проявляется в никель-кадмиевых аккумуляторах.

Если у вас аккумулятор первой группы, то избежать «эффекта памяти» можно, если соблюдать режим использования аккумулятора: доводить аккумулятор до почти полной разрядки и только после этого его заряжать вновь.Желательно также не превышать рекомендованные заводом-изготовителем режимы заряда и разряда.

Для предупреждения «эффекта памяти» при отсутствии специальных зарядных устройств можно порекомендовать заряд после как можно более полного разряда аккумулятора в устройстве.

Действие «эффекта памяти», в определённой мере, обратимо:«тренировка» аккумулятора, то есть несколько циклов заряда до максимально возможной ёмкости и последующего полного разряда может приводить к восстановлению максимальной ёмкости до исходного или близкого к нему уровня.

Очень хорошие результаты показывает метод заряда аккумуляторов переменным асимметричным током.Некоторые современные зарядные устройства имеют функцию «доразряда» аккумуляторов перед зарядкой.

При её активизации аккумулятор перед зарядкой подключается к нагрузке и рассеивает на ней остаток заряда.Блок зарядки включается только после того, как будет зафиксировано резкое падение тока через нагрузку, свидетельствующее о полном разряде.

Если у вас аккумулятор второй группы, т.е. литиевый, а они в настоящее время установлены в большинстве устройств, то про «эффект памяти» можно просто забыть.

Литиевые аккумуляторы сконструированы так, что внутри него установлен контроллер, который контролирует ток заряда, следит за состоянием батареи, перенапряжения, переразрядки, коротких замыканий, переполюсовки входного напряжения и т.д.

К сожалению это, не спасает от «дурака».
Поэтому существуют следующие правила:
— нужно стараться не доводить аккумулятор до минимального заряда и, тем более, до состояния, когда устройство само выключится, а если так случилось, то нужно зарядить аккумулятор как можно скорее.
— не нужно бояться частых подзарядок, в том числе и частичных, когда полный заряд не достигается — аккумулятору это не вредит.
— перезаряд вредит литиевым аккумуляторам не меньше, а даже больше, чем глубокий разряд, хотя контроллер, конечно, ограничивает максимальный уровень заряда.

— «тренировка» нового литиевого аккумулятора практически не имеет смысла.Для калибровки контроллера и собственного успокоения достаточно один-два раза полностью зарядить-разрядить новый аккумулятор.

— старайтесь избегать пользования устройства на сильном морозе.Конечно, если достать устройство из тёплого внутреннего кармана куртки и сделать пару заметок или звонков, а потом положить его обратно, проблем не будет.

— практика показывает, что литиевые аккумуляторы снижают свою ёмкость при уменьшении атмосферного давления (в высокогорье, в самолете).Вреда батареям это не приносит, но знать об этом следует.

— бывает, что после приобретения аккумулятора повышенной ёмкости (скажем, 2200 mAh вместо штатных 1100 mAh) устройство через пару дней пользования новым аккумулятором начинает странно себя вести: виснет, отключается, зарядка аккумулятора, вроде, происходит, но как-то странно, и т.п.Не исключено, что ваше зарядное устройство, которое с успехом работает на «родном» аккумуляторе, просто не в состоянии обеспечить достаточный ток зарядки аккумулятора большой ёмкости.

Выход — приобретение зарядного устройства с большим отдаваемым током, например, 2 ампера вместо прежнего 1 ампера.
— литиевые аккумуляторы повреждаются при заряде в «чужих» зарядных устройствах, а также при хранении в глубоко разряженном состоянии.

Однако и литиевые аккумуляторы имеют свои недостатки: возможное вздутие, зависимость от температуры среды во время использования, а также т.н. «эффект старения».«Эффект старения» выражается в том, что срок использования аккумулятора примерно 3 года, независимо от того используется он или нет.

Поэтому нет смысла экономить аккумулятор или покупать запасной.
В заключении о правильной зарядке аккумуляторов:

Для аккумуляторов на основе никеля (Ni-Cd, Ni-MH) однозначно действует правило — вначале полностью разрядить аккумулятор, потом полностью зарядить и повторить эту процедуру еще 2 раза.Подобную процедуру, полный заряд-разряд аккумуляторов, достаточно проводить один раз в 30-60 дней.

Цикл заряда литиевого аккумулятора состоит из двух этапов— вначале аккумулятор заряжается большим током почти до полного заряда, а потом производится финальная зарядка малым током.На первом этапе индикатор уровня заряда аккумулятора телефона показывает, что идет процесс зарядки аккумулятора.

Ход второго этапа индикатором уровня заряда аккумулятора, в подавляющем большинстве телефонов не отображается, так как считается, что он не столь важен.Достигнув полного заряда аккумулятора, встроенный в мобильник контроллер выключит поступление тока, несмотря на подключенное зарядное устройство.

Длительность каждого из этапов зависит от емкости конкретного аккумулятора, величины тока зарядного устройства.Средняя длительность каждого из этапов составляет 2-3 часа, а полный цикл зарядки — 4-6 часов.

Если мобильник не реагирует на подключенное зарядное устройство, а такое бывает при глубоко разряженном аккумуляторе, оставьте мобильное устройство с подключенным в электросеть зарядным устройством на несколько часов.Скорее всего, через 2-3 часа на экране появится символы зарядки и девайс можно будет включить.

Последние исследования швейцарского Института Пола Шеррера и Toyota Research в Японии показали, что широко используемый тип литий-ионных аккумуляторов всё-таки подвержен негативному «эффекту памяти».

С тех пор как литий-ионные аккумуляторы в девяностых годах начали вытеснять никель-кадмиевые, о существовании «эффекта памяти» стали забывать.

Долгое время считалось, что в аккумуляторах нового типа он полностью отсутствует.Однако проведённая недавно работа убедительно показала его наличие как минимум в самом распространённом виде АКБ — с катодом из литий-феррофосфата.

В настоящее время просматриваются два пути решения проблемы: внесение изменений в алгоритмы работы системы управления батареями и разработка катодов с увеличенной площадью поверхности.

✷

MHL, что это такое и как подключить

✷

Как ускорить процесс зарядки смартфона

Эффект памяти аккумулятора

В ходе эксплуатации никель-кадмиевых аккумуляторов была выявлена особенность, получившая название «эффект памяти». В дальнейшем эта особенность была выявлена и при использовании элементов питания других типов химии. Ее суть заключается в обратимой потери емкости, происходящей при определенных режимах перезарядки, в т. ч. при подзарядке частично разряженных элементов.

Аккумулятор будто запоминает, что в прошлый раз его емкость использовали не полностью, и в последующие разы отдает меньше энергии, т.е. его первоначальная емкость уменьшается.

Это явление усиливается при систематической подзарядке аккумуляторов из частично заряженного состояния, особенно на 50% или более.

У литий-ионных аккумуляторов эффект памяти есть, но не выражен, что выгодно отличает их от никель-кадмиевых и никель-металлгидридных элементов.

Физическое объяснение явления

С физической точки зрения эффект памяти появляется так: при систематической подзарядке аккумулятора из частично заряженного состояния кристаллы активного вещества в его структуре становятся крупнее.

В результате суммарная площадь активной рабочей поверхности аккума сокращается. Снижается и его способность запасать и отдавать энергию.

Предельно доступный ток элемента уменьшается, внутреннее сопротивление растет, а емкость – падает.

Если крупные кристаллы сильно засорят пространство между электродами, интенсивный саморазряд сделает аккумулятор неработоспособным.

С другой стороны, острые кристаллы могут повредить сепараторную перегородку, и аккумулятор станет непригодным для использования.

Избежать таких последствий помогает четкое соблюдение правил эксплуатации аккумуляторов, в т. ч. придерживаться рекомендованных производителем токов заряда и разряда.

Профилактика эффекта памяти

Новые аккумуляторы с выраженным эффектом памяти рекомендуется перед началом использования подвергнуть тренировке. Она заключается в разрядке и зарядке элементов питания 2–3 раза подряд. Такая тренировка помогает довести емкость аккумулятора до максимально возможного значения. Чтобы убрать проявления эффекта памяти в процессе эксплуатации аккумулятора, нужно около 10 циклов такой тренировки. В дальнейшем для подзарядки рекомендуется использовать зарядные устройства с функцией доразряда. Они вначале разряжают аккумулятор, а затем заряжают его.

Какие аккумуляторы имеют эффект памяти

Это явление характерно для всех элементов питания, но в разной степени:

у никель-кадмиевых – эффект памяти наиболее выражен;
у никель-металлгидридных – проявляется в меньшей степени;
у серебряно-цинковых – есть, но некритичен;
у литий-ионных – ничтожно мал, поэтому Li-ion элементы питания часто называют аккумуляторами без эффекта памяти.

У литий-ионных элементов относительное отклонение в напряжении не превышает нескольких единиц на тысячу. Поэтому снижение первоначальной емкости в ходе их эксплуатации связано не с эффектом памяти, а с процессом естественной деградации. Ее ускоряют такие факторы как глубокий разряд и эксплуатация элементов при высоких температурах.

В производственных масштабах для замедления процесса деградации литиевых батарей используются электролитические добавки, электроды из стабильных кристаллических структур, стабильные электролиты. Ученые работают над созданием более совершенных аккумуляторов, но на сегодняшний день лидерами по всем характеристикам остаются литиевые элементы питания.

Читайте в нашей предыдущей статье о том, как восстановить пальчиковые аккумуляторы.

Литий-ионные аккумуляторы оказались подвержены «эффекту памяти» | Компьютерра

«Эффект памяти» в литий-ионном аккумуляторе при 50% уровне заряда (изображение: Nature)

Исследование крайне актуально в связи с увеличением доли рынка гибридных автомобилей и электромобилей, в которых литиевые батареи эксплуатируются в довольно жёстких условиях. Особенно это касается гибридных силовых установок, использующих каждый импульс торможения для быстрой подзарядки аккумуляторов током большой силы.

Реклама на Компьютерре

Соавтор исследования профессор Пётр Новак (фото: Scanderbeg Sauer)

Если она не будет полностью заряжена, то на катоде останется некоторое число частиц, близких к пограничному состоянию. Они практически достигли барьера высвобождения ионов лития, но не успели его преодолеть.

В настоящее время просматриваются два пути решения проблемы: внесение изменений в алгоритмы работы системы управления батареями и разработка катодов с увеличенной площадью поверхности.

Эффект памяти — Memory effect

Эффект памяти , также известный как эффект батареи , ленивым эффект батареи , или память батареи , является эффект , наблюдаемый в никель-кадмиевых и никель-металлогидридных аккумуляторов , что приводит к их держать меньше заряда. Он описывает ситуацию , в которой никель-кадмиевые батареи постепенно теряют свою максимальную мощность энергии , если они многократно заряжаются после того , как только частично разряжен. Батарея появляется «помнить» меньшую емкость.

Правда эффект памяти

Термин «память» происходил из авиационно — космического применения никель-кадмиевых , в которых клетки были повторно сбрасываемых до 25% имеющейся емкости (плюс или минус 1%) путем требовательный контроль компьютера, а затем заряжается до 100% емкости без перезаряда. Этот долгосрочный, повторяющийся цикл régime, без предоставления для перезаряда, привел к потере мощности за точкой разряда 25%. Правда память не может существовать , если имеет место какой — либо один из следующих условий:

батареи достичь полного перезаряда.
разряд не точно такой же, каждый цикл, в пределах плюс или минус 3%
разряд до менее чем 1,0 вольт на клетку

Правда памяти эффект специфичен для спеченного-пластинчатых никель-кадмиевых элементов, и чрезвычайно трудно воспроизвести, особенно в более низких ампер-час клеток.

В одном конкретной тестовой программе , предназначенной для индукции эффекта, ни один не было найдено после более чем 700 точно контролируемых циклов зарядки / разрядки. В программе, спирально наматывают использовали один ампер-час клетки.

В последующей программы, 20-ампер-час клетки авиакосмической типа были использованы на подобном тестовом режиме. Эффекты памяти обнаружились после нескольких сотен циклов.

Другие проблемы, воспринимаемые как эффект памяти

Явления, которые не являются истинными эффекты памяти также может возникать в других, чем спеченные пластины никель-кадмиевых элементов типов батарей.

Временные эффекты

снижение напряжения в связи с долгосрочной чрезмерной зарядки

Общий процесс часто приписываются эффект памяти является депрессией напряжения. В этом случае максимальное напряжение батареи падает быстрее , чем обычно , поскольку он используется, даже при том , что полная энергия остается почти такой же.

В современном электронном оборудовании , которое контролирует напряжение для индикации заряда батареи, батареи , кажется, осушение очень быстро. Для пользователя, он появляется батарея не держит его полный заряд, который , кажется , похож на эффект памяти.

Это общая проблема с высокой нагрузкой устройств , таких как цифровые камеры и сотовые телефоны.

Напряжение депрессии вызвано повторяется чрезмерной зарядки батареи, что приводит к образованию мелких кристаллов электролита на пластинах. Они могут засорить пластины, повышая устойчивость и снижая напряжение некоторых отдельных ячеек в батарее.

Это приводит к тому , батареи в целом , кажется, быстро выполнять , как эти отдельные клетки разряда быстро и напряжение аккумуляторной батареи в целом внезапно падает.

Этот эффект очень часто, так как потребительские зарядные устройства струйки , как правило , завышенные.

Ремонт

Эффект может быть преодолен путем воздействия на каждую клетку батареи к одному или более глубоким циклам заряда / разряда. Это должно быть сделано для отдельных клеток, а не мульти-элементной батареи; в батарее, некоторые клетки могут выполнять перед другими, они затем подвергают обратный ток зарядки от остальных клеток, что приводит к необратимому повреждению.

Высокие температуры

Высокие температуры могут также уменьшить заряженное напряжение и заряд принимается клетками.

Другие причины

Операция ниже 32 ° F (0 ° C)
Высокие скорости разряда (выше 5 ° С) в батарее специально не предназначенные для такого использования
Недостаточное время зарядки
Дефектный зарядное устройство

Постоянная потеря мощности

глубокий разряд

Некоторые аккумуляторы могут быть повреждены при многократном глубоком разряде. Батареи состоят из нескольких аналогичных, но не идентичных, клеток. Каждая ячейка имеет свой собственный потенциал заряда.

По мере того как батареи в целом будучи глубоко разряжен, клетка с наименьшей мощностью может достигать нулевой заряд и будет «обратный заряд», как и другие клетки продолжают, чтобы заставить ток через него.

В результате потери мощности часто приписывается эффекту памяти.

пользователи батареи могут попытаться избежать эффекта памяти надлежащего путем полного выполнения ими своих аккумуляторных батарей. Эта практика может причинить больше вреда, как одна из ячеек будет глубоко разряжен. Ущерб сосредоточено на самой слабой клетки, так что каждый дополнительный полный разряд будет вызывать все больше и больше повреждения этой клетки.

Возраст и использование нормального истекшего срока эксплуатации

Все аккумуляторные батареи имеют ограниченный срок эксплуатации и постепенно теряют емкость , поскольку они стареют из — за вторичные химические реакции в аккумуляторе ли она или нет. Некоторые клетки могут не раньше , чем другие, но эффект заключается в снижении напряжения батареи.

Литиевые батареи имеют один из самой длинной холостой жизни любого строительства. К сожалению, количество рабочих циклов остается достаточно низкой приблизительно 400-1200 полных циклов зарядки / разрядки.

Срок службы литиевых батарей уменьшается при более высокой температуре , и заявляет стоимость (SoC), используется ли или нет; максимальный срок службы литиевых элементов , когда он не используется (хранение) достигается за счет холодильного (без замораживания) загружают в 30% -50% SoC.

Для предотвращения переразряд батареи должна быть доведена до комнатной температуры и заряжаться до 50% SoC один раз в шесть месяцев или один раз в год

источники

Перезаряжаемые Батарейки Приложение Справочник от Gates Energy Products, опубликованного с 1992 года 10 апреля.

внешняя ссылка

Статьи

В мире аккумуляторных электроинструментов литий-ионная технология сравнима с квантовым скачком скачком в физике.

В мире аккумуляторных электроинструментов литий-ионная технология сравнима с квантовым скачком скачком в физике. Если раньше аккумуляторные инструменты имели недостатки, заключавшиеся в относительно низком уровне заряда и значительном падении мощности после нескольких циклов зарядки, то с появлением литий-ионной технологии эти отрицательные свойства ушли в прошлое.

За счёт более высокой плотности энергии вес литий-ионных аккумуляторов Bosch на 60 % меньше, стандартных аккумуляторов (NiCd/NiMH), при сохранении аналогичной мощности.

За счёт более высокой плотности энергии вес литий — ионных аккумуляторов Bosch на 60 % меньше , чем у стандартных аккумуляторов (NiCd/NiMH), при сохранении аналогичной мощности.

Одним их главных преимуществ литий — ионных аккумуляторов является высокая плотность энергии . Плотность энергии описывает количество энергии по отношению к массе аккумулятора . По сравнению с никель — металлогидридными ( NiMH ) и никель — кадмиевыми ( NiCd ) аккумуляторами плотность энергии литий — ионных аккумуляторов может быть в два раза выше.

Это означает, что при установке Li — Ion аккумулятора с одним и тем же электроинструментом можно работать вдвое дольше, чем с Ni — Mh аккумулятором. Располагая большим запасом мощности , литий — ионный аккумулятор имеет второе неоспоримое преимущество: он не обладает эффектом памяти и имеет крайне низкий саморазряд.

На практике это означает, что после каждой зарядки в вашем распоряжении будет полная емкость аккумулятора.

В отличие от этого никель — кадмиевые аккумуляторы имеют эффект памяти. Это означает потерю мощности, которая возникает при частой подзарядке аккумулятора не в полном объёме .

Аккумулятор как бы « запоминает » расход энергии и со временем вместо необходимого ( первоначального ) состояния заряжается до того уровня , который был достигнут при разрядке.

Это означает снижение полезной ёмкости аккумулятора .

Нерегулярная зарядка никель-кадмиевых аккумуляторов может привести к потере 30% их ёмкости. У литий-ионных аккумуляторов этот эффект отсутствует. Литий-ионный аккумулятор Bosch можно заряжать в любое время вне зависимости от степени его заряженности без угрозы повреждения аккумуляторных элементов.

У никель — металлогидридных аккумуляторов эффект памяти не столь выражен, как у никель — кадмиевых аккумуляторов, но они чувствительно реагируют на перегрузку или глубокую разрядку. При этом происходит то же самое, что и в случае эффекта памяти: значительное снижение ёмкости аккумулятора.

Нерегулярная зарядка никель — кадмиевых аккумуляторов может привести к потере 30% их ёмкости. У литий — ионных аккумуляторов этот эффект отсутствует. Литий — ионный аккумулятор Bosch можно заряжать в любое время вне зависимости от степени его заряженности без угрозы повреждения аккумуляторных элементов.

В литий — ионной технике, которую Bosch использует для своих электроинструментов, акцент делается на две дополнительные технологии, которые, с одной стороны, защищают аккумулятор, с другой — обеспечивают исключительно быстрый и бережный процесс зарядки.

При этом система ECP (Electronic Cell Protection) гарантирует защиту аккумуляторных элементов от перегрузки и перегрева.

Специальный способ зарядки литий — ионных аккумуляторов Hyper Charge защищает их элементы от перегрузки. Такой способ зарядки позволяет подзаряжать аккумулятор на 75% за половину цикла зарядки.

Обе вышеназванные технологии обеспечивают увеличение срока службы литий — ионных аккумуляторов Bosch на 400%, а также гарантируют их неизменно высокую ёмкость и тем самым оптимальную продолжительность работы аккумуляторного электроинструмента.

Подготовлено с использованием материалов компании Bosch .

С уважением, «Master House»

все статьи

Эффект памяти в батареях: что это такое и как его предотвратить

Эффект памяти, эффект ленивой батареи или память батареи могут возникнуть, если батарея повторно заряжается до того, как вся ее запасенная энергия будет исчерпана. Это, в свою очередь, заставит аккумулятор «запомнить» сокращение срока службы. При следующем использовании вы можете заметить значительно меньшее время работы. Обычно на саму производительность это не влияет.

Настоящий эффект памяти в сравнении с аналогичными проблемами

Эффект памяти наблюдается в (перезаряжаемых) никель-кадмиевых и никель-металлических гибридных батареях.Однако настоящий эффект памяти возникает лишь изредка. Чаще всего аккумулятор может показывать эффекты, которые просто похожи на «настоящий» эффект памяти. Главное отличие? Часто это временное явление, и его можно исправить при правильном уходе за батареей, то есть батарея по-прежнему пригодна для использования.

Чтобы восстановить временную потерю емкости, вам может потребоваться полностью разрядить аккумулятор, оставив его в фонаре. Как только это произойдет, обязательно зарядите аккумулятор. Не перезаряжайте аккумулятор, так как это может привести к повреждению аккумулятора.Умные зарядные устройства могут помочь обеспечить необходимое количество энергии для достижения оптимальной емкости.

Эффект памяти на батареях Panasonic eneloop

Однако вам не нужно беспокоиться об эффекте памяти в батареях Panasonic eneloop. Поскольку напряжение eneloop выше, чем у обычных никель-металлгидридных аккумуляторов, всегда остается достаточное напряжение. Таким образом, в батареях eneloop практически отсутствует эффект памяти. Таким образом, вы можете заряжать аккумуляторы в любой момент, когда считаете нужным.

В случае сомнений или если вы хотите быть на 100% уверенным, что аккумулятор полностью заряжен, вы всегда можете использовать функцию «обновления» на зарядном устройстве eneloop. Это полностью разрядит аккумулятор и наполнит его новым зарядом.

Эффект памяти теперь также присутствует в литий-ионных батареях

Профессор Петр Новак, руководитель отдела электрохимического накопления энергии и соавтор этого исследования. Предоставлено: фотография Скандербега Зауэра.

Литий-ионные батареи

— это высокопроизводительные накопители энергии, используемые во многих коммерческих электронных устройствах.Конечно, они могут хранить большое количество энергии в относительно небольшом объеме. Ранее также считалось, что они не обладают эффектом памяти. Так специалисты называют отклонение рабочего напряжения аккумулятора, вызванное неполной зарядкой или разрядкой, которое может привести к тому, что будет доступна только часть накопленной энергии, и не сможет надежно определить уровень заряда аккумулятора. Однако ученые из Института Пауля Шеррера PSI вместе с коллегами из исследовательских лабораторий Toyota в Японии обнаружили, что широко используемый тип литий-ионной батареи обладает эффектом памяти.Это открытие имеет особенно большое значение для достижений в использовании литий-ионных аккумуляторов на рынке электромобилей. Работа опубликована сегодня в научном журнале Nature Materials.

Многие из наших повседневных устройств, которые питаются от батареи, хотя и не всегда такие «умные», как их описывают в рекламе, часто оснащены своего рода памятью.Например, бритва с батарейным питанием или электрическая зубная щетка, которую заряжают до того, как батарея разрядится, позже могут отомстить расчетливому пользователю. Батарея, кажется, помнит, что вы использовали только часть ее емкости — и в конечном итоге больше не выдает ее полную энергию. Эксперты называют это «эффектом памяти», который возникает из-за того, что рабочее напряжение аккумулятора со временем падает из-за неполных циклов зарядки-разрядки. Это означает, что, несмотря на то, что батарея все еще разряжена, подаваемое ею напряжение иногда оказывается слишком низким для работы рассматриваемого устройства.Таким образом, эффект памяти имеет два отрицательных последствия: во-первых, снижается полезная емкость аккумулятора, а во-вторых, изменяется корреляция между напряжением и состоянием заряда, поэтому последнее не может быть надежно определено на основе напряжения. Давно известно, что эффект памяти существует в никель-кадмиевых и никель-металлогидридных батареях. С тех пор, как литий-ионные аккумуляторы начали успешно продаваться в 1990-х годах, существование эффекта памяти в этом типе аккумуляторов было исключено.Неправильно, как показывает это новое исследование.

Последствия эффекта памяти для электромобилей и гибридных автомобилей

Эффект памяти и связанное с ним аномальное отклонение рабочего напряжения теперь подтверждены для одного из наиболее распространенных материалов, используемых в качестве положительного электрода в литий-ионных батареях, — фосфата лития-железа (LiFePO4). В случае фосфата лития и железа напряжение практически не изменяется в большом диапазоне состояния заряда. Это означает, что даже небольшая аномалия рабочего напряжения может быть неверно истолкована как серьезное изменение состояния заряда.Или, другими словами: когда состояние заряда определяется по напряжению, большая ошибка может быть вызвана небольшим отклонением напряжения. Наличие эффекта памяти особенно актуально в контексте ожидаемых шагов по использованию литий-ионных батарей в секторе электромобильности. В частности, в гибридных автомобилях эффект может возникать во время многих циклов зарядки / разрядки, которые происходят во время их нормальной работы. В таких транспортных средствах аккумулятор частично перезаряжается во время каждой операции торможения двигателем, работающим в режиме генератора.Он, в свою очередь, разряжается, и обычно только частично, чтобы помочь двигателю на фазах разгона. Как показывает это новое исследование, многочисленные последовательные циклы частичной зарядки и разрядки приводят к отдельным небольшим эффектам памяти в сумме с большим эффектом памяти. Это приводит к ошибке в оценке текущего состояния заряда батареи в тех случаях, когда состояние заряда рассчитывается программным обеспечением на основе текущего значения напряжения.

Как возникает эффект памяти: эффект «памяти» батареи «записывается» в цикле с частичной зарядкой (здесь 50 процентов емкости аккумулятора) с последующей полной разрядкой.В последующем цикле эффект памяти проявляется в перенапряжении (небольшая «выпуклость») точно в той же точке, в которой заканчивается цикл частичной зарядки. В крайнем правом углу для сравнения показана нормальная кривая напряжения. Предоставлено: Nature Publishing Group.

Почему возникает эффект памяти

Исследователи идентифицируют микроскопический механизм, стоящий за процессами зарядки и разрядки, как основную причину эффекта памяти, который сейчас обнаруживается в литий-ионных батареях.Материал электрода — в данном случае фосфат лития-железа (LiFePO4) — состоит из большого количества мелких частиц микрометрового размера, которые заряжаются и разряжаются по отдельности одна за другой. Исследователи называют эту модель зарядки и разрядки «моделью многих частиц». Зарядка происходит частица за частицей и включает высвобождение ионов лития. Таким образом, полностью заряженная частица не содержит лития и содержит только фосфат железа (FePO4). Разряд, в свою очередь, включает повторное включение атомов лития в частицы электрода, так что фосфат железа (FePO4) снова становится фосфатом лития-железа (LiFePO4).Изменения количества лития, связанные с зарядкой и разрядкой, вызывают изменение химического потенциала отдельных частиц, что, в свою очередь, изменяет напряжение батареи. Однако зарядка и разрядка не являются линейными процессами. Во время зарядки сначала увеличивается химический потенциал с постепенным высвобождением ионов лития. Но затем частицы достигают критического значения содержания лития (и химического потенциала). В этот момент происходит резкий переход: частицы очень быстро отдают оставшиеся ионы лития, но не могут изменить свой химический потенциал.Это переход, который объясняет, почему напряжение батареи практически не меняется в широком диапазоне (плато напряжения).

Микроскопический механизм, лежащий в основе эффекта памяти в соответствии с «моделью многих частиц». Химический потенциал частиц сначала неуклонно растет, поскольку частицы выделяют ионы лития (рис. B). Достигнув точки B (химический потенциальный барьер), частицы отдают оставшиеся ионы лития и затем полностью заряжаются (рис.в). Частицы проходят через барьер одна за другой, но не все одновременно. После частичной зарядки часть частиц возвращается к передней части преграды (рис. D). Затем эти частицы «скользят по склону», так что термодинамическое равновесие восстанавливается. Теперь установлено разделение частиц на богатые литием и бедные литием. Это разделение сохраняется даже после полной разрядки аккумулятора (рис. E и f). Во время следующего цикла зарядки эта группа частиц с низким содержанием лития пересечет барьер.Необходима дополнительная работа, чтобы переместить вторую, «задержанную» группу частиц с низким содержанием лития через барьер. Это выражается в перенапряжении, которое является индикатором эффекта памяти. Предоставлено: Nature Publishing Group.

Граница между «богатыми» и «бедными»

Существование этого потенциального барьера жизненно важно для проявления эффекта памяти. Как только первые частицы преодолели потенциальный барьер и стали свободными от лития, совокупность электродных частиц разделяется на две группы.Другими словами: теперь существует четкое различие между частицами с высоким содержанием лития и частицами с низким содержанием лития (см. Рисунок). Если аккумулятор заряжен не полностью, определенное количество частиц с высоким содержанием лития, которые не прошли через барьер, останется. Эти частицы недолго остаются на краю преграды, потому что это состояние нестабильно, и они будут «скатываться по склону», то есть их химический потенциал будет уменьшаться. Даже когда аккумулятор снова разряжен и все частицы остановятся перед барьером, это разделение на две группы будет сохраняться.И вот решающий момент: во время следующего процесса зарядки первая группа (частицы с низким содержанием лития) преодолеет барьер первой, а вторая группа (богатая литием) «отстанет». Для того, чтобы «задержанная» группа преодолела барьер, их химический потенциал должен быть увеличен, и именно это вызывает перенапряжение («выпуклость» на графике), которое характеризует эффект памяти. Эффект памяти, таким образом, является следствием разделения популяции частиц на две группы с очень разными концентрациями лития, за которыми следуют частицы, «перепрыгивающие» через потенциальный барьер одна за другой.Это перенапряжение, через которое заметен эффект, равно дополнительной работе, которую необходимо совершить, чтобы перенести частицы, отставшие после частичного заряда, через потенциальный барьер.

Ожидание исчезновения памяти

Время, которое проходит между зарядкой и разрядкой аккумулятора, играет важную роль в определении состояния аккумулятора в конце этих процессов. Зарядка и разрядка — это процессы, которые изменяют термодинамическое равновесие батареи, и это равновесие может быть достигнуто через некоторое время.Ученые обнаружили, что достаточно продолжительный период простоя можно использовать для стирания эффекта памяти. Однако в соответствии с моделью многих частиц это происходит только при определенных условиях. Эффект памяти исчезал только при достаточно продолжительном ожидании после цикла частичной зарядки с последующей полной разрядкой. В таких случаях две группы частиц по-прежнему были разделены после полного разряда, но находились на одной стороне потенциального барьера. Таким образом, разделение исчезло, поскольку частицы достигли состояния равновесия, в котором все они имели одинаковое содержание лития.Однако эффект памяти сохранялся, если вы ждали после частичной зарядки и до неполной разрядки. Здесь частицы находились по разные стороны от потенциального барьера, и это предотвращало обратное их деление на «богатые литием» и «бедные литием».

По словам Петра Новака, руководителя отдела электрохимического накопления энергии PSI и соавтора публикации, исследование опровергает давно заветное заблуждение: «Наше исследование — первое, в котором специально исследовался эффект памяти в литий-ионных системах. батареи.Просто предполагалось, что такого эффекта не будет «. Получение знаний посредством исследования часто представляет собой плодотворное сочетание предположений и усердия:» Наше открытие является результатом сочетания критического исследования и тщательного наблюдения. На самом деле эффект крошечный: относительное отклонение напряжения составляет всего несколько частей на тысячу. Но ключевым моментом была идея вообще его искать. Обычные тесты батареи обычно проводятся глубоко, а не циклы частичной зарядки / разрядки. Таким образом, потребовалась вспышка вдохновения, чтобы спросить, что вообще может произойти во время частичной зарядки.

Однако это недавнее открытие не последнее слово в отношении будущего использования литий-ионных аккумуляторов в транспортных средствах. По словам Новака, действительно вполне возможно, что эффект может быть обнаружен и учтен за счет грамотной адаптации программного обеспечения в системах управления батареями. Если это окажется успешным, эффект памяти не станет препятствием для надежного и безопасного использования литий-ионных батарей в электромобилях. Итак, теперь перед инженерами стоит задача найти правильный способ обращения со специфической памятью батарей.

Аккумуляторы Nanoball могут заряжать электромобили за 5 минут

Дополнительная информация:
Sasaki, T., Ukyo, Y. и Novak, P. Nat. Материалы, предварительная онлайн-публикация. DOI: 10.1038 / nmat3623

Предоставлено
Институт Пауля Шеррера

Цитата:
Эффект памяти теперь также присутствует в литий-ионных батареях (2013 г., 15 апреля)
получено 23 марта 2021 г.
с https: // физ.org / news / 2013-04-memory-effect-lithium-ion -atteries.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие
часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

Эффект памяти теперь также присутствует в литий-ионных батареях — ScienceDaily

Из-за высокой плотности энергии литий-ионные батареи используются во многих коммерческих электронных приборах.Также считается, что они не обладают эффектом памяти. Именно так специалисты называют отклонение напряжения батареи, которое может ограничить использование накопленной энергии, а также возможность надежно определить состояние заряда батареи. Однако ученые из Института Пола Шеррера PSI и Toyota Central R&D Labs, Inc. в Японии обнаружили эффект памяти в литий-ионной батарее. Этот вывод особенно важен для использования литий-ионных аккумуляторов на рынке электромобилей.

Работа опубликована сегодня в научном журнале Nature Materials.

Многие из наших повседневных устройств, которые питаются от аккумулятора, хотя и не всегда такие «умные», как их описывают в рекламе, часто оснащены своего рода памятью. Например, бритва с батарейным питанием или электрическая зубная щетка, которую заряжают до того, как батарея разрядится, позже могут отомстить расчетливому пользователю. Батарея, кажется, помнит, что вы использовали только часть ее емкости — и в конечном итоге больше не выдает ее полную энергию.Эксперты называют это «эффектом памяти», который возникает из-за того, что рабочее напряжение аккумулятора со временем падает из-за неполных циклов зарядки-разрядки. Это означает, что, несмотря на то, что батарея все еще разряжена, подаваемое ею напряжение иногда оказывается слишком низким для работы рассматриваемого устройства. Таким образом, эффект памяти имеет два отрицательных последствия: во-первых, снижается полезная емкость аккумулятора, а во-вторых, изменяется корреляция между напряжением и состоянием заряда, поэтому последнее не может быть надежно определено на основе напряжения.

Давно известно, что эффект памяти присутствует в никель-кадмиевых и никель-металлогидридных батареях. С тех пор, как литий-ионные аккумуляторы начали успешно продаваться в 1990-х годах, существование эффекта памяти в этом типе аккумуляторов было исключено. Неправильно, как показывает это новое исследование.

Последствия эффекта памяти для электромобилей и гибридных транспортных средств

Наличие эффекта памяти особенно актуально в контексте ожидаемых шагов по использованию литий-ионных батарей в секторе электромобилей.В частности, в гибридных автомобилях эффект может возникать во время многих циклов зарядки / разрядки, которые происходят во время их нормальной работы. В таких транспортных средствах аккумулятор частично перезаряжается во время каждой операции торможения двигателем, работающим в режиме генератора. Он, в свою очередь, разряжается, и обычно только частично, чтобы помочь двигателю на фазах разгона. Как показывает это новое исследование, многочисленные последовательные циклы частичной зарядки и разрядки приводят к отдельным небольшим эффектам памяти в сумме с большим эффектом памяти.Это приводит к ошибке в оценке текущего состояния заряда батареи в тех случаях, когда состояние заряда рассчитывается программным обеспечением на основе текущего значения напряжения.

Микроскопическое объяснение

Исследователи также изучили причины эффекта памяти на микроскопическом уровне. Материал электрода — в данном случае фосфат лития-железа (LiFePO ₄) — состоит из большого количества мелких частиц микрометрового размера, которые заряжаются и разряжаются по отдельности одна за другой.Исследователи называют эту модель зарядки и разрядки «моделью многих частиц». Зарядка происходит частица за частицей и включает высвобождение ионов лития. Таким образом, полностью заряженная частица не содержит лития и содержит только фосфат железа (FePO ₄). Разряд, в свою очередь, включает повторное включение атомов лития в частицы электрода, так что фосфат железа (FePO ₄) снова становится фосфатом лития-железа (LiFePO ₄). Изменения количества лития, связанные с зарядкой и разрядкой, вызывают изменение химического потенциала отдельных частиц, что, в свою очередь, изменяет напряжение батареи.Однако зарядка и разрядка не являются линейными процессами. Во время зарядки сначала увеличивается химический потенциал с постепенным высвобождением ионов лития. Но затем частицы достигают критического значения содержания лития (и химического потенциала). В этот момент происходит резкий переход: частицы очень быстро отдают оставшиеся ионы лития, но не могут изменить свой химический потенциал. Это переход, который объясняет, почему напряжение батареи практически не меняется в широком диапазоне (плато напряжения).

Барьер между «богатыми» и «бедными»

Существование этого потенциального барьера жизненно важно для проявления эффекта памяти. Как только первые частицы преодолели потенциальный барьер и стали свободными от лития, совокупность электродных частиц разделяется на две группы. Другими словами: теперь существует четкое различие между частицами с высоким содержанием лития и частицами с низким содержанием лития (см. Рисунок). Если аккумулятор заряжен не полностью, определенное количество частиц с высоким содержанием лития, которые не прошли через барьер, останется.Эти частицы недолго остаются на краю преграды, потому что это состояние нестабильно, и они будут «скользить по склону», то есть их химический потенциал будет уменьшаться. Даже когда аккумулятор снова разряжен и все частицы остановятся перед барьером, это разделение на две группы будет сохраняться. И вот ключевой момент: во время следующего процесса зарядки первая группа (частицы с низким содержанием лития) преодолеет барьер первой, а вторая группа (богатая литием) «отстанет».«Чтобы« задержанная »группа преодолела барьер, их химический потенциал должен быть увеличен, и именно это вызывает перенапряжение (« выпуклость »на графике), которое характеризует эффект памяти. Таким образом, эффект памяти является Это следствие разделения популяции частиц на две группы с очень разными концентрациями лития, за которыми следуют частицы, «прыгающие» через потенциальный барьер одна за другой. Это перенапряжение, через которое заметен эффект, равно дополнительная работа, необходимая для переноса частиц, отставших после частичного заряда, через потенциальный барьер.

Подождите, пока память не исчезнет. Время, которое проходит между зарядкой и разрядкой аккумулятора, играет важную роль в определении состояния аккумулятора в конце этих процессов. Зарядка и разрядка — это процессы, которые изменяют термодинамическое равновесие батареи, и это равновесие может быть достигнуто через некоторое время. Ученые обнаружили, что достаточно продолжительный период простоя можно использовать для стирания эффекта памяти. Однако в соответствии с моделью многих частиц это происходит только при определенных условиях.Эффект памяти исчезал только при достаточно продолжительном ожидании после цикла частичной зарядки с последующей полной разрядкой. В таких случаях две группы частиц по-прежнему были разделены после полного разряда, но находились на одной стороне потенциального барьера. Таким образом, разделение исчезло, поскольку частицы достигли состояния равновесия, в котором все они имели одинаковое содержание лития. Однако эффект памяти сохранялся, если вы ждали после частичной зарядки и до неполной разрядки.Здесь частицы находились по разные стороны от потенциального барьера, и это предотвращало обратное их деление на «богатые литием» и «бедные литием».

По словам профессора Петра Новака, руководителя отдела электрохимического накопления энергии PSI и соавтора публикации, это исследование опровергает давно заветное заблуждение: «Наше исследование — первое, в котором специально был изучен эффект памяти в литиевых сплавах. ионные батареи Просто предполагалось, что такого эффекта не будет.«Получение знаний посредством исследования часто представляет собой плодотворное сочетание предположений и усердия»: «Наши выводы являются результатом сочетания критического исследования и тщательного наблюдения. На самом деле эффект крошечный: относительное отклонение напряжения составляет всего несколько частей на тысячу. Но ключевым моментом была идея вообще его искать. Обычные тесты батареи обычно проводятся глубоко, а не циклы частичной зарядки / разрядки. Таким образом, потребовалась вспышка вдохновения, чтобы спросить, что вообще может произойти во время частичной зарядки.

Однако это недавнее открытие не последнее слово в отношении будущего использования литий-ионных аккумуляторов в транспортных средствах. По словам Новака, действительно вполне возможно, что эффект может быть обнаружен и учтен за счет грамотной адаптации программного обеспечения в системах управления батареями. Если это окажется успешным, эффект памяти не станет препятствием для надежного использования литий-ионных батарей в электромобилях. Итак, теперь перед инженерами стоит задача найти правильный способ обращения со специфической памятью батарей.

Box В соответствии с описанной здесь моделью многих частиц зарядка и разрядка аккумулятора происходит по частям. В этом контексте под частицами мы подразумеваем своего рода «крупинки». Это означает, что материал (LiFePO ₄) не является «единым целым», а скорее представляет собой совокупность зерен, у каждой из которых номинально одинакова кристаллическая структура, но гранулы имеют незначительные различия. по размеру, форме или ориентации. Это типичная структура порошков.Технически их называют «кристаллитами». Можно представить их как лежащие бок о бок кубики примерно одинакового размера. Каждый куб будет немного повернут относительно своих соседей, то есть кубики не выровнены строго, но кристаллическая структура (кубическая форма) одинакова для всех.

Эффект памяти батареи NiCd

»Примечания к электронике

Эффект памяти был ограничивающим фактором для никель-кадмиевых аккумуляторов в некоторых приложениях.

Аккумуляторная технология Включает:
Обзор аккумуляторной технологии
Определения и термины батареи
NiCad
NiMH
Литий-ионный
Свинцово-кислотные

Никель-кадмиевый аккумулятор

включает в себя:
NiCad зарядка
Эффект памяти NiCad

Никель-кадмиевые, никель-кадмиевые перезаряжаемые элементы были подвержены эффекту, известному как эффект памяти.

Эффект памяти NiCd затронул клетки, которые многократно разряжались лишь частично. В результате после нескольких частичных разрядов батарея разряжалась только до того уровня, на котором она разряжалась повторно.

Эффект памяти был очевиден в приложениях, где NiCd использовался в приложениях, где он действовал в качестве резервного аккумулятора. При нормальных обстоятельствах использовалась сеть или другой источник питания, но неоднократно элемент частично разряжался, когда питание от сети было недоступно, а затем он перезаряжался.

Считалось, что эффект был впервые замечен на спутниках, где использовалось Солнце, когда оно было доступно, но никель-кадмиевые батареи использовались, когда спутник проходил над темной стороной Земли. Соответственно, батареи неоднократно частично разряжались, а затем сразу же снова заряжались без полного разряда. Вскоре было обнаружено, что их общая емкость уменьшилась, поскольку они «запомнили» количество, на которое они обычно разряжались.

Для большинства обычных приложений эффект памяти NiCd не является серьезной проблемой, хотя он помогает, если элемент периодически проходит полный цикл, гарантируя, что он полностью разряжен.Если элементы содержатся в более крупной батарее, полезно разрядить их отдельно (если возможно), так как это гарантирует, что ни одна из отдельных ячеек не будет заряжена в обратном направлении, поскольку некоторые элементы будут содержать немного больше заряда, чем другие. Периодически выполняя полный цикл разрядки / зарядки, это может помочь уменьшить эффект памяти NiCd, если он подозревается.

Другие электронные компоненты: Резисторы
Конденсаторы
Индукторы
Кристаллы кварца
Диоды
Транзистор
Фототранзистор
Полевой транзистор
Типы памяти
Тиристор
Разъемы
Разъемы RF
Клапаны / трубки
Аккумуляторы
Переключатели
Реле

Вернуться в меню «Компоненты».. .

Ужасающий эффект памяти в аккумуляторных батареях

Оригинальная статья «Часто задаваемые вопросы о NiCd», опубликованная Д. Бушонгом, OPEN / image Recognition Products, написанная К. А. Нисимура (KO6AF), первоначально озаглавленная «Некоторые споры о никель-кадмиевых батареях». Обновлено и используется с разрешения P. Parry, WPP Ltd., Hemel Hempstead, UK. Добавил Research International.

Существует ли эффект памяти? Нет в литий-ионном аккумуляторе Research International.И да и нет. «Настоящий» эффект памяти, о котором сообщается в некоторых космических приложениях, и вызываемый постоянным зарядом частично разряженного элемента, почти наверняка никогда не наблюдается в батареях мобильных телефонов или любых других наземных службах, за исключением некоторых очень необычных обстоятельств.

Гораздо чаще наблюдается эффект, правильно называемый понижением напряжения, который люди теперь склонны называть «эффектом памяти». Это немного прискорбно, поскольку причина (и лечение) отличается от истинного эффекта памяти.Подробности читайте на:

Во-первых, термин «эффект памяти» совершенно ненаучен. Люди склонны приписывать любой отказ NiCd памяти. Определим память как явление, при котором напряжение разряда для данной нагрузки ниже, чем должно быть.

Это может дать видимость пониженной емкости, хотя на самом деле это более точно назвать понижением напряжения. Память также трудно воспроизвести, что затрудняет ее изучение.Первоначально эффект памяти был замечен в батареях космических кораблей, подвергшихся повторяющемуся циклу разряда / заряда, который составлял фиксированный процент от общей емкости (из-за тени Земли). После многих циклов, когда требовалось обеспечить полную емкость, аккумулятор не смог этого сделать. Поскольку мы не в космосе, вышесказанное не имеет большого значения.

Понижение напряжения более сильное в никель-кадмиевых аккумуляторах, чем в никель-кадмиевых аккумуляторах. Приведенное ниже объяснение сосредоточено на NiCd, к обоим применяются одни и те же принципы.

Давайте посмотрим на различные причины «памяти» или падения напряжения.
Память можно отнести к изменениям в негативе или кадмиевой пластине. Напомним, что зарядка включает преобразование CD (OH) в металлический Cd. Обычно и при умеренных токах зарядки осаждаемый кадмий является микрокристаллическим (то есть очень маленькими кристаллами). Теперь металлургическая термодинамика утверждает, что границы зерен (границы между кристаллами) представляют собой области высоких энергий, и со временем у металлов тенденция к слиянию зерен и формированию более крупных кристаллов.Это плохо для батареи, так как из-за этого кадмию труднее растворяться во время сильноточного разряда и приводит к высокому внутреннему сопротивлению и снижению напряжения.

Уловка, позволяющая избежать запоминания, заключается в том, чтобы избежать образования крупных кристаллов кадмия. Очень медленная зарядка — это плохо, так как медленный рост способствует росту крупных кристаллов — помните выращивание леденцов? Высокие температуры — это плохо, поскольку зарождение и рост кристаллов экспоненциально зависит от температуры. Проблема в том, что со временем вырастут кристаллы кадмия, а значит, нужно реформировать материал.Частичная цикличность ячеек означает, что материал, находящийся глубоко в пластине, никогда не реформируется. Это приводит к росту кристаллов. При правильном выполнении цикла разряд / заряд можно разрушить крупный кристаллический кадмий и заменить его микрокристаллической формой, которая лучше всего подходит для разряда.

Это НЕ означает, что нужно циклически перезаряжать аккумулятор каждый раз, когда он используется. Это приносит больше вреда, чем пользы, и если это не делается для каждой ячейки (что невозможно в телефоне), есть риск перевернуть ячейки, и это действительно их убьет.

Возможно, время от времени использовать батарею, пока она не разрядится на 90%, или до напряжения элемента 1OV при небольшой нагрузке. Здесь используется около 95% емкости ячейки, и для всех интенсивных целей она разряжена. На этом этапе зарядите его как следует, и все.

В случае мобильных телефонов телефоны предназначены для выключения при температуре разряда 90% до того, как напряжение батареи станет достаточно низким, чтобы повредить отдельные ячейки, поэтому сам телефон станет идеальным разрядником — просто оставьте телефон включенным, пока он не переключится сам. гаснет после блеяния о низком заряде батареи! Многие так называемые «кондиционеры» фактически разряжают батарею практически до нуля вольт и, далеки от кондиционирования батареи, вызывают кумулятивное повреждение элементов.

Более распространенный «эффект памяти» — это вовсе не память, а снижение напряжения, вызванное перезарядкой. Электрохимия положительной пластины очень сложна, но перезаряд изменяет кристаллическую структуру гидроксида никеля с бета-гидроксида никеля на гидроксид гамма-никеля. Электрохимический потенциал гамма-формы примерно на 40-50 мВ меньше, чем бета-формы. Это приводит к более низкому напряжению разряда. В батарее из шести элементов (7,2 В) это означает потерю 300 мВ.Хитрость? Не завышайте цену. Оставление ячеек на капельном зарядном устройстве способствует образованию гамма-гидроксида никеля. Ожидайте, что элементы разрядятся при более низком напряжении.

Таинственный эффект памяти аккумуляторных батарей

Эффект памяти относится к временной или постоянной потере емкости аккумулятора при его разряде. Эксперты не совсем согласны с тем, почему это происходит и как предотвратить снижение емкости батарей.

Аналитики Frost & Sullivan Inc.в Хьюстоне говорят, что это явление чаще всего встречается в никель-кадмиевых (Ni-Cad) элементах, когда они разряжены до определенной точки и перезаряжаются несколько раз подряд. Они говорят, что вы можете избежать эффекта памяти, полностью разряжая элемент во время каждого использования и перед его подзарядкой.

Но некоторые эксперты говорят, что вызывает недоумение то, что такое эффект памяти. «Эффект памяти стал универсальной фразой для любого плохого опыта, связанного с аккумуляторными продуктами», — говорит Пол Тру, президент NRG Research Inc.в Грантс-Пасс, штат Орегон, где производятся никель-кадмиевые элементы.

Верно говорит, что эффект памяти обычно относится к понижению напряжения, которое является ненормальным падением напряжения разряда. Он медленно прогрессирует от конца цикла разряда к началу в течение срока службы элемента. Если оборудование, на которое подается питание, имеет заданную точку отключения, оно может ошибочно принять падение напряжения за пустую ячейку и преждевременно отключиться.

Понижение напряжения в первую очередь вызвано перезарядкой никель-кадмиевого элемента, говорит Ист, когда зарядное устройство не может определить, когда заряд завершен, в сочетании с требованием более короткого времени зарядки.Но Тру говорит, что он считает, что полная разрядка элемента и его перезарядка могут легко стереть падение напряжения, повторяя совет, данный Frost & Sullivan. По его словам, разряд должен быть ниже 1 вольт на элемент.

Истин говорит, что ожидаемый срок службы большинства батарей, подвергшихся полной разрядке, короче, чем у элементов, подвергшихся неглубоким циклам зарядки и разрядки. Это представляет собой дилемму для пользователей: либо полностью разрядить и сократить срок службы батареи, либо разрядить не полностью и столкнуться с эффектом памяти.Некоторые производители теперь предлагают элементы, устойчивые к избыточной зарядке, и улучшенные системы зарядки, чтобы помочь решить эту проблему.

Истин считает, что эффект памяти не является проблемой для современных никель-кадмиевых аккумуляторов в сотовых телефонах, поскольку их зарядные устройства более точны в предотвращении перезарядки. Эффект памяти был более серьезной проблемой несколько лет назад, когда никель-кадмиевые батареи были представлены для батарей видеооборудования в качестве альтернативы свинцово-кислотным батареям. По словам Тру, для профессионального видеооборудования, когда элементы содержат большой заряд и могут заряжаться с большой скоростью, снижение напряжения может стать проблемой, и необходимы более точные зарядные устройства.

«Но по большей части эффект памяти больше не влияет на обычного пользователя мобильного телефона или устройства», — отмечает он.

Эффект памяти в литий-ионной батарее

Nishi, Y. Литий-ионные вторичные батареи; последние 10 лет и будущее. J. Источники энергии 100 , 101–106 (2001).

CAS
Статья

Google ученый

Пистойя, г.Аккумуляторы для портативных устройств (Elsevier, 2005).

Google ученый

Винсент, К. А. и Скросати, Б. Современные батареи (Elsevier, 1997).

Google ученый

Барнард Р., Крикмор Г. Т., Ли, Дж. А. и Тай, Ф. Л. Причина остаточной емкости электродов из оксигидроксида никеля. J. Appl. Электрохим. 10 , 61–70 (1980).

CAS
Статья

Google ученый

Даволио, Г.& Soragni, E. «Эффект памяти» на электродах из оксида никеля: электрохимические и механические аспекты. J. Appl. Электрохим. 28 , 1313–1319 (1998).

CAS
Статья

Google ученый

Хаггинс Р.А. Механизм эффекта памяти в «никелевых» электродах. Ион твердого тела. 177 , 2643–2646 (2006).

CAS
Статья

Google ученый

Сато Ю., Такеучи, С. и Кобаякава, К. Причина эффекта памяти, наблюдаемого в щелочных вторичных батареях, использующих никелевый электрод. J. Источники энергии 93 , 20–24 (2001).

CAS
Статья

Google ученый

Барбариси, О., Васка, Ф. и Глиельмо, Л. Оценка состояния заряда фильтра Калмана для автомобильных аккумуляторов. Control Eng. Практика 14 , 267–275 (2006).

Артикул

Google ученый

Hu, Y.& Юркович, С. Оценка состояния заряда аккумуляторных элементов с использованием методов линейного изменения параметров системы. J. Источники энергии 198 , 338–350 (2012).

CAS
Статья

Google ученый

Сани, А. К., Мюррей, Дж. Дж. И Маккиннон, В. Р. Эффекты памяти из-за фазового преобразования и гистерезиса в ячейках Li / Li x MnO2. Электрохим. Acta 36 , 1469–1474 (1991).

CAS
Статья

Google ученый

Падхи, А.К., Наджундасвами, К. С. и Гуденаф, Дж. Б. Фосфооливины в качестве материалов положительных электродов для литиевых аккумуляторных батарей. J. Electrochem. Soc. 144 , 1188–1194 (1997).

CAS
Статья

Google ученый

Ямада А., Чунг С. и Хинокума К. Оптимизированный LiFePO4 для катодов литиевых батарей. J. Electrochem. Soc. 148 , A224 – A229 (2001).

CAS
Статья

Google ученый

Ohzuku, T., Уэда, А. и Ямамото, Н. Вставной материал Li [Li1 / 3Ti5 / 3] O4 с нулевой деформацией для перезаряжаемых литиевых элементов. J. Electrochem. Soc. 142 , 1431–1435 (1995).

CAS
Статья

Google ученый

Scharner, S., Weppner, W. и Schmid-Beurmann, P. Доказательства двухфазного образования при введении лития в шпинель Li1.33Ti1.67O4. J. Electrochem. Soc. 146 , 857–861 (1999).

CAS
Статья

Google ученый

Цзян, Дж.И Дан, Дж. Р. ARC изучают термическую стабильность трех различных катодных материалов: LiCoO2; Li [Ni0,1Co0,8Mn0,1] O2; и LiFePO4 в электролитах LiPF6 и LiBoB EC / DEC. Электрохим. Commun. 6 , 39–43 (2004).

CAS
Статья

Google ученый

Цзян, Дж., Чен, Дж. И Дан, Дж. Р. Сравнение реакций между Li7 / 3Ti5 / 3O4 или LiC6 и неводными растворителями или электролитами с использованием ускоренной калориметрии.J. Electrochem. Soc. 151 , A2082 – A2087 (2004).

CAS
Статья

Google ученый

Reale, P. et al. Безопасный, недорогой и устойчивый литий-ионный полимерный аккумулятор. J. Electrochem. Soc. 151 , A2137 – A2142 (2004).

Артикул

Google ученый

Шим, Дж. И Стрибель, К. А. Влияние плотности электродов на характеристики цикла и необратимую потерю емкости анода из природного графита в литий-ионных батареях.J. Источники энергии 119–121 , 934–937 (2003).

Артикул

Google ученый

Park, G. et al. Исследование электрохимических свойств и осаждения лития графита при низких температурах. J. Источники энергии 199 , 293–299 (2012).

CAS
Статья

Google ученый

Bergveld, H.J. et al. Энциклопедия электрохимических источников энергии: адаптивное определение состояния заряда (Elsevier, 2009).

Google ученый

Ng, K. S. et al. Усовершенствованный метод подсчета кулонов для оценки состояния заряда и состояния литий-ионных батарей. Прил. Энергия 86 , 1506–1511 (2009).

CAS
Статья

Google ученый

He, H. et al. Онлайн-модельная оценка состояния заряда и напряжения холостого хода литий-ионных аккумуляторов в электромобилях.Энергия 39 , 310–318 (2012).

Артикул

Google ученый

Язами Р. и Рейнир Ю. Термодинамика и аномалии кристаллической структуры в графите с интеркалированным литием. J. Источники энергии 153 , 312–318 (2006).

CAS
Статья

Google ученый

Веппнер В. и Хаггинс Р. А. Определение кинетических параметров электродов со смешанной проводимостью и их применение в системе Li3Sb.J. Electrochem. Soc. 124 , 1569–1578 (1977).

CAS
Статья

Google ученый

Striebel, K. et al. Разработка недорогих литий-ионных аккумуляторов высокой мощности на основе LiFePO4. J. Источники энергии 146 , 33–38 (2005).

CAS
Статья

Google ученый

Guo, X. et al. Получение катода LiFePO4 / C методом модифицированного углеродного покрытия.J. Electrochem. Soc. 156 , A787 – A790 (2009 г.).

CAS
Статья

Google ученый

Иоахин, Х., Каун, Т. Д., Загиб, К. и Пракаш, Дж. Электрохимические и термические исследования катода LiFePO4 в литий-ионных элементах. ECS Trans. 6 , 11–16 (2008).

CAS
Статья

Google ученый

Kao, Y. et al. Зависимые от перенапряжения пути фазового превращения в электродах литий-железо-фосфатных батарей.Chem. Матер. 22 , 5845–5855 (2010).

CAS
Статья

Google ученый

Dreyer, W. et al. Термодинамическое происхождение гистерезиса вставных батарей. Nature Mater. 9 , 448–453 (2010).

CAS
Статья

Google ученый

Андерссон А. С. и Томас Дж. О. Источник потери мощности первого цикла в LiFePO4.J. Источники энергии 97–98 , 498–502 (2005).

Google ученый

Laffont, L. et al. Исследование двухфазной системы LiFePO4 / FePO4 методом спектроскопии потерь энергии электронов высокого разрешения. Chem. Матер. 18 , 5520–5529 (2006).

CAS
Статья

Google ученый

Рамана, К. В., Маугер, А., Гендрон, Ф., Жюльен, К. М. и Загиб, К.Изучение процесса внедрения / извлечения Li в LiFePO4 / FePO4. J. Источники энергии 187 , 555–564 (2009).

CAS
Статья

Google ученый

Delmas, C., Maccario, M., Croguennec, L., Le Cras, F. & Weill, F. Деинтеркаляция лития в наночастицах LiFePO4 с помощью домино-каскадной модели. Nature Mater. 7 , 665–671 (2008).

CAS
Статья

Google ученый

Дрейер, В., Guhlke, C. & Robert, H. Поведение многочастичного электрода в литий-ионной батарее. Физика Д 240 , 1008–1019 (2011).

CAS
Статья

Google ученый

Малик Р., Чжоу Ф. и Седер Г. Кинетика неравновесного включения лития в LiFePO4. Nature Mater. 10 , 587–590 (2011).

CAS
Статья

Google ученый

Гонг, З.И Янг Ю.