Аккумулятор мобильный что внутри

Как устроен аккумулятор телефона?

Георгий Васильев, опубликовано 27 декабря 2017 г.

Каждый день мы пользуемся электронными устройствами – телефонами, планшетами, плеерами и многим другим. Вся эта техника, как правило, работает на литий-ионных аккумуляторах – самом популярном виде батарей. И несмотря на то, что любой современный человек имеет при себе как минимум смартфон, далеко не каждый знает о связанных с ним рисках.

Статьи в интернете пугают пользователей историями о взорвавшихся аккумуляторах, о жутких последствиях их неправильного использования или утилизации. Одни смотрят на эти статьи скептически – ведь сотни тысяч людей ежедневно пользуются смартфонами и планшетами на литий-ионных батареях, и не испытывают трудностей. Другие начинают опасливо коситься на собственные гаджеты. Чтобы понять, так ли опасен аккумулятор и как с ним следует обращаться, стоит разобраться в самом его устройстве.

Любые батареи работают за счёт разности напряжения между металлическими пластинами, помещёнными в раствор электролита. Принцип этот существует с 19 века, и со временем менялись только используемые материалы. Так, например, использовать литий для создания батарей задумали ещё в 1912 году, но долгое время идея оставалась нереализуемой из-за нестабильности материала. Только в 1991 году были разработаны литий-ионные батареи, достаточно стабильные, чтобы их использование было безопасным.

На сегодняшний день это – очень простой по конструкции прибор. Два листа – из графита и оксида лития с кобальтом – покрываются электролитом и сворачиваются в цилиндр или прямоугольный рулон (в зависимости от формы будущей батареи). Рулон помещают в герметичный металлический корпус с выведенными наружу контактами. Кстати, некоторые производители оснащают корпус предохранительным клапаном – специальным «окошком», которое открывается, если давление внутри батареи слишком высокое. Это ещё одна мера для обеспечения безопасности.

Готовую батарею укрепляют и дополнительно защищают пластиковым покрытием, выводя контакты и добавляют ещё два очень важных устройства: контроллер заряда и датчиком температуры. Он необходим для контроля нагрева аккумулятора и выглядит, как третий контакт на корпусе батареи.

Но что же происходит внутри аккумулятора?

Ионы лития, из которых состоит электролит, проникают в графическую решётку графита и образуют химические связи с молекулами углерода. Разрываясь, эти связи высвобождают энергию, а та, в свою очередь, концентрируется на полюсах батареи в виде электрического тока. Сам литий представлен в аккумуляторе в виде жидкости, что и было проблемой долгое время – так он менее стабилен, к тому же, при повреждении корпуса может вытекать. Но эффективность лития многократно превышала эффективность твёрдых электролитов за счёт меньшего сопротивления.

Кстати, более современные литий-полимерные аккумуляторы отличаются как раз тем, что совмещают в себе эффективность li-Ion и сухих электролитов. Здесь используются те же самые ионы лития, но для больше безопасности в конструкцию добавлен сухой сепаратор, снижающий риск непредусмотренных химических реакций. Зная обо всех недостатках литий-ионных аккумуляторов, производители хорошенько постарались, чтобы защитить их от повреждений, а покупателей – от возможных последствий. Для этого в литий-ионных батареях используется:

— более стабильный электролит;

— сухой сепаратор из полимерных материалов;

— надёжный корпус, изготовленный с учётом возможного вздутия аккумулятора;

— индикатор температуры и заряда, предотвращающие перегрев.

Но почему тогда, при всех эти мерах, время от времени появляются всё новые истории о взорвавшихся или загоревшихся телефонах? Потому, что, какими бы ни были достоинства современных аккумуляторов, они нуждаются в правильном обращении. Ответственный производитель в инструкции обязательно укажет необходимые меры безопасности, но, чтобы они сработали, нужен ещё и ответственный пользователь. Ведь любые нарушения в процессе эксплуатации могут повредить аккумулятор и привести к печальным последствиям.

Чаще всего, причиной возгорания становится несоблюдение температурного режима – экстремальный нагрев корпуса или резкие перепады высоких и низких температур. От этого внутри аккумулятора начинает вырабатываться газ, батарея раздувается и протекает (особенно, при некачественной сборке). Заметив такие признаки, телефон нужно немедленно выключить, батарею извлечь и утилизировать. Так же опасность несут физические повреждения аккумулятора. Сильный удар или залом могут нарушить внутреннюю конструкцию батареи – и результат будет тот же самый. Химические вещества внутри вступят в неконтролируемую реакцию и произойдёт воспламенение.

Ещё одна причина взрывов – попытка разобрать или отремонтировать аккумулятор самостоятельно. Важно помнить, что эта деталь телефона починке не подлежит – только замене. Старые аккумуляторы представляют собой не меньшую опасность. И не важно, пользовались вы им всё это время или нет. В первом случае изнашиваются детали, ухудшается работа контроллера. Во втором – опасна попытка «оживить» батарею, долгое время пролежавший полностью разряженным. Если сразу подключить его к зарядному устройству, это может привести к замыканию с уже известными последствиями.

Как видите, даже такая простая на вид и привычная всем вещь, как смартфон или планшет, таит в себе опасность. Ведь воспламенение или взрыв аккумулятора могут не только уничтожить ваш гаджет, но и повредить другое ваше имущество и нанести вред здоровью. Чтобы этого избежать, достаточно следовать простым правилам:

— следовать рекомендациям производителя;

— бережно обращаться с техникой;

— приобретать только качественную продукцию и аксессуары к ней;

— за ремонтом обращаться в официальные сервисные центры.

Тогда можно будет пользоваться любимой техникой уверенно и без опаски.

Источник

Как работает аккумулятор и зарядка для мобильных устройств

В наше время у каждой семьи в пользовании находится большое количество электронных устройств. Телефоны, смартфоны, фонарики, планшеты, игрушки для детей всех возрастов и многие другие бытовые приборы нуждаются в питании от переносных источников тока: батареек или аккумуляторов.

Источники питания создаются для длительной эксплуатации, но могут быстро выйти из строя по неосторожности. Чтобы максимально использовать заложенный в них ресурс производителя рекомендуем ознакомиться с особенностями работы аккумуляторов различных конструкций, правилами их зарядки и безопасного обращения.

Самым нетерпеливым читателям можно сразу перейти к правилам зарядки, рекомендуемым заводом. Они приведены в конце. Однако, последовательное прочтение материала позволит лучше понять их особенности и правильно применять на практике.

Как устроен и работает аккумулятор

Весь широкий ассортимент аккумуляторной продукции работает по единому принципу преобразования энергии химических процессов в электрическую. Для ее протекания создана специальная конструкция.

Принципы устройства аккумулятора

Герметичный сосуд, который называют банкой, заполняют электролитом. В него помещают две отделенные друг от друга пластины из разных металлов, именуемых электродами. На них образуется разность электрических потенциалов, которая способна совершать полезную работу.

Для повышения мощности энергии банки с пластинами делают увеличенных размеров или подключают параллельными цепочками. Чтобы поднять выходное напряжение их соединяют последовательно. Такие конструкции называют аккумуляторными батареями.

Классификация

По видам электролита аккумуляторы делят на:

По конструктивным особенностям жидкостные аккумуляторы разделяют на:

Конструкции кислотных аккумуляторов используются относительно редко. Они могут встретиться в бюджетных моделях фонариков, где работают совместно с зарядным устройством.

Аккумуляторы щелочного типа, как правило, имеют повышенные габариты. Раньше их применяли для освещения в переносных фонарях, но сейчас подобные конструкции не удобны для работы и перестали применяться.

В мобильных устройствах для домашнего применения популярны модели аккумуляторов:

• свинцово-кислотных (Pb+H₂SO₄);
• никель-кадмиевых (Ni-Cd);
• никель-цинковых (Ni-Zn);
• никель-металл-гидридных (Ni-Mh);
• литий-ионных (Li-ion);
• литий-полимерных (Li-Pol)

Конструктивные особенности различных моделей

Типовое устройство батареи аккумуляторов, состоящей из отдельных банок с набором вставленных в них положительных и отрицательных пластин, последовательность их расположения можно наблюдать на примере кислотной аккумуляторной батареи.

Конструкции цилиндрических или «пальчиковых» моделей представлены разрезанным видом для литий-ионного аккумулятора с поясняющими надписями для каждого слоя.

Внешний вид аккумуляторов

Габариты и форма источников тока создаются для удобного их расположения в гнездах мобильных устройств, надежного питания потребителей, возможности быстрой зарядки.

Аккумуляторы могут иметь форму цилиндра или таблетки, как показано на фотографии для распространенных никель-кадмиевых устройств, которые собираются в блоки специальными перемычками.

Когда по условиям эксплуатации предпочтительнее получать питание от единого блока, то создают общий корпус. В него встраивают отдельные пальчиковые элементы, которыми за счет их параллельного и последовательного подключения, обеспечивают выходные характеристики по току и напряжению.

Такой принцип заложен в создание батареи аккумуляторов для ноутбука.

Для малогабаритных мобильных устройств создаются аккумуляторы в форме небольшого параллепипеда с закругленными краями. На одной из торцевых сторон у него смонтированы латунные площадки, обеспечивающие создание электрического контакта для источника и потребителей тока.

Как работает аккумулятор

Принцип преобразования химической энергии в интересующую нас электрическую поясняет картинка.

Между двумя рядом расположенными веществами с подобранными свойствами протекает окислительно-восстановительная химическая реакция. Она сопровождается выделением электронов и ионов, которые при движении, как известно, образуют электрический ток.

Чтобы движущиеся заряды создавали электрические потенциалы, а не просто выделяли тепло в окружающую среду при смешивании окислителя с восстановителем, необходимо создать для этого условия.

Этим целям служат:

• анод (положительный заряд), осуществляющий окислительную реакцию;
• катод, восстанавливающий вещество;
• электролит, проводящий ток во время диссоциации рабочей среды на катионы и анионы.

Анод с катодом размещают в отдалённых сосудах, которые соединяются солевым мостиком. По нему движутся анионы и катионы, создавая внутреннюю цепь аккумулятора. Внешняя же цепочка образуется подключением потребителя ко входу, например, вольтметра или другой нагрузки.

На аноде и катоде постоянно происходит переход электронов и ионов в электролит и обратно. Во внутренней цепочке идет движение зарядов через солевой мостик, а во внешней протекает ток с анода к катоду.

Этот принцип является базовым для заряда и разряда всех моделей химических источников тока.

Как работает никель кадмиевый аккумулятор

Существует всего два вида работы:

Можно выделить еще режим хранения, но правильнее его отнести к разряду, который стараются максимально ограничить, хотя полностью избежать его не получается.

Цикл разряда

Накопленная на электродах энергия при подключении к ним нагрузки создает электрический ток во внешней цепи.

Анодом в никель-кадмиевом аккумуляторе работают окислы никеля с включениями частичек графита, снижающими общее электрическое сопротивление. В качестве катода используют губчатый кадмий.

Во время разряда происходит выделение молекул активного кислорода из состава окислов никеля, которые поступают в электролит и дальше на кадмий, окисляя его.

Цикл заряда

Его принято проводить при снятой нагрузке. Тогда можно использовать меньшую мощность зарядного устройства.

Полярность клемм у зарядного и аккумулятора должно совпадать, а внешняя мощность превосходить внутреннюю. Тогда под действием постороннего источника внутри аккумуляторной банки формируется ток с направлением, обратным разряду.

Он переориентирует ход химических процессов в емкости банки, обогащает анод кислородом и восстанавливает кадмий на катоде.

Как работает литий-ионный аккумулятор

Углеродный анод и катод из оксидов металла, содержащих литий, например, состава LiMn₂O₄, погружены в органический электролит.

В нем движутся положительно заряженные ионы Li+. Сам литий при этом не переходит в металлическое состояние, а создается обмен его ионов между электродными пластинами. По этой причине аккумуляторы называют литий-ионными.

Цикл заряда

Ионы лития изымаются (процесс деинтеркаляции) из содержащего литий катода и внедряются в анод (интеркаляция).

Цикл разряда

Перемещение ионов идет в обратном заряду направлении, а электроны от анода движутся к катоду и образуют электрический ток.

Если сравнить принципы работы аккумулятора любой конструкции, то можно наблюдать общую закономерность перемещения ионов между электродами по внутренней цепи и электронов по внешней при создании схем заряда и разряда.

Эксплуатационные характеристики аккумулятора

Рабочее напряжение

Его величину определяют на разомкнутых клеммах вольтметром при оптимальном заряде. В процессе работы оно постепенно снижается.

Емкость АКБ

Характеристика, показывающая количество тока в миллиамперах или амперах, которое способен выдать аккумулятор за промежуток времени, выраженный в часах.

Мощность

Параметр, учитывающий способность АКБ совершить работу в единицу времени.

Как работает зарядное устройство аккумуляторов мобильных устройств

Сейчас все дорогие электронные устройства снабжаются собственными приборами питания и зарядки.

Для восстановления рабочих характеристик аккумуляторов, используемых индивидуально, выпускаются отдельные зарядные устройства. К ним прилагаются инструкции и таблицы с указанием рекомендованной продолжительности технологического цикла.

Такие модели обычно выдают стабилизированное напряжение на клеммы аккумулятора, у которого при зарядке постепенно меняется электрическое сопротивление, влияющее на величину протекающего тока. Поэтому подобные рекомендации носят усредненный характер.

Формы токов, создаваемые зарядными устройствами

Для зарядки аккумуляторов могут использоваться не только постоянные токи, но и многих других видов, которые решают специфические задачи.

Чтобы обеспечить их протекание создают различные электронные схемы, которые выдают на клеммы аккумулятора напряжение соответствующего вида.

Принципиальные схемы зарядных устройств

Ввиду их разнообразия приведем для примера некоторые типовые решения.

Схема создания постоянных токов

За счет трансформатора понижается напряжение. Его гармоника выпрямляется диодным мостом и пульсации сглаживаются конденсатором высокой емкости.

На выход в аккумулятор поступают токи постоянной величины.

Схема создания пульсирующих токов

Удалив из предыдущей цепочки конденсатор получаем пульсации напряжения на клеммах аккумулятора, которые формируют токи аналогичной формы.

Схема создания пульсирующих токов с промежутком

Заменив диодный мост единичным диодом получаем пульсации токов повышенной частоты в два раза.

Сервисные зарядные устройства

За счет усложнения внутренней электрической схемы создаются различные дополнительные функции для зарядных устройств.

Рекомендации производителей по зарядке аккумуляторов

Во всех расчетах величины зарядного тока Iз в амперах за базовое значение принимается эмпирическое соотношение, отсчитываемое в процентах от значения емкости С, выраженной ампер-часами.

Однако для определенных моделей производитель может указать ток зарядки сразу в числовом выражении амперами, которое не соответствует этому правилу. Понятно, что у него есть для этого серьёзные основания.

Свинцово кислотные АКБ

Принято для зарядки использовать токи, составляющие 10% или 0,1 от емкости С. Их записывают 1С.

Для этих аккумуляторов напряжение на единичной банки не должно превышать 2,3 V, что следует учитывать при зарядке батареи, чтобы не превышать критическую величину.

Набор емкости кислотных аккумуляторов после достижения 90% номинальной величины идет по экспоненте. Поэтому дальнейшую зарядку выполняют уменьшенными токами с контролем напряжения на банках, что увеличивает продолжительность процесса.

Свинцово кислотные АКБ нуждаются в периодическом проведении контрольного тренировочного цикла с полным разрядом и зарядом.

Щелочные АКБ

Для них принято ток заряда поддерживать на уровне 25% от емкости или 0,25С.

Никель-кадмиевые модели аккумуляторов

Оптимальная температура для зарядки, как и для работы, в пределах +10÷30 О С. При ней лучше происходит поглощение кислорода на катоде.

Аккумуляторы цилиндрической формы смонтированы плотной намоткой электродов в рулон. Это позволяет эффективно заряжать их токами в широких пределах 0,1÷1С. Стандартный режим предусматривает токи 0,1С и время 16 часов. На каждом элементе напряжение поднимается с одного до 1,35 V.

Если в зарядное устройство вмонтирована система контроля перезаряда, то применяют повышенные токи постоянной формы величиной 0,2÷0,3С. Это позволяет снижать время зарядки до 6 или 3-х часов. Даже допустим перезаряд в пределах 120÷140%.

Характерный недостаток никель-кадмиевых АКБ — эффект «памяти» или обратимая утеря емкости, которая проявляется при нарушениях технологии заряда, а точнее после начала подзарядки аккумулятора с не полностью израсходованной емкостью.

Аккумулятор «запоминает» границу оставшегося резерва и при последующем разряде на нагрузку сокращает свой ресурс при ее достижении. Эту особенность учитывают при эксплуатации, а для хранения Ni-Cd АКБ их переводят в режим полного разряда.

Никель-металл-гидридные модели аккумуляторов

Они создавались для замены никель-кадмиевых АКБ, лишены эффекта памяти, обладают повышенной емкостью. Но, при подготовке к работе после месячного или более срока хранения, требуется проведения цикла полного разряда с последующей зарядкой. Выполнив 3÷5 таких циклов можно увеличить рабочую емкость.

Для хранения этих аккумуляторов осуществляют перевод их емкости в 40% от номинальной величины.

Зарядка производится по технологии 0,1С для никель-кадмиевых АКБ, но с контролем температуры. Ее превышение более 50 О С недопустимо. Сильный нагрев возникает в конце цикла, когда протекание химических реакций замедляется.

По этим причинам для никель-металл-гидридных аккумуляторов создаются специализированные устройства зарядки с встроенными датчиками температуры.

Никель-цинковые модели аккумуляторов

Напряжение одной банки равно 1,6 V. Сила зарядного тока 0,25С. Время заряда 12 часов. Эффект памяти отсутствует. Рекомендуемый предел достижения емкости при заряде — 90% от номинальной.

Нельзя нагревать более 40 О С. Ограниченный ресурс — в три раза короче, чем у никель-кадмиевых АКБ.

Литий-ионные модели аккумуляторов

Оптимальная зарядка выполняется постоянным током в два этапа с величиной:

1. 0,2÷1С с напряжением 4÷4,2 V в первые 40 минут;
2. поддержанием постоянного напряжения на банке 4,2 V до окончания цикла.

Допустима зарядка током 1С за время 2÷3 часа.

Ресурс литий-ионных аккумуляторов снижают:

• зарядное напряжение, большее 4,2 V;
• перезаряд, сопровождающий скопление лития на катоде и выделение кислорода на аноде.

В результате происходит бурный выброс тепловой энергии, повышение давления в корпусе, разгерметизация.

В целях повышения безопасности при эксплуатации производители этих АКБ применяют одно или несколько мер защиты при заряде:

• схему отключения зарядного тока при достижении температуры в корпусе 90 О С;
• датчик превышения давления;
• систему контроля напряжения при заряде.

Поскольку литий-ионный аккумулятор работает и заряжается внутри дорогих электронных устройств, то к его зарядке следует относиться аккуратно, применять только специализированные зарядные устройства.

Особенности зарядки по глубине разряда

Влияние глубины разряда емкости Li-ion аккумуляторов на ресурс работы
Степень разряда аккумулятора от заводской емкости	Ориентировочное число циклов работы
0,1С	4700
0,25С	2500
0,5С	1500
1С	500

Особенности зарядки по температуре

Влияние температуры на потерю емкости Li-ion аккумуляторов
Температура аккумулятора в градусах Цельсия	Потеря емкости в год при среднем уровне заряда 40÷80% (рекомендуемые случаи)	Потеря емкости в год при среднем уровне заряда 100% (типовые случаи)
60	25%	40% (за квартал)
40	16%	35%
25	5%	20%
0	2%	6%

Правильный выбор этих параметров позволяет значительно продлить ресурс эксплуатации литий-ионных АКБ.

Литий-полимерные модели аккумуляторов

К ним подходят все правила эксплуатации, разработанные для литий-ионных моделей. Но, поскольку в них отсутствует жидкий электролит, а используется гелеобразный, то при перезарядке либо перегреве исключается взрыв корпуса, который может только раздуться.

Понимание принципов того, как работает аккумулятор и зарядка для мобильных устройств поможет продлить ресурс ваших гаджетов, эксплуатировать их надежно и безопасно.

Для закрепления материала предлагаем посмотреть видеоролик владельца Admiral134 «Как правильно использовать литий-ионные аккумуляторы».

Вам сейчас удобно задать вопрос в комментариях и переслать этот материал друзьям в соц сети.

Источник