Напряжение

Максимальное напряжение - аккумулятор заряжен, минимальное - разряжен. Напряжения нет - пришло время менять батарейки!

Согласно электрохимической схеме работы аккумулятора, максимальное напряжение [4,35 V] достигается, когда во время заряда все свободные литиевые ионы консолидируются на аноде. Во время разряда, ионы лития постепенно возвращаются на катод, создавая тем самым электрический ток во внешней цепи. Нижнее значение [2,75 V] говорит о том, что аккумулятор полностью разряжен. Литиевые аккумуляторы не разряжают до нуля, традиционно ограничивая нижний предел [2.5 V]. Напряжение ниже 2,5V называется глубоким разрядом, а вот нулевое значение напряжение больше говорит о разрыве цепи, нежели об отсутствии заряда. Измерение напряжения - это наиболее распространенный и доступный способ диагностики аккумуляторов.

Разрядная характеристика

Рабочее напряжение при разряде литиевого аккумулятора изменяется от 4,35V до 2,75V не линейно по времени. Напряжение заряженного и почти разряженного аккумулятора падает быстрее, а на среднем участке значительно медленнее, образуя так называемую платформу.

Основные значения напряжения:

• [4,35 V] - максимальное напряжение, аккумулятор полностью заряжен
• [3,80 V] - номинальное напряжение, середина платформы, аккумулятор разряжен на 50%
• [3,60 V] - точка бесперебойности, гарантированно не произойдет внезапное отключение устройства
• [3,30 V] - точка выключения, при этом напряжении устройства могут начать отключаться
• [2,75 V] - минимальное напряжение, аккумулятор полностью разряжен

Максимальное напряжение

Многие годы 4,2 V являлось стандартом максимального напряжения литиевых аккумуляторов. Но производители аккумуляторов, пытаясь повысить ёмкость, начали эксперименты по увеличению напряжения. На настоящий момент литиевые аккумуляторы производятся с различным максимальным напряжением: 4,2 V, 4,35 V, 4,4 V и даже 4,5 V. Повышение напряжения не значительно увеличило плотность энергии, но стало основным фактором быстрого износа и взрывоопасности современных аккумуляторов.

Повышение напряжения (перезаряд) выше максимального опасно: это приводит к самопроизвольному повышению температуры аккумулятора и вызывает металлизацию лития. Для защиты в обязательном порядке устанавливается защита от перезаряда. Незначительный перезаряд ускоряет износ аккумулятора, а перезаряд более 5.5V может привести к взрыву. Экспериментируя с перезарядом аккумуляторов, нам потребовалось 30-40 минут чтобы аккумулятор разогрелся, а потом взорвался.

Номинальное напряжение

Среднее напряжение аккумулятора, приблизительно равное 50% уровню заряда называется номинальным. Исторически номинальное напряжение литиевых аккумуляторов было равно 3,6 V, но, по аналогии с максимальным напряжением, в последнее время появилось несколько различных значений: 3,8 V, 3,85V и 3,9V. Особого физического смысла номинальное напряжение не имеет, но из-за того что именно номинальное напряжение указывается в документации и упаковке аккумуляторов, вызывает наибольшее количество вопросов покупателей:

Будет ли нормально работать аккумулятор, если его напряжение отличается от рекомендованного производителем устройства?

Различное напряжение аккумулятора, конечно, требует установки различных защитных плат, ограничивающих максимальное напряжение, что нормальные производители должны делать по умолчанию в порядке обеспечивается безопасности аккумуляторов. Напряжение аккумулятора также не должно быть выше рекомендованного производителем устройства. А вот если номинальное напряжение ниже, то аккумулятор использовать безопасно, но потребительские свойства, возможно, будут отличаться. Дело в том, что на работу мобильного устройства оказывает положение на разрядном графике точки бесперебойности (P3,6 V) и точки выключения (P3,3 V). До напряжения 3,6 V аккумулятор будет гарантированно поставлять необходимое количество электрического тока устройству и выдержит любую допустимую нагрузку. При дальнейшем снижении напряжения вероятность внезапного отключения возрастает и начинает сильно зависеть от значений пиковых нагрузок, создаваемых мобильным устройством. Характерно, что форма разрядного графика отличается у различных производителей аккумуляторов, в зависимости от материалов и технологии производства. Более того, разрядный график изрядно проседает в результате старения и износа. Все это в совокупности оказывает большее значение, нежели формальное различие номинального напряжения, которое как раз наоборот, обычно, никак не проявляется.

Низкое напряжение

Заряд, оставшийся в аккумуляторе, разряженном ниже, чем 3,3 V обычно составляет всего несколько процентов. Этого достаточно для поддержания мобильного устройства в режиме ожидания, но включение экрана или первый же звонок может привести к внезапному отключению. Эксплуатация аккумулятора на минимальном напряжении очень положительно сказывается на его ресурсе, но не удобна с практической точки зрения.

Глубокий разряд

Снижение напряжения ниже 2,5 V обычно не происходит, так как ограничено защитой от переразряда. В отличие от распространенного убеждения, что низкоразряженные аккумуляторы становятся незаряжаемыми, в результате наших экспериментов не было обнаружено ни повышенного старения и ни разу не возникло проблем с зарядом от низкого напряжения вплоть до 0,5 V.

Причиной незаряжаемости глубоко разряженных аккумуляторов, по большей степени, является как раз сама плата защиты, которая сначала препятствует слишком низкому разряду, а если глубокий разряд уже произошел, то не позволяет зарядить аккумулятор. Это, конечно, не причина для отказа от защиты от переразряда, даже если какое-то количество глубоко разряженных аккумуляторов станут незаряжаемыми. Здесь важнее понимать причину глубокого разряда: старение при длительном хранении, быстрый саморазряд, внутреннее короткое замыкание - все эти факторы свидетельствуют о том, что такой аккумулятор, даже выведенный из состояния глубокого разряда, уже не будет нормально работать.