KĄCYKO - akumulatory
wersja 0006

podstawowe wskazówki

akumulatory niklowo-kadmowe (NiCd) i niklowo-wodorkowe (NiMH)

akumulatory litowo-jonowe (Li-Ion)


wstęp



Akumulatory i baterie są kluczowymi elementami składowymi w produktach telekomunikacji ruchomej. Bez nich wolność korzystania ze sprzętu jest dostępna tylko w pobliżu następnej wtyczki zasilania sieciowego. Są one niezbędne nie tylko w telefonach komórkowych ale też w telefonach bezprzewodowych i notebookach.

Strona ta traktuje ogólnie o akumulatorach - nie tylko w zastosowaniu do telekomunikacji.

Dzięki ponownie ładowalnym bateriom czyli akumulatorom, telekomunikacja ruchoma staje się możliwa. Rozwój i powszechne użycie telekomunikacji ruchomej byłoby w ogóle nie możliwe bez wydajnych i niezawodnych akumulatorów. Przy niektórych produktach to właśnie akumulatory określają pewne istotne ich cechy. Tylko dzięki wydajnym, małym i lekkim akumulatorom można było zrealizować poręczne małe telefony komórkowe.

Ze względu na możliwość ponownego naładowywania są akumulatory przyjazne środowisku naturalnemu - w stosunku do bateri jednorazowego użytku, które trzeba od razu wyrzucać. Ze względu na średnią żywotność około 1000 cykli ładowania nie ma praktycznie żadnej alternatywy do akumulatorów. Ale przy coraz powszechniejszym używaniu akumulatorów, staje się coraz ważniejsze używanie właściwych, przyjaznych środowisku, technologii, które oprócz długiej żywotności zapewniają też bezproblemowe niszczenie zużytych akumulatorów, lub jeszcze lepiej - które zapewniają ich recycling. Przez głównych markowych producentów zostały opracowane już nawet dość przekonujące strategie dotyczące tego problemu.

Jednak aby utrzymać swoją wydajność jako dostawcy prądu przez dłuższy czas potrzebuje każdy akumulator odpowiedniej opieki. Przy ładowaniu i rozładowywaniu trzeba zwracać uwagę na pewne rzeczy, również właściwe przechowywanie i opiekuńcze obchodzenie się z nimi przyczynia się do tego, że przez długi czas pełne rezerwy akumulatorów mogą być wykorzystywane. Dlatego też warto przeczytać tę stronę WWW i od czasu do czasu tu zaglądać ażeby zapewnić swoim akumulatorom odpowiednie traktowanie i opiekę.

Oczywiście akumulatory litowo-jonowe są najlepsze - ale jeśli jakiś telefon je ma to nie oznacza już, że ten telefon jest lepszy od telefonu z innymi.

zasada działania



Akumulator jest to bateria, którą można ponownie naładować. W odróżnieniu od na przykład baterii alkalicznej, jaką się na przykład używa w walkmanie czy przenośnej lampce, i którą po rozładowaniu można w najlepszym wypadku poddać recyclingowi. Obydwa nosniki - bateria i akumulator - przechowują energię chemiczną, którą oddają z powrotem w postaci prądu. Decydująca różnica między nimi polega na tym, że bateria potrafi energię tylko oddawać, a akumulator po rozładowaniu może być do tysiąca razy ponownie naładowany energią. Akumulatory dla telefonów komórkowych składają się najczęściej z kilku identycznych komórek akumulatorowych, które są umieszczone we wspólnej obudowie i połączone równolegle lub szeregowo.

Każda komórka akumulatorowa posiada jedną dodatnią i jedną ujemną elektrodę. Odpowiednio do chemicznej zawartości elektrod nazywa się cały akumulator. W akumulatorach niklowo-kadmowych, dodatnia elektroda składa się ze związków niklu a elektroda ujemna z kadmu. W akumulatorach niklowo-wodorkowych natomiast elektroda ujemna składa się ze stopu metalu gromadzącego wodór. W akumulatorach litowo-jonowych dodatnia elektroda jest metalotlenkiem litu, a ujemna jest elektrodą węglową, która potrafi zmagazynować jony litu.

Następną częścią akumulatora jest oddzielacz, który tak izoluje obydwie elektrody, że nie ma pomiędzy nimi żadnego kontaktu elektrycznego. W przeciwnym wypadku energia elektryczna zostałaby oddana jako ciepło. Mówi się wówczas o wewnętrznym zwarciu. Dla wewnętrznego wyrównania ładunków akumulator potrzebuje elektrolitu - płynu zawierającego sól przewodzącą. Znajduje się on w elektrodach i w oddzielaczu. W akumulatorach niklowych jest to ług potasu, w akumulatorach litowo-jonowych jest to sól litu, która jest rozpuszczona w organicznych środkach rozpuszczających. Wymienione części akumulatora są odpowiedzialne za zachodzące w nim procesy elektrochemiczne. Poza tym akumulator potrzebuje jeszcze pewnych części mechanicznych takich jak naczynie komórki czyli praktycznie rzecz biorąc obudowę komórki akumulatora, która służy jednocześnie jako odprowadzenie ujemne lub też przykrywkę komórki, która przejmuje funkcję odprowadzenia dodatniego.

Przy akumulatorach niklowo-kadmowych i niklowo-wodorkowych elektroda ujemna jest większa niż dodatnia. Rezerwa ładowania dba o to, że wytworzony pod koniec procesu ładowania na elektrodzie dodatniej tlen, zostanie strawiony ażeby uniknąć wzrostu ciśnienia. Również rezerwa rozładowania jest konieczna, która zapobiega utlenieniu się elektrody ujemnej pod koniec rozładowywania. Elektroda dodatnia określa nawet użyteczną pojemność komórki akumulatora.

Większość ponownie ładowalnych komórek jest budowana w postaci tak zwanych komórek owijanych. Używa się do tego elektrody dodatniej z elektrodą ujemną i z oddzielaczem w postaci rozciągłej wstęgi. Te wstęgi zostają jedna na drugiej nałożone i owinięte. Zaletą tego typu budowy jest to, że elektrody oferują w ten sposób największą możliwą powierzchnię. Pozwala to na szczególnie krótkie czasy ładowania i duże prądy przy rozładowywaniu. Obie te właściwości polepszają wydajność akumulatorów.

Każda bateria i każdy akumulator posiadają charakterystyczne napięcia komórkowe. Wynika ono z różnicy naięcia między materiałami elektrod. Przy bateriach alkalicznych wynosi ono zawsze 1.5 V, przy akumulatorach niklowo-kadmowych i niklowo-wodorkowych wynosi ono 1.2 V. Akumulatory litowo-jonowe posiadają natomiast napięcie komórkowe w wysokości od 3.6 do 3.8 V - więc około trzy razy większe niż poprzednich. Żeby na przykład zastąpić komórkę litowo-jonową przez niklowo-wodorkową lub niklowo-kadmową, potrzeba trzech zamiast jednej komórek akumulatorowych.

Pod pojęciem pojemności akumulatora rozumie się zgromadzoną ilość ładunku. Jest to więc wielkość określająca ile prądu może dany akumulator w jakim czasie oddać. Więc na przykład akumulator o pojemności trzystu miliamperogodzin (mAh) może w ramach swojej obciążalności oddawać przez jedną godzinę prąd o wielkości trzystu miliamperów lub też przez dziesięć godzin prąd o wielkości trzydziestu miliamperów.

typy akumulatorów

W produktach telekomunikacyjnych używa się najczęściej trzech typów akumulatorów. Są to: akumulatory niklowo-kadmowe (Ni-Cd), niklowo-wodorkowe (NiMH) oraz litowo-jonowe (Li-Ion). W telefonach bezprzewodowych najczęściej są używane akumulatory niklowo-kadmowe. W telefonach komórkowych sytuacja wygląda nieco inaczej. Podczas gdy pierwsza generacja podręcznych telefonów komórkowych używała wyłącznie akumulatorów niklowo-kadmowych, są one obecnie coraz szerzej wypierane przez bardziej wydajne akumulatory niklowo-wodorkowe i litowo-jonowe. Z wykorzystaniem nowych technologii można w tej samej objętości zgromadzić istotnie więcej energii. W związku z tym nie tylko można konstruować akumulatory mniejsze i lżejsze lecz również same aparaty mogą być bardziej poręczne. Jednak pomimo zróżnicowanej wytrzymałości i gęstości energii akumulatory w tych trzech kategoriach wykazują również inne różnice.

jak utrzymywać akumulator w dobrej kondycji



Zwłaszcza w przypadku akumulatorów niklowo-kadmowych poniższe rady mogą okazać się bardzo przydatne - wtedy akumulatory te mogą przez długi czas zachować pełną wydajność. W telefonach pracujących w cyfrowych standardach telefonii komórkowej jednak najczęściej używa się akumulatorów niklowo-wodorkowych i litowo-jonowych. Również dla nich te porady mogą się przydać.

  1. przed pierwszym użyciem naładować

    Tele fony komórkowe są zwykle dostarczane z częściowo naładowanymi lub całkiem rozładowanymi akumulatorami. Takie akumulatory muszą wpierw całkowicie zostać naładowane. Te pierwsze ładowanie, niezależnie którego typu akumulatora, może zwłaszcza przy rozładowanych akumulatorach trwać relatywnie długo i nie powinno być przerywane.

  2. nie przeładowywać akumulatorów

    Dobre szybko-ładowarki sprawdzają jak pełny jest akumulator i wyłączają po zatankowaniu proces ładowania. W takich ładowarkach można z pełnym zaufaniem trzymać akumulator nawet dłuższy czas. Przy ładowarkach z małym prądem ładującym powinien akumulator nie być nimi ładowany przez kilka dni.

  3. nie przegrzewać akumulatorów

    Wszystkie akumulatory są mniej lub bardziej wrażliwe na temperaturę. Dlatego też, nigdy nie kładz zimnego akumulatora do szybko-ładowarki lecz daj mu wpierw szansę ogrzania się (lub ewentualnie ostudzenia) do temperatury pokojowej. Niektóre ładowarki sprawdzają temperaturę akumulatora i nie pozwalają przy niskich lub wysokich temperaturach na szybko-ładowanie.

  4. trenuj twój akumulator przez długotrwałe używanie

    Akumulatory potrzebują treningu, gdyż w przeciwnym wypadku stają się ospałe i leniwe (krótki czas pracy). Tylko wtedy kiedy akumulatory są używane w dłogotrwałych okresach oczekiwania lub długich rozmowach zachowują one swoją wydajność. Najlepie używaj telefonu bez doładowywania dopóty dopóki pipczącem dzwiękiem da ci on znać, że już prąd mu się kończy. Dopiero wtedy ładuj akumulator. Żeby nie popaść w głód energetyczny (ten akumulator się skończył a trzeba rozmawiać) zaopatrz się w akumulator zastępczy - czyli drugi akumulator na wymianę.

  5. dla niklowo-kadmowych stosuj cykl dnia i nocy

    Dla akumulatorów niklowo-kadmowych zaleca się następujący cykl ładowania: tankujesz akumulator w nocy a przez cały dzień używasz go bez ładowania (bez ładowarki czy to stołowej czy też podróżnej). Ważne są w każdym wypadku długie cykle roz- i naładowywania.

  6. jeśli akumulator ma krótkie czasy pracy to zastosuj kurację akumulatora

    Jeśli telefon się wyłącza po krótkim czasie pracy pomoże tylko stanowcza kuracja: akumulator zatankować do pełna, akumulator do końca rozładować (niektóre ładowarki mają przycisk do rozładowywania do końca), znowu do pełna naładować i znowu rozładować do końca. Za każdym takim przebiegiem polepsza się pojemność akumulatora. Jeśli mimo tej kuracji akumulator nadal jest w stanie poprzednim - kuracja nie pomogła - to jest on ostatecznie zużyty i musi zostać wymieniony.

  7. używaj wszystkich funkcji oszczędzających energię dostępnych w telefonie komórkowym

    Jak wiadomo najnowsze generacje telefonów GSM są wykonywane w technologii trzywoltowej co umożliwia duże zaoszczędzanie energii. Niemniej jednak już telefony wcześniejszych generacji są wyposażane w Discontinous Transmission Exchange = DTX), które należy, jeśli jest dostępne, aktywować. Jest to nieciągła wymiana transmisji - funkcja, która oszczędza akumulator poprzez przerwy. Rozpoznawanie aktywności rozmów w telefonie kontroluje połączenie telefoniczne i wykrywa chwile w których nikt nic nie mówi lub gdy tylko jedna strona mówi. W czasie tych przerw nadajnik telefonu zostaje praktycznie wyłączany. Jak tylko zaczyna się mówić to telefon włącza od razu nadajnik. Czasy rozmów i gotowości można w ten sposób wydłużyć o 40 procent.


co trzeba wiedzieć o akumulatorach zastępczych


Jednym z podstawowych zaleceń praktycznych dotyczących używania podręcznych telefonów komórkowych jest to, które mówi, że oprócz akumulatora, który otrzymuje się wraz z aparatem powinno się zakupić akumulator zastępczy - czyli drugi akumulator do telefonu. Dzięki akumulatorowi zastępczemu można uniknąć nie pożądanej sytuacji w której to kończy nam się akumulator a nie możemy lub nie chcemy ze względu na sytuację wkładać go lub telefonu do ładowarki. Posiadanie akumulatora zastępczego rozwiązuje ten problem. Akumulator zastępczy może też być o zwiększonej w stosunku do standardowej pojemności - przydaje się to w podróżach zwłaszcza.

Kto chce zakupić akumulator zastępczy ma problem: kupić akumulator od producenta telefonu (z symbolem producenta telefonu) czy też od innej firmy. Istnieje wielu producentów akumulatorów i akcesoriów, które w swojej ofercie mają akumulatory pasujące do bieżących modeli telefonów komórkowych. W instrukcji użytkowania telefonu producenci zwykle zalecają używanie tylko firmowych akumulatorów. Nie znaczy to jednak, że niezależni producenci muszą być ogólnie gorsi. Czasami mogą być trochę lepsi a na pewno tańsi.

Można więc spokojnie stwierdzić, że również producenci nie produkujący telefonów komórkowych mają dobre akumulatory. Tylko niektórzy producenci komórkowych aparatów telefonicznych robią je sami - z reguły kupują oni akumulatory u wyspecjalizowanych w nich firm. Nie tylko gorsze mogą być takie akumulatory - wręcz przeciwnie: dostępne są akumulatory od nie-producentów telefonów, które mają lepsze osiągi niż akumulatory seryjne i lepszą jakość wykonania.

Z drugiej strony nie każdy akumulator pochodzi od ekspertów akumulatorowych czyli wyspecjalizowanej w niej firmy na wysokim poziomie. Niektórzy dostawcy akcesoriów do telefonów komórkowych zlecają produkcję firmom z Azji Wschodniej, a tam czasami akumulatory te budowane są z najtańszych części.

Na pierwszy rzut oka te niskiej jakości akumulatory trudno jest odróżnić od wysokojakościowych wyrobów. Są jednak pewne rzeczy na które powinieneś uważać i odpowiednio wypytywać sprzedawcę.

Jakość ukazuje się w szczegółach. Tak więc wartościowe akumulatory posiadają zabezpieczenie przeciwzwarciowe - przy transportowaniu akumulatora może zawsze przy nie uwadze wystąpić jego zwarcie, które mogłoby by go uszkodzić (zalecam trzymanie akumulatora zastępczego w torebce foliowej). Dalej takie akumulatory powinny posiadać termostat, który strzeże temperatury akumulatora i przy przegrzewaniu przerywa proces ładowania, żeby uniknąć przeładowania. Dalej takie akumulatory powinny posiadać odporną na pęknięcia obudowę, zbudowaną z odpornego na uderzenia, nie palnego tworzywa sztucznego. Akumulatory w telefonach komórkowych stanowią zwykle część obudowy i nie są chowane w jej wnętrzu - ma to znaczenie o tyle, że dotykając telefonu dotyka się też akumulatora a wiadomo, że niektóre plastyki nie są przyjemne w dotyku.

Należy jednak zwracać uwagę nie tylko na zewnętrzną odporność na ciepło. Przykładowo w samochodzie akumulatory mogą być poddane działaniu wysokiej temperatury. Jeśli wewnątrz akumulatora poszczególne komórki akumulatorowe są zamontowane materiałem podatnym na temperatury może to doprowadzić do rozłożenia całej struktury i wskutek tego do do uszkodzenia akumulatora i elektroniki.

Na rysunku powyżej widać polyswitch w wysokojakościowym akumulatorze, który zapobiega niebezpiecznym skutkom zwarcia, które może być spowodowane na przykład kontaktem z pękiem kluczy w kieszeni.

Termostat pokazany na powyższym rysunku dba o to, że uszkodzone ładowarki nie mogą przegrzać akumulatora.

W tanim akumulatorze:

okablowanie leży w nieporządku, komórki akumulatorowe są przymocowywane najczęściej nie odporną na ciepło taśmą klejącą.

Akumulator wysokojakościowy:

odróżnia się już w jakości wykonania. Zamiast taśmy klejącej użyto specjalny odporny na ciepło klej. Okablowanie składa się z elastycznej blachy i nie może się rozerwać.

efekt pamięciowy

Efekt pamięciowy występuje tylko przy akumulatorach niklowo-kadmowych. Techniczne uzasadnienie: jeśli akumulatory niklowo-kadmowe doładowywujesz zanim zostaną one całkowicie opróżnione to powstają na elektrodzie małe kryształy. Przy wielokrotnym powtarzaniu takiego doładowywania kryształy te grupują się i tworzą warstwę, która będzie coraz to grubsza. Dostępna z akumulatora energia zmniejsza się przez to coraz bardziej, akumulator traci swoją wydajność. Żeby uniknąć efektu pamięciowego muszą być akumulatory niklowo-kadmowe przed każdym ładowaniem rozładowane.

Przyjrzyjmy się efektowi pamięciowemu na wykresie pomiarowym:

Typowe rozładowanie akumulatora obciążonego efektem pamięciowym (linia ciągła) zaczyna się dokładnie tak samo jak akumulatora "zdrowego" (linia przerywana). Jednak napięcie elektryczne U w "akumulatorze pamięciowym" opada wcześniej gwałtownie poniżej wartości tak zwanego napięcia odłączania (linia pozioma). Telefon wyłącza się zatem już w punkcie czasowym t_2. Zdrowy akumulator wytrzymałby z tym samym napięciem do punktu czasowego t_1. Stracone przez efekt pamięciowy napięcie ładowania ( różnica napięć U_D) wynosi zatem aż do 300 mV.

efekt leniwej baterii


Efekt leniwej baterii jest jednym z wielu powodów, który prowadzi do zmniejszenia pojemności. Może on występować przy wszystkich ponownie ładowalnych systemach. Dochodzi tu, tak jak przy efekcie pamięciowym, do krótszego czasu rozładowania, spowodowanego obniżeniem napięcia ładującego. Napięcie to wprawdzie obniża się tylko o 20 do 80 mV. Temu efektowi można zapobiegać w ten sposób, że twój akumulator od czasu do czasu (np. raz na tydzień) całkowicie rozładujesz (niektóre ładowarki mają przycisk "pełne rozładowanie") i ponownie naładujesz. W przeciwieństwie do efektu pamięciowego efekt leniwej baterii nie szkodzi jednak akumulatorowi. Poprzez "cykle" - czyli pełne rozładowania i ponowne naładowania daje się całkowitą wydajność akumulatora ponownie odzyskać.

Przyjrzyjmy się efektowi leniwej baterii na wykresie pomiarowym:

W przeciwieństwie do efektu pamięciowego krzywa "leniwego" akumulatora przebiega w przybliżeniu równolegle do krzywej akumulatora o pełnej funkcji przechowywania energii. Wprawdzie napięcie opada już na początku rozładowania trochę szybciej. Jednak już po krótkim czasie przebieg krzywej aż do osiągnięcia napięcia odłączania wygląda normalnie. Niemniej jednak w rezultacie telefon odłącza się trochę wcześniej niż zwykle. Różnica między t_1 i t_2 jest jednak całkiem mała. Także stracone napięcie wynosi z reguły tylko od 20 do 80 mV.

właściwa ładowarka


Dla zachowania długotrwałej wydajności akumulatora jakość ładowarki gra dużą rolę. W końcu akumulatory można poważnie uszkadzać nie tylko poprzez stałe przedwczesne doładowywania lecz również przez przeładowywania. Kto ma akumulator litowo-jonowy nie ma się co martwić: te akumulatory posiadają własną aktywną elektronikę ładowania, która sama przerywa przebieg ładowania kiedy akumulator jest pełny. Natomiast posiadacze akumulatorów niklowo-kadmowych i niklowo-wodorkowych powinni również przy ładowarce uważać na to, żeby akumulatory nie zostały uszkodzone. Wprawdzie większość firmowych ładowarek posiada odpowiednią elektronikę wyłączającą ładowanie (to nie jest oczywiste i automatyczne !) to jednak elektronika ta może czasami zawodzić i nie pracować jak się tego oczekuje co może w takim przypadku doprowadzić do uszkodzenia akumulatora.

Przy powolnym ładowaniu nie ma niebezpieczeństwa. Ogólnie powinny akumulatory być dopóty ładowane dopóki są pełne. Gdy akumulator osiąga swoją pojemność znamionową (potocznie: "jest pełny") i jest mimo to dalej ładowany to komórki akumulatorowe się ogrzewają i mogą ulec uszkodzeniu. Żeby tego uniknąć ładowarki posiadają układy odłączające.

Ogólnie można rozróżnić dwie różne techniki ładowania. Tak zwane ładowanie normalne trwa dwanaście godzin lub więcej, podczas gdy ładowanie szybkie potrafi trwać na przykład jedną godzinę lub 45 minut. Różnica pomiędzy oboma technikami polega na tym, że przy ładowaniu szybkim ładowarka używa do ładowania większęgo prądu.

W przeciwieństwie do szeroko rozpowszechnionych uprzedzeń ładowanie szybkie nie szkodzi akumulatorowi. Oczywiście pod warunkiem, że elektronika odłączająca działa na czas. Czym szybsze jest ładowanie tym precyzyjniej musi działać te zabezpieczenie przed przeładowaniem. Z drugiej strony oznacza to, że akumulatory, które ładowane są wolno - małym prądem - nie mają problemu gdy zostaną kilka godzin przeładowane. Przy "dziesięciogodzinnym prądzie" - a więc prądzie ładowania, który wynosi tylko jedną dziesiątą pojemności akumulatora, może być on do 100 godzin przeładowany bez wystąpienia szkód. Takie ładowarki spotyka się jednak raczej przy telefonach bezprzewodowych niż przy telefonach komórkowych. W takim przypadku praktycznie nie występuje niebezpieczeństwo przeładowania. Takie ładowarki posiadają często prosty timer, który wyłącza przebieg ładowania po pewnym ustalonym czasie w ramach tego dużego zakresu tolerancji - tak, że akumulator jest całkowicie naładowany ale nie przeładowany szkodliwie.

Inaczej wygląda sytuacja w szybkoładowarkach, takich jak to najczęściej występują przy podręcznych telefonach komórkowych. Przebieg ładowania trwa tutaj często jedną a góra dwie godziny. Używane prądy ładowania są tak mocne, że akumulatorowi w ogóle nie wolno być przeładowywanym. Z tego też wzlgędu jest ważnym by szybkoładowarka posiadała odpowiednio zaawansowaną i pewną (taką na której można polegać) elektronikę.

Układy odłączające używają najczęściej te trzy techniki: Co powinna posiadać dobra ładowarka





Dodatkowo zaleca się korzystanie z ładowarek stołowych. Mają one zwykle połączenie poprzez zewnętrzne styki w telefonie - bez wkładania wtyczki do gniazdka w telefonie tak jak to jest w ładowarkach podróżnych. Zdarza się, że mocno używane telefony komórkowe mają obłamaną blaszkę w gniazdku ładującym poprzez częste używanie ładowarki podróżnej. Ładowarka podróżna pozwala uniknąć takich uszkodzeń.

co trzeba wiedzieć o akumulatorach


Ładowanie



Technika



Wydajność



Przechowywanie





Copyright 1996-97 by Jacek Rutkowski, jpzr - j.rutkowski@ieee.org. All rights reserved.
No telephone call will be rejected by me at any time. My current mobile telephone number can be found here.