Устройство, эксплуатация и характеристики литий─ионных аккумуляторов. Как продлить жизненный цикл литий-ионных (Li-ion) аккумуляторов Срок службы батареи аккумулятора li ion

Литий-ионные аккумуляторы не столь «привередливы», как их никель-металл-гидридные собратья, но все равно требуют определенного ухода. Придерживаясь пяти простых правил , можно не только продлить жизненный цикл литий-ионных аккумуляторных батарей, но и повысить время работы мобильных устройств без подзарядки.

Не допускайте полного разряда. У литий-ионных аккумуляторов отсутствует так называемый эффект памяти, поэтому их можно и, более того, нужно заряжать, не дожидаясь разрядки до нуля. Многие производители рассчитывают срок жизни литий-ионного аккумулятора количеством циклов полного разряда (до 0%). Для качественных аккумуляторов это 400-600 циклов . Чтобы увеличить срок службы вашего литий-ионного аккумулятора, чаще заряжаете свой телефон. Оптимально, как только показатель заряда батареи опустится ниже отметки 10-20 процентов, можете ставить телефон на зарядку. Это увеличит количество циклов разряда до 1000-1100 .
Данный процесс специалисты описывают таким показателем как Глубина Разряда (Depth Of Discharge). Если ваш телефон разряжен до 20%, то Глубина Разряда составляет 80%. В нижеприведенной таблице показана зависимость количества циклов разряда литий-ионного аккумулятора от Глубины Разряда:

Разряжайте раз в 3 месяца. Полный заряд на протяжении длительного времени также же вреден для литий-ионных аккумуляторов, как и постоянная разрядка до нуля.
Из-за крайне нестабильного процесса заряда (мы часто заряжаем телефон как придется, и где получится, от USB, от розетки, от внешнего аккумулятора и тд.) специалисты рекомендуют раз в 3 месяца полностью разряжать аккумулятор и после этот заряжать до 100% и подержать на зарядке 8-12 часов. Это помогает сбросить так называемый верхний и нижний флаги заряда аккумулятора. Более подробно об этом можно прочитать .

Храните частично заряженными . Оптимальным состоянием для длительного хранения литий-ионного аккумулятора является уровень заряда от 30 до 50 процентов при температуре 15°C. Если же оставить батарею полностью заряженной, со временем ее емкость существенно снизится. А вот аккумулятор, который долгое время пылился на полке разряженным до нуля, скорее всего, уже не жилец – пора отправлять его на утилизацию.
В нижеприведенной таблице показано сколько остается емкости в литий-ионном аккумуляторе в зависимости от температуры хранения и уровня заряда при хранении в течение 1 года.

Используйте оригинальное зарядное устройство. Мало кто знает, что зарядное устройство в большинстве случаев встроено непосредственно внутрь мобильных устройств, а внешний сетевой адаптер лишь понижает напряжение и выпрямляет ток бытовой электросети, то есть напрямую на батарею не воздействует. Некоторые гаджеты, например цифровые фотокамеры, лишены встроенного зарядного устройства, и поэтому их литий-ионные аккумуляторы вставляют во внешний «зарядник». Вот тут-то использование внешнего зарядного устройства сомнительного качества вместо оригинального может негативно сказаться на работоспособности батареи.

Не допускайте перегрева. Ну а злейшим врагом литий-ионных аккумуляторов является высокая температура – перегрева они напрочь не переносят. Поэтому не допускайте попадания на мобильные устройства прямых солнечных лучей, а также не оставляйте их в непосредственной близости от источников тепла, например электрообогревателей. Максимально допустимые температуры, при которых возможно использование литий-ионных аккумуляторов: от –40°C до +50°C

Также, вы можете посмотреть

Читая "советы по эксплуатации" аккумуляторов на форумах невольно задумываешься - то ли люди физику с химией в школе прогуливали, то ли думают что правила эксплуатации свинцовых и ионных аккумуляторов одинаковые.
Начнем пожалуй с принципов работы Li-Ion аккумулятора. На пальцах все предельно просто - есть отрицательный электрод (сделаный обычно из меди), есть положительный (из алюминий), между ними находится пористое вещество (сепаратор), пропитанный электролитом (он предотвращает "самовольный" переход ионов лития между электродами):

Принцип работы основан на возможности ионов лития встраиваться в кристаллическую решетку различных материалов - обычно графита или оксида кремния - с образованием химических связей: соответственно при зарядке ионы встраиваются в кристаллическую решетку, тем самым накапливая заряд на одном электроде, при разрядке соответственно переходят обратно к другому элетроду, отдавая нужный нам электрон (кому интересно более точное объяснение происходящих процессов - гуглим интеркаляцию). В качестве электролита используются водосодержащие растворы, не содержащие свободного протона и устойчивые в широком диапазоне напряжений. Как видно в современных аккумуляторах все сделано достаточно безопасно - металлического лития нет, взрываться нечему, по сепаратору бегают только ионы.
Теперь, когда с принципом работы все стало более-менее понятно, перейдем к самым распростаренным мифам о Li-Ion аккумуляторах:

Миф первый. Li-Ion аккумулятор в устройстве нельзя разряжать до нуля процентов.
На деле все звучит правильно и согласуется с физикой - при разрядке до ~2.5 В Li-Ion аккумулятор начинает очень быстро деградировать, и даже одна такая разрядка может существенно (до 10%!) уменьшить его емкость. К тому же при разряде до такого напряжение штатным зарядником зарядить его уже не получится - при падении напряжения ячейки аккумулятора ниже ~3 В "умный" контроллер отключит ее как поврежденную, а если такие ячейки все - аккумулятор можно нести на помойку.
Но тут есть одно очень важное но, о котором все забывают: в телефонах, планшетах и других мобильных устройствах рабочий диапазон напряжений на аккумуляторе это 3.5-4.2 В. При опускании напряжения ниже 3.5 В индикатор показывает ноль процентов заряда и аппарат выключается, но до "критических" 2.5 В еще очень далеко. Это подтверждается тем что если подсоединить к такому "разряженному" аккумулятору светодиод то он может гореть еще долгое время (может кто-то помнит что раньше продавались телефоны с фонариками, которые включались кнопкой независимо от системы. Так вот там лампочка продолжала гореть и после разрядки и выключения телефона). То есть как видно при штатном использовании разрядки до 2.5 В не происходит, а значит разряжать акум до нуля процентов вполне можно.
Миф второй. При повреждении Li-Ion аккумуляторы взрываются.
Все мы помним "взрывной" Samsung Galaxy Note 7. Однако это скорее исключение из правил - да, литий очень активный металл, и взорвать его в воздухе нетрудно (а в воде он и сам очень ярко горит). Однако в современных аккумуляторах используется не литий, а его ионы, которые куда менее активны. Так что чтобы произошел взрыв нужно сильно постараться - или повредить заряжающийся аккумулятор физически (устроить короткое замыкание), или заряжать очень высоким напряжением (тогда он сам повредится, однако скорее всего контроллер банально сгорит сам и не даст заряжать аккумулятор). Поэтому если у вас вдруг в руках оказался поврежденный или дымящийся аккумулятор - не стоит бросать его на стол и убегать из комнаты с криками "мы все умрем" - просто положите его в металлическую тару и вынесите на балкон (чтобы не дышать химией) - аккумулятор будет тлеть какое-то время и потом потухнет. Главное - не заливать водой, ионы конечно менее активные чем литий, но все же какое-то количество водорода при реакции с водой так же выделится (а он любит взрываться).
Миф третий. При достижении на Li-Ion аккумуляторе 300(500/700/1000/100500) циклов он становится небезопасен и его нужно срочно менять.
Миф, к счастью все меньше и меньше гуляющий по форумам и не имеющий под собой вообще никакого физического или химического объяснения. Да, во время эксплуатации электроды окисляются и коррозируют, что уменьшает емкость аккумулятора, но ничем кроме меньшего времени автономной работы и нестабильного поведения на 10-20% заряда это вам не грозит.
Миф четвертый. С Li-Ion аккумуляторами нельзя работать на морозе.
Это скорее рекомендация, чем запрет. Многие производители запрещают использовать телефоны при отрицательное температуре, да и многие сталкивались с быстрым разрядом и вообще отключением телефонов на холоде. Объяснение этому очень простое: электролит - это водосодержащий гель, а что происходит с водой при отрицательных температурах все знают (да, она замерзает если что), тем самым выводя некоторую область аккумулятора из работы. Это приводит к падениею напряжения, а контроллер начинает считать это разрядкой. Аккумулятору это не полезно, но и не смертельно (после нагрева емкость вернется), так что если вам позарез нужно пользоваться телефоном в мороз (именно пользоваться - достать из теплого кармана, посмотреть время и спрятать назад не считается) то лучше зарядите его на 100% и включите любой процесс, нагружающий процессор - так охлаждение будет происходить медленнее.
Миф пятый. Вздувшийся Li-Ion аккумулятор опасен, его нужно срочно выкинуть.
Это не совсем миф, скорее предосторожность - вздувшийся аккумулятор может банально лопнуть. С химической точки зрения все просто: при процессе интеркаляции происходит разложение электродов и электролита, в результате чего выделяется газ(так же он может выделяться и при перезарядке, но об этом чуть ниже). Но его выделяется крайне мало, и чтобы аккумулятор казался вздутым должно пройти несколько тсотен (если не тысяч) циклов перезарядки (если конечно он не бракованный). Проблем избавиться от газа нет - достаточно проткнуть клапан (в некоторых аккумуляторах он сам открывается при избыточном давлении) и стравить его (дышать им не рекомендую), после чего можно замазать дырку эпоксидной смолой. Конечно былую емкость это аккумулятору не вернет, но хотя бы теперь он точно не лопнет.
Миф шестой. Li-Ion аккумуляторам вреден перезаряд.
А вот это уже не миф, а суровая реальность - при перезарядке велик шанс что аккумулятор вздуется, лопнет и загорится - поверьте, мало удовольствия быть забрызганным кипящим электролитом. Поэтому во всех аккумуляторах стоят контроллеры, банально не дающие зарядить аккумулятор выше определенного напряжения. Но тут надо быть крайне осторожным в выборе аккумулятора - контроллеры китайских поделок зачастую могут сбоить, а фейерверк из телефона в 3 часа ночи думаю вас не обрадует. Разумеется, такая же проблема есть и в брендовых аккумуляторах, но во-первых там такое случается гораздо реже, а во-вторых вам по гарантии поменяют весь телефон. Обычно этот миф порождает следующий:
Миф седьмой. При достижении 100% нужно снимать телефон с зарядки.
Из шестого мифа это кажется разумным, но на деле нет смысла вставать посреди ночи и снимать устройство с зарядки: во-первых сбои контроллера крайне редки, а во-вторых даже при достижении 100% на индикаторе аккумулятор еще некоторое время дозаряжается до самого-самого максимума низкими токами, что добавляет еще 1-3% емкости. Так что на деле не стоит так сильно перестраховываться.
Миф восемь. Заряжать устройство можно только оригинальным зарядником.
Миф имеет место быть по причине некачественности китайских зарядников - при нормальном напряжении в 5 +- 5% вольт они могут выдавать и 6, и 7 - контроллер, конечно, какое-то время будет сглаживать такое напряжение, однако в будущем оно в лучшем случае приведет к сгоранию контроллера, в худшем - к взрыву и (или) выходу из строя материнской платы. Бывает и обратное - под нагрузкой китайский зарядник выдает 3-4 вольта: это приведет к тому что аккумулятор не сможет зарядиться полностью.

Как видно из целой кучи заблуждений далеко не все имеют под собой научное объяснение, и еще меньше реально ухудшают характеристики аккумуляторов. Но это не значит что после прочтения моей статьи нужно бежать сломя голову и покупать дешевые китайские аккумуляторы за пару баксов - все-же для долговечности лучше взять или оригинальные, или качественные копии оригинальных.

Срок службы аккумулятора указывается в количестве циклов зарядки – разрядки. В большинстве случаев количество циклов равно 1000. Однако этот показатель вовсе не означает, что аккумулятор можно зарядить всего 1000 раз, поскольку цикл зарядки – разрядки и процесс подпитки аккумулятора это не одно и тоже. Например, если два раза зарядить смартфон или другой гаджет до половины – это будет означать два процесса зарядки и один цикл зарядки – разрядки.

Как увеличить срок службы литий – ионных аккумуляторов

Покупать в прок или про запас литий – ионные элементы питания не стоит, так как если батарея не используется длительное время, срок ее службы сокращается. Для того чтобы продлить срок службы, необходимо создать условия хранения. Аккумуляторы необходимо хранить при температуре 5 градусов по Цельсию при уровне заряда 40% и время от времени подзаряжать их.

Как правильно настроить уровень отображения заряда аккумулятора

Весьма распространенная байка о том, что емкость и срок службы новых аккумуляторов можно увеличить после нескольких полных циклов зарядки – разрядки. Это утверждение не совсем верное. В данном случае повышается точность отображения уровня заряда батареи, так как после подобной тренировки цифровой гаджет и аккумулятор как бы «притираются» друг к другу.

Калибровка выполняется следующим образом:

Необходимо полностью зарядить элемент питания цифрового устройства, затем почти полностью его разрядить и снова поставить на зарядку. При этом не следует допускать глубокой разрядки батареи. Калибровку рекомендуется проводить один раз в месяц.

Какие типы аккумуляторов следует разряжать полностью, а какие нет.

Никель – кадмиевые аккумуляторы страдают от так называемого эффекта памяти, из-за которого элемент питания быстро теряет емкость, если он был разряжен не полностью.

Литий – ионные аккумуляторы работают по противоположному принципу, глубокая их разрядка в лучшем случае ведет к частичной потере емкости, в худшем – к полной непригодности.

Потеря части энергии заряженных батарей

Отображаемая индикация батареи на цифровом фотоаппарате планшете или другом цифровом устройстве, после полной зарядки элементов питания быстро падает до уровня 90%. Виноват в этом отнюдь не аккумулятор, а схема контроля уровня заряда. Полностью заряженный литий – ионный аккумулятор довольно таки уязвим. Срок эксплуатации может значительно сократиться, если полностью зараженная батарея продолжит получать энергию. Поэтому схемы контроля заряда в современных устройствах снижают уровень на несколько процентов по завершению зарядки элемента питания. Чтобы владельцы гаджетов были уверены, что их устройство полностью готово к работе, после отключения от зарядного устройства, система управления показывает 100% уровень, и лишь спустя несколько минут отображает истинный уровень, равный примерно 90 – 95%.

Bump charging метод

Даже полностью заряженный литий – ионный элемент питания можно еще подзарядить на 10 – 15% используя метод bump charging (дословный перевод – поднять заряд).

Включите смартфон, планшет или другое устройство, где в качестве элементов питания используются литий – ионные аккумуляторы, и полностью зарядите его. После чего отключите зарядное устройство и сразу включите его снова. Если повторить вышеуказанную процедуру несколько раз, можно добиться увеличения заряда батареи. Данным методом не следует злоупотреблять, так как можно повредить ячейки элемента питания.

В настоящее время в смартфонах и планшетах используются аккумуляторы на основе лития - и литий-полимерные АКБ.

Каждый из них имеет свой ресурс, который зависит от правильности зарядки и условий эксплуатации. Еще существует понятие «цикл зарядки» - сегодня мы узнаем, что это такое.

Что такое цикл зарядки?

Цикл зарядки - совокупность процессов, связанных с наполнением аккумулятора энергией и его полной разрядкой. Их количество определяет, сколько раз можно зарядить и разрядить батарею.

Точных данных о количестве циклов для литиевых аккумуляторов нет, так как эти цифры могут меняться в зависимости от правильности использования. В среднем, ресурс таких элементов питания составляет 600-800 штук. Кому-то такой показатель может показаться небольшим, но если предположить ежедневную зарядку-разрядку, то 800 циклов - 800 суток, то есть больше двух лет.

Сколько циклов зарядки осталось?

Представим ситуацию, что в течение двух дней телефон оба раза разряжался на 50% и в обязательном порядке заряжался до 100%. В этом случае был использован 1 цикл заряда. Такие моменты могут повторяться регулярно, что приводит к более медленному исчерпанию циклов и продлевает ресурс аккумулятора. По этой причине многие специалисты рекомендуют не дожидаться глубокого разряда смартфона и регулярно ставить его на зарядку.

Между оставшимся запасом энергии в батарее и числом циклов есть зависимость. Оставшийся уровень заряда, % - оставшееся количество циклов:

90 - 4700.
75 - 2500.
50 - 1500.
0 - 500.

Из таблицы видно, что если ежедневно разряжать смартфон на 50%, то количество циклов заряда составит около 1500.

Как лучше заряжать смартфон?

Важно понимать, что нельзя держать полностью заряженный смартфон постоянно подключенным к зарядному устройству, например, . Нет, перезаряда не произойдет, так как контроллер зарядки прекратит поступление тока, но постоянное падение запаса энергии до 99% и наступающее следом пополнение до 100% приведет к снижению числа циклов заряда.

Лучше всего себя зарекомендовала подзарядка аккумулятора, которая происходит под контролем пользователя. Как только достигнут показатель 90-100%, нужно отключить гаджет от сети. Конечно, в повседневной жизни сложно обеспечить идеальные условия эксплуатации батареи, но надо стараться следовать .

На снижение количества возможных циклов заряда аккумулятора и уменьшение его емкости влияют следующие факторы:

перегрев АКБ;
регулярное исчерпание заряда до 0%;
использование неоригинального зарядного устройства ().

Даже если получится продлить жизнь батареи на 2-3 года, естественное старение его составляющих элементов все равно приведет к снижению емкости на 15-20%.