Батареи в мобильных устройствах: Все, что нужно знать. Аккумуляторы в смартфонах: основные виды, их плюсы и минусы Что находится в аккумуляторе телефона
Статьи и Лайфхаки
Содержание :1.
2.
3.
4.
5.
6.
Год от года аккумуляторы в смартфонах становятся всё более совершенными: увеличивается их емкость, уменьшаются вес и габариты, исчезают недостатки.
Не стоит забывать и про экологическую безопасность, ведь эта деталь считается наиболее «грязной» в современных гаджетах.
Посмотрим, какие же «батарейки» можно встретить сегодня в мобильных устройствах.
Основные виды аккумуляторов
На протяжении истории развития сотовых телефонов в них использовалось четыре вида батарей :- никель-кадмиевые;
- никель-металлогибридные;
- литий-ионные;
- литий-полимерные.
Этот тип источников питания пришел еще из домобильной эры. Первые образцы известны с конца XIX века. До конца минувшего столетия промышленники предпринимали многочисленные попытки избавиться от присущих им недостатков, и в какой-то мере им это удалось.
Так или иначе, особого выбора у разработчиков первых мобильных устройств просто не было. Основные претензии заключались в следующем :
- использование в конструкции вредных для здоровья человека токсичных металлов;
- недостаточная емкость батареи;
- ограниченное число циклов заряда/разряда;
- низкая технологичность в производстве, приводящая к повышению себестоимости;
- так называемый «эффект памяти».
Имелись у таких источников питания и плюсы – широкий диапазон рабочих температур. Тем не менее, минусов было существенно больше, и при попытке справиться с ними был создан следующий тип батареи.
В них отсутствовал токсичный кадмий, при одном упоминании о котором с особо впечатлительными защитниками природы случается истерика. Кроме того, эффект памяти был выражен значительно слабее.
Также повысилась и емкость, а себестоимость, напротив, немного снизилась. Но были по сравнению с NiCd аккумуляторами и серьезные недостатки :
- необходимость использования сложного зарядного устройства;
- уменьшение числа циклов заряда/разряда.
Этот тип батарей вызвал настоящую революцию в мире гаджетов.
Отныне длительность их работы в режиме ожидания возросла в разы. Исчез и набивший оскомину эффект памяти, хотя некоторые особо продвинутые пользователи по старой памяти продолжают «тренировать» аккумуляторы своих девайсов.
Большинство представленных сегодня на рынке моделей смартфонов оснащено именно этим типом аккумулятора.
Но есть у них и недостатки, причем достаточно неприятные :
- Узкий диапазон рабочих температур.
- Потенциальная опасность разрушения батареи при глубоком разряде или перезарядке.
- Быстрое «старение», спустя 2-3 года выводящее аккумулятор из строя.
- Довольно высокая себестоимость.
Прежде всего, их не устраивала достаточно высокая себестоимость, поэтому был создан очередной тип батареи.
В них взрывоопасный электролит уступил место полимерной массе. Цена таких источников питания снизилась незначительно, главным образом – из-за необходимости использования более сложных защитных схем. Мощность тоже не слишком увеличилась.
Но зато твердый полимер хорош тем, что развязал руки дизайнерам, позволив по своему усмотрению выбирать форму и размер элемента. Приблизительно в это время появилось множество сверхтонких моделей смартфонов с несъемными аккумуляторами.
Оба типа литиевых батарей имеют общий недостаток: вне зависимости от интенсивности использования и числа циклов заряда/разряда их емкость постепенно снижается. И уже спустя пару лет гаджет со спокойной совестью можно выбрасывать. Или, скажем, повесить на стену в качестве экзотического украшения.
Считается, что литий-полимерный тип чуть менее «живучий», но эта информация – из разряда мифов, встречаются примеры, как подтверждающие, так и опровергающие это утверждение. Так что наверняка отличить правду от вымысла не представляется возможным.
Технология быстрой зарядки
Нередко от продавцов, предлагающих купить смартфон, можно услышать о некоем аккумуляторе с функцией быстрой зарядки. Особо продвинутые пугают покупателей еще и внушительно звучащим Qualcomm Quick Charge, а самые матерые добавляют еще и версию – 2.0 или 3.0. Что же это за чудо-батареи такие?
В действительности никакого отношения к типу источника питания эта технология не имеет. Она всего лишь позволяет использовать увеличенную силу тока, благодаря чему время зарядки существенно сокращается.
А чтобы не возник губительный перезаряд и зарядка осуществлялась правильно – следит чипсет, в котором, собственно, эта технология и реализована. На сегодняшний день она отлично отработана, и угрозы гаджету при ее использовании не возникает.
Подводя итоги, можно сказать : основными типами аккумуляторов в смартфонах сегодня являются литий-ионные (Li-Ion) и литий-полимерные (Li-Pol). В моделях мобильных устройств можно встретить как те, так и другие, и какой-то альтернативы им в обозримом будущем не просматривается.
Но зато массовое внедрение таких батарей превратило литий в стратегически значимый элемент, а страны, располагающие залежами минералов, его содержащих – в объекты коммерческого (и не только) интереса транснационального капитала.
Ушли в прошлое времена, когда аккумуляторные батареи для сотовых телефонов собирали аналогично автомобильным, только в миниатюре. Лишь 20 лет назад аккумулятор сотового телефона был устроен из частей как бы повторяющих весь комплекс устройств большего собрата. На рисунке показан разрез одного из таких элементов.
Наука и практика совместными усилиями продвигает технический прогресс. В 1991 году появились литий-ионные аккумуляторы, в которых катодный материал электродов наносится на алюминиевую фольгу, анодный - на медную.
Ионы лития, под воздействием электрического тока, внедряются в кристаллическую решетку графита и образуют с молекулами углерода химические связи. При разрыве этих связей высвобождается энергия, превращающаяся на полюсах батареи в электрический ток.
В последние годы появились литий-полимерные аккумуляторы.
На схеме видно как просто устроен такой аккумулятор для сотового телефона.
Банки аккумулятора телефона
Банки аккумулятора – это мягкие пластиковые пакеты, заполненные раствором лития в полимере, по консистенции похожим на сметану. Для контроля за состоянием батареи к банкам подключен контроллер. Он устроен в виде электронной платы и может ограничивать подключение зарядного устройства, не соответствующего по параметрам, и аккумулятор сотового телефона заряжаться не будет, как бы мы ни старались. Вместо обычных 2 контактов для соединения с платой сотового телефона в устройстве аккумулятора применяется коннектор – многополюсное соединение.
Как устроен аккумулятор телефона и принцип его работы
Процесс накапливания и отдачи энергии таких источников постоянного тока аналогичен литий-ионным аккумуляторам, но их производство гораздо дешевле, хотя по некоторым характеристикам они проигрывают своим предшественникам.
Основные предосторожности, которые нужно соблюдать при использовании малогабаритных телефонных аккумуляторов, ничем не отличаются от эксплуатационных мер безопасности кислотных или щелочных источников постоянного тока, устанавливаемых на автомобилях. Заряд повышенным напряжением, приводящим к перегреву или короткое замыкание банок аккумулятора может привести к пожару. А от маленькой искры, как известно, разгорается большое пламя.
Именно поэтому на каждом аккумуляторе установлен контроллер батареи, отключающий зарядку при достижении определенного значения и выключающий телефон, когда разрядка доходит до критической черты.
Сегодня редко встретишь устройство, работающее от механической энергии, – подавляющее большинство гаджетов питается электричеством. Аккумуляторы стали неотъемлемой частью электронных девайсов. Как устроена батарейка? Попробуем разобраться.
Существует много разновидностей аккумуляторов, но в бытовой электронике чаще всего применяются никель-кадмиевые (NiCd), никель-металл-гидридные (NiMh) и литий-ионные (Li-Ion) батареи.
Дольше всего используются NiCd-аккумуляторы благодаря своей простоте в изготовлении, эксплуатации и хранении. До сих пор NiCd-аккумуляторы остаются наиболее популярными для питания радиостанций, медицинского оборудования, профессиональных видеокамер и мощных инструментов.
NiMH-аккумулятор, по сравнению с NiCd, выделяет значительно большее количество тепла во время заряда. Ему также требуется более сложный алгоритм определения момента полного заряда. Поэтому большинство NiMH-аккумуляторов оборудовано внутренним температурным датчиком. Кроме того, NiMH-аккумулятор не может заряжаться быстро – время заряда обычно вдвое больше, чем у NiCd. Но зато их емкость больше, чем у NiCd.
Характеристики Li-Ion-аккумуляторов вдвое превышают показатели NiCd- аккумуляторов в пересчете на один килограмм веса. Именно поэтому Li-Ion-батареи используются во всех ноутбуках и телефонах, где важен вес и время автономной работы.
Как работает аккумулятор?
Аккумуляторы и батарейки работают благодаря разности напряжения между двумя металлическими пластинами, погруженными в раствор электролита. Впервые источник тока, работающий по такому принципу, был создан в XIX веке. Одна пластина в нем была медной, вторая – цинковой, которая очень быстро растворялась.
Разность напряжений можно объяснить на примере аналогии с двумя емкостями с жидкостью, которые соединены трубкой. Чтобы вода в трубке начала двигаться, нужно создать разность уровней, например, поднять одну емкость выше другой. Постепенно вода перетечет из левой бутылки в правую. Когда уровни сравняются, ток воды прекращается. Для аккумулятора это значит полный разряд.
Чтобы его перезарядить, надо вернуть воду в первоначальную емкость. Например, с помощью черпачка или чашки. Если вычерпывать воду из правой бутылки и выливать ее в левую, аккумулятор будет заряжаться. Конечно, вычерпывать нужно с такой же скоростью, с какой вода вытекает по шлангу. Иначе опять аккумулятор разрядится.
Конструктивно же сам аккумулятор – предельно простое устройство. Это два длинных листка из графита и из оксида лития с кобальтом. Они смазываются электролитом и сворачиваются в рулон. Литий-ионный аккумулятор готов.
Мифы об аккумуляторах
Распространено мнение, что сразу после покупки Li-Ion-аккумулятор нужно «раскачать» – провести несколько циклов полного заряда-разряда. Обычно – от трех до пяти. Этот миф не очень вредный для аккумуляторов, но, тем не менее, тратит его циклы работы.
Свойство Li-Ion-аккумуляторов заключается в том, что они не имеют эффекта памяти, как это было с NiCd-батареями. Этот эффект заключался в том, что если зарядить не до конца разряженный NiCd-аккумулятор, его емкость падала. Li-Ion такой особенности не имеет. Более того, производитель гарантирует, что емкость аккумулятора не снизится за 300 циклов разряда-заряда.
Еще раз: плеер, телефон, рацию, кпк, планшет, часы или любой другой мобильный девайс с Li-Ion «тренировать» бесполезно.
Аккумуляторы Li-Ion вообще не любят слишком большого заряда и разряда. Производитель гарантирует 300 циклов, но это не значит, что на 301 цикл батарею можно выбрасывать. Все будет зависеть от условий эксплуатации. «Тепличными» условиями для Li-Ion является максимальный заряд до 80%, а минимальный разряд – до 40%. Некоторые модели ноутбуков позволяют выставить эти параметры в сервисном ПО, продлевая «жизнь» батарее. Также аккумуляторы безвозвратно теряют емкость при температуре ниже нуля градусов и при нагреве выше +40 градусов. Поэтому гаджеты лучше беречь от мороза и высокого нагрева.
У всех аккумуляторных батарей, которые используются в мобильных устройствах, с краю имеются контакты. С помощью них производится процесс зарядки. В статье разбираются вопросы: за что отвечают каждый из контактов и чем отличается питание трехконтактных от четырёхконтактных батарей. Рассматривается, какую функцию они выполняют, как помогают лучше функционировать.
Содрежание
Зачем 3 контакта на аккумуляторе телефона
В зависимости от схемы питания, создается определённое количество разъемов. Два, три или четыре. Которые слева и справа обозначают + и -, что определяет положительный, отрицательный вывод питания. Третий, средний контакт, присутствует на батарее в качестве источника передачи служебной информации, куда входит: состояние заряда, температура и другие полезные данные.
За температуру отвечает датчик, встроенный в аккумулятор. За контроль заряда контроллер. Датчик контролирует температуру во время процесса заряда. Он передаёт информацию о заряде в процентах, отключает в случае перезаряда или переразряда. Процесс позволяет продлить срок эксплуатации, что допускает не тратить деньги на новую АКБ. Актуальный вопрос для владельцев, у которых несьёмный аккумулятор.
В «навороченных» смартфонах третий контакт передаёт информацию о технических характеристиках: серийный номер, информацию о телефоне, о производителе и прочее.
Важно! Именно li-ion аккумуляторы для мобильных устройств оснащаются третьим разъемом, по причинам, описанным выше.
Зачем 4 контакта на аккумуляторе телефона
Если на трехконтактных батареях третий (средний) вывод отвечает за контроль температуры, перезаряда, передачи служебной информации, то четвертый вывод, возможно, забирает на себя часть функций третьего контакта, как на подобных телефонах.
Важно! В этом случае нельзя точно ответить, за что конкретно отвечает третий разъем, а за что четвертый. Производители зарядных устройств не афиширует этот вопрос.
На мобильных устройствах 4 контакт может играть роль защиты, когда он вставлен не в «родное» устройство. Не произойдёт процесса зарядки, потому что информация, передаваемая через этот контакт, не будет соответствовать той, которая используется в «настоящем» устройстве. Например, у вас телефон Samsung. И вы не можете найти к нему батарею той же марки. Ищите аналог, который подходит. Возможно, в нем похожая схема расположения элементов питания, как и лицензионная батарейка марки.
Прочитав статью, становится понятно, что третий и четвертый контакт на батарее мобильного устройства играет важную роль. Помогает предохранять от перезаряда и переразряда. Сбрасывает информацию процессору. Продлевает время эксплуатации телефона, что важно в повседневной жизни, когда без смартфона уже даже некомфортно выходить на улицу. Работоспособность полностью зависит от заряда, поэтому так важно знать, для чего используются все представленные на аккумуляторе разъемы. Пригодится, когда потребуется разобраться с зарядкой другого аппарата.
Зачем аккумулятору на цифровой технике 3 контакта, если он может заряжаться и от двух?
Третий контакт используется для передачи данных по протоколу 1-Wire (на аккумуляторах с 4 и более контактами, например, в ноутбуках, используется i2c протокол).
В аккумуляторе встроен датчик температуры и контроллер контроля заряда, который сообщает заряд в процентах и способен отключать аккумулятор в случае переразряда или перезаряда. Есть и более тупые аккумуляторы, где третий пин заведён на термистор и служит только для измерения температуры.
На аккумулятор также может возлагаться и более крутая функциональность. В фотоапаратах Sony аккумулятор рулил подсветкой дисплея, в PSP аккумулятор управлял сервисным режимом запуска приставки, в последней ревизии туда засунули даже AES шифрование и обмен ключами. Да, всё это на третьем контакте.
И что происходит с аккумулятором, когда он зарядился до максимума и его оставили заряжаться дальше, включенным в сеть? У зарядного устройства есть какой-нибудь предохранительный режим после полной зарядки аккумулятора?
заряд литиевого аккумулятора происходит по схеме CC-CV (Constant Current - Constant Voltage). На начальном этапе зарядки, зарядное устройство следит, чтобы зарядный ток не выходил за пределы допустимого (обычно порядка 1C, то есть примерно равному емкости аккумулятора в mAh). Как только напряжение аккумулятора подходит к максимально допустимому (4.2 В для обычных, иногда 4.35 В для аккумов повышенной емкости, 3.6 В для высокотоковых LiFePO4), зарядка ограничивает ток, чтобы напряжение не превышало эту планку. То есть сама зарядка следит, чтобы перезаряда никогда не случилось. Можно сравнить с наполнением ведра сначала быстрым потоком воды, насколько позволяет шланг, потом всё уменьшая поток воды, чтобы плещущаяся вода не переливалась через край, в конце аккуратно по капельке добавляют чтоб полностью наполнить и не пролить....
И скорость зарядки аккумулятора зависит от диаметра проводов в трансформаторе зарядки?
Их же там соотношение 230 на первичной и 6 на вторичной?
В современных зарядниках стоят импульсные преобразователи, никаких трансформаторов. Скорость зарядки ограничена 1) максимальным током, что может выдать зарядка, 2) максимальным током, что может принять телефон, 3) проводами, через которые идёт зарядка. Обычный USB может пропустить не более 2 ампера, дальше пойдёт перегреваться и небезопасно. Вместо повышения зарядного тока, производители пошли по пути повышения напряжения. Зарядка выдаёт 12 вольт, телефон внутри преобразует в меньшее напряжение, с большим током. В итоге и провод не греется, и потерь меньше. А ещё чем больше емкость аккума телефона, тем большим током его можно заряжать, больше энергии накопится на начальном этапе заряда....
Черт, что-то много написал. Позадавайте уточняющих вопросов, чтоб всё подряд не описывать.