Эффект памяти аккумулятора

Эффект памяти аккумулятора

Эффектом памяти называется явление уменьшения первоначальной емкости аккумулятора из-за нарушения потребителем рекомендованного производителем режима эксплуатации. Свое название данный эффект получил благодаря его практическому проявлению: аккумулятор словно запоминает факт, что в прошлый раз его разрядили не до конца, что его полная емкость не была востребована, и в следующие разы отдает уже меньше энергии, чем когда он был новым, чем теоретически позволила бы его номинальная емкость.

Данному эффекту подвержены некоторые популярные типы аккумуляторов: литий-ионные, никель-кадмиевые и никель-металл-гидридные. Хорошая новость заключается в том, что на ранней стадии эффект памяти является обратимым, а у литий-ионных и вовсе проявляется незначительно. Так что если вы столкнулись с эффектом памяти у аккумулятора, то не спешите расстраиваться.

Давайте же уясним для себя, какие именно действия человека способствуют развитию у аккумулятора эффекта памяти и как не допустить этого неприятного явления.

Если вы решаете подзарядить аккумулятор который еще почти полностью заряжен или разряжен не более чем на половину емкости, то именно это и ведет к формированию и разрастанию эффекта памяти.

Правильными действиями будут такие: аккумулятор всегда следует разряжать почти полностью, и только после этого ставить на зарядку, тогда эффект памяти не разовьется, и в ярко выраженной форме себя не проявит.

Конечно не стоит допускать и глубокого разряда ячеек. В идеале лучше разряжать до минимального, рекомендованного производителем в документации, напряжения, и только потом заряжать. Скажем, для литий-ионных аккумуляторов нижняя граница разряда лежит в районе 2,5 вольт.

Физическая причина возникновения эффекта памяти заключается в том, что если аккумулятор систематически не разряжается полностью, то кристаллы активного вещества внутри него становятся все крупнее. Следовательно общая площадь активной рабочей поверхности элемента уменьшается.

Очевидно, что в новом аккумуляторе площадь поверхности активного вещества значительно больше, потому что кристаллические структуры изначально по размеру меньше. Значит и химической энергии аккумулятор в таком состоянии сможет запасти и отдать больше.

А когда объем кристаллов увеличивается, общая активная поверхность уменьшается, следовательно максимально доступный ток становится меньше и меньше, внутреннее сопротивление растет, в общем — снижается емкость аккумулятора.

В худшем случае крупные кристаллы засорят пространство между катодом и анодом настолько, что в конце концов интенсивность саморазряда лишит аккумулятор работоспособности. Кроме того острые кристаллы способны повредить сепаратор и сделать элемент полностью непригодным.

Чтобы пресечь развитие эффекта памяти на корню, необходимо всегда соблюдать правильный режим эксплуатации аккумулятора. Нужно полностью разрядить аккумулятор, и только после этого начинать заряжать.

В процессе зарядки не нужно превышать рекомендованный ток заряда, а в процессе разряда — рекомендованный ток разряда. Новый аккумулятор всегда необходимо потренировать прежде чем начинать использовать его по назначению: разрядить полностью, а потом полностью зарядить, и так два-три раза.

Данная тренировка позволит довести емкость аккумулятора до максимума. Лучше вообще использовать зарядные устройства оснащенные функцией предварительного доразряда батареи. Такое устройство, когда аккумулятор в него установлен, сначала нагружает его для разряда до минимума, и только когда ток разряда сильно упал – начинает заряжать.

Эффект памяти аккумулятора

Некоторые аккумуляторы обладают эффектом памяти. Это явление в значительной степени снижает эффективность работы источника питания. О том, что представляет собой этот процесс, как не допустить «запоминания» и что делать, если батарея уже работает в ограниченном режиме, будет подробно рассказано далее.

Что такое эффект памяти аккумулятора

Эффект памяти аккумулятора – это значительная потеря ёмкости батареи, в результате подзарядки не разрядившегося до конца элемента питания. Изделие как бы запоминает предыдущее значение ёмкости, при котором его установили на подзарядку и при последующей работе отдаёт электрический ток только до этого уровня.

Объяснить этот процесс можно не появлением когнитивных способностей у неодушевлённого предмета, а в результате увеличения кристаллов активного вещества.

Такая «патология» наиболее сильно проявляется в том случае, если некоторые виды перезаряжаемых АКБ устанавливаются на подзарядку до момента полной отдачи имеющегося запаса электрического тока. Если аккумулятор постоянно эксплуатируется в таком режиме, то изделие не только потеряет значительный запас ёмкости, но и может полностью выйти из строя.

Чтобы защитить себя от необходимости замены аккумуляторов необходимо вовремя заметить изменения в работе таких изделий. В общем, «симптомы» у различных моделей проявляется практически одинаково, поэтому не составит труда вовремя определить работу источника питания в нестандартном режиме.

Несмотря на ограниченное количество циклов работы таких устройств даже сильно поврежденные батареи, во многих случаях, можно восстановить с помощью специальной тренировки АКБ.

Как проявляется эффект памяти в аккумуляторах

Для того чтобы исключить вероятность образование памяти аккумулятора рекомендуется вначале правильно определить тип АКБ. Зная химический состав электролита и электродов несложно определить подверженность таких элементов эффекту разрастания кристаллов.

Читать еще:  Особенности дизайна кухни гостиной в частном доме

Ni-Mh. Практически все элементы питания, в состав которых входит никель, подвержены эффекту памяти. Батареи Ni-Mh не являются исключением из этого правила.

Достаточно один раз не разрядить полностью батарею, чтобы при следующем использовании ёмкость элемента значительно снизилось. Если гаджетом или инструментом пользуются часто, то проявляться такой эффект может в заметном снижении времени работы устройства.

Ni-Cd. Никель-кадмиевые изделия являются наиболее подверженными эффекту памяти элементами питания. Снижение ёмкости также проявляется в виде уменьшения времени работы. Такая особенность может проявляться даже при коротком периоде эксплуатации элементов, особенно у дешёвых моделей.

Li-Ion. Литий-ионные аккумуляторы являются современными химическими источниками электроэнергии, поэтому практически лишены эффекта памяти. Незначительные отклонения в ёмкости, как правило, связаны только с длительной эксплуатацией таких изделий или с очень интенсивным использованием

Li-Pol. Литий-полимерные изделия также лишены эффекта памяти. Такие изделия идеально подходят для устройств, которые используются время от времени и подзаряжаются задолго до полного израсходования энергии.

LiFePO4. Литий-железофосфатные элементы подвержены эффекту памяти. Несмотря на то, что снижение ёмкости в результате установки изделия на подзарядку до полного разряда не так значительно как в Ni-Mh и Ni-Cd батареях, достаточно один раз нарушить принцип полного израсходования энергии, чтобы запустит патологический процесс на катоде батарей этого типа.

Как не допустить эффекта памяти

Эффекта памяти в аккумуляторах наиболее подверженных подобной патологии очень просто не допустить. Для этого достаточно всегда разряжать батарею на 100%, прежде чем установить источник электроэнергии на подзарядку.

Если по тем или иным причинам осуществлять полный расход электроэнергии каждый раз не представляется возможным, то для профилактики рекомендуется полностью израсходовать запас время от времени, а затем полностью зарядить изделие током, рекомендуемым заводом-изготовителем АКБ.

Чтобы снизить вероятность образования эффекта памяти в никель-кадмиевых и никель-металлогидридных аккумуляторах рекомендуется перед эксплуатацией новых изделий «раскачать» их до необходимых значений ёмкости. Для этой цели достаточно полностью зарядить изделие током, которые не превышает значений, установленным заводом-изготовителем.

Затем разрядить устройство через не слишком мощный потребитель электроэнергии. Такая тренировка позволит полностью раскрыть потенциал устройства с самого начала эксплуатации и убрать начальные образования кристаллов на внутренних контактах батареи.

Умное зарядное устройство IMAX B6

Какие устройства наиболее подвержены проблеме

Эффект памяти проявляется особенно сильно в портативных устройствах, которые могут использоваться продолжительное время. Например, шуруповёрты, применяемые на неэлектрифицированных объектах заряжают до полного объёма, даже если запас электроэнергии не израсходован.

Это связано, прежде всего, с тем, что в процессе выполнения работ не будет возможности установить прибор на подзарядку. Аналогичная проблема наблюдается, если беспроводное устройство применяется периодически.

Рабочие, при наличии перерывов в использовании прибора, подключают его к сети через адаптер, что приводит к очень быстрому снижению эффективности работы источников питания.

Можно ли раскачать АКБ при снижении ёмкости

При снижении ёмкости Ni-Mh — Ni-Cd возможно в значительной степени восстановление этого параметра. Процедура по устранению эффекта памяти осуществляется в такой последовательности:

  • Разрядить элемент питания через не слишком мощный потребитель электроэнергии, до наличия на контактах изделия напряжения 0,8 – 1,0 Вольт. Измерить этот показатель можно с помощью мультиметра.
  • Установить аккумулятор в зарядное устройств и зарядить его на 100 процентов.
  • Повторить процесс заряд-разряда несколько раз.

Если эффект памяти – это последствия «недоразряда», который наблюдался в течение длительного времени, то возможно процесс зарядки потребуется осуществлять с применением более мощных ЗУ.

Если в процессе эксплуатации аккумуляторов эффект памяти явно не проявляется либо изделия хранятся длительное время без подзарядки, то тренировку, описанную выше, рекомендуется проводить в профилактических целях. Особенно хорошо проявляет себя такой подход при эксплуатации Ni-Mh и Ni-Cd батарей.

Остались вопросы или есть что добавить? Тогда напишите нам об этом в комментариях, это позволит сделает материал более полным и точным.

В настоящее время эффект памяти также обнаружен и в литий-ионных батареях

Это перевод статьи Memory effect now also found in lithium-ion batteries, размещенной учеными на официальном сайте института. Недавно прошла новость о том что и в литий-ионных батареях обнаружен эффект памяти. Просмотрев информацию поподробнее, ничего толкового, кроме коротких новостей (на русском), не нашел. Поэтому привожу перевод статьи с официального сайта.

Литий-ионные аккумуляторы являются высокопроизводительными накопителями энергии, используемые во многих электроприборах. Они могут хранить большое количество энергии в относительно небольшом объеме. Ранее было широко распространено мнение, что они не имеют эффекта памяти. Так эксперты называют отклонение в рабочем напряжение батареи, вызванные неполной зарядкой или разрядкой, в результате которой доступна только часть запасенной энергии, а так же невозможность точного определения уровня заряда аккумулятора. Ученые из Института Пауля Шерера (Paul Scherrer Institute), совместно с коллегами из научно-исследовательской лаборатории Toyota в Японии в настоящее время обнаружили, что широко используемый тип литий-ионных аккумуляторов имеет эффект памяти. Это открытие имеет особенно большое значение в использовании литий-ионных батарей на рынке электрических транспортных средств. Работа была опубликована 14 апреля 2013 года в научном журнале Nature Materials

Читать еще:  Замена мембраны в гидроаккумуляторе

Многие из наших повседневных устройств, которые работают от батареи, не всегда являются «умными» (smart), как это указано в рекламе, часто имеют эффект памяти. Например, электробритвы или электрические зубные щетки, которые заряжают до того, как они полностью разрядятся, в дальнейшем могут отомстить пользователю. Батареи помнят, что вы использовали только часть их емкости – и, в конце концов, уже не выдают свою полную энергию. Эксперты называют это «эффектом памяти», которая объясняется тем, что рабочее напряжение аккумулятора падает с течением времени из-за неполных зарядно-разрядных циклов. Это означает, что, несмотря на то, что батарея еще не разряжена, напряжение она поставляет иногда слишком низкое, чтобы содержать устройство в рабочем состоянии. Следовательно, эффект памяти, имеет два негативных последствия: во-первых, полезная емкость аккумулятора снижается, а во-вторых корреляция между напряжением и состоянием заряда смещается, так что последнее не может быть надежно определено на основе напряжения. Уже давно известно, что эффект памяти существует в никель-кадмиевых и никель-металлогидридных аккумуляторах. С тех пор как литий-ионные батареи начали успешно продаваться в 1990-х, существование эффекта памяти в этом типе батарей было исключено. Это новое исследование показывает, что мнение было ошибочным.

Последствия эффекта памяти для электрических и гибридных транспортных средств

Эффект памяти и отклонения связанные с ненормальным рабочим напряжением уже были подтверждены на одном из самых распространенных материалов, используемых в качестве положительного электрода в литий-ионных батареях, литий-фосфате железа (LiFePO4). С литий-фосфатом железа, напряжение остается практически неизменным в широком диапазоне от состояния заряда. Это означает, что даже небольшая аномалия в рабочем напряжении может быть неправильно истолкована (как существенное изменение заряда). Или, говоря по-другому: когда состояние заряда определяется по напряжению, большая ошибка может быть вызвана небольшим отклонением в напряжении. Существование эффекта памяти особенно актуально при учете использования литий-ионных батарей в секторе электротранспорта. В гибридных автомобилях, в частности, эффект может возникнуть из-за многих циклов зарядки/разрядки, которые происходят во время нормального режима работы. В таких транспортных средствах, батарея частично перезаряжается во время торможения двигателем и при работе в режиме генератора. И в свою очередь разряжается, и обычно лишь частично, во время фазы ускорения. Многочисленные последовательные циклы частичной зарядки и разрядки приводят к добавлению отдельных небольших эффектов памяти к большему эффекту памяти, так как демонстрирует это новое исследование. Это приводит к ошибке в оценке текущего состояния заряда батареи, в случае, когда состояние заряда рассчитывается на основе текущего значения напряжения.

Почему возникает эффект памяти
Барьер между «богатыми» и «бедными»
Необходима пауза для устранения данного эффекта

Время, которое проходит между зарядкой и разрядкой батареи, играет важную роль в определении состояния батареи в конце этих процессов. Зарядка и разрядка это процессы, которые изменяют термодинамическое равновесия батареи, а это равновесие может быть достигнуто через некоторое время. Ученые обнаружили, что достаточно длительный холостой ход может быть использован для удаления эффекта памяти. Тем не менее, в соответствии с моделью множества частиц, это происходит только при определенных условиях. Эффект памяти исчезнет только при достаточно длительном перерыве между циклами частичной зарядки и последующим полным разрядом. В таких случаях, группы частиц все еще отделены после полного разряда, но находятся на одной стороне потенциального барьера. Таким образом, разделение исчезнет, так как частицы достигнут состояния равновесия, в котором все они будут иметь одинаковое содержание лития. Для предотвращения эффекта памяти необходимо подождать после частичной зарядки и перед неполной разрядкой. В этом случае частицы будут на противоположных сторонах потенциального барьера, это предотвратит их обратное разделение на «литий-богатых» и «литий-бедных».

Согласно Петру Новаку (Petr Novak), руководителю Сектора хранения электрохимической энергии в PSI (Electrochemical Energy Storage Section at the PSI) и соавтору публикации, исследование опровергает устоявшееся заблуждение: „Это наше первое исследование, в котором мы специально искали эффект памяти в литий-ионных батареях. Это были просто предположения, что похожего эффекта не возникнет “. Чтобы получить знания через исследования часто плодотворным является сочетание размышления и трудолюбия: «Наши результаты поиска состоят из комбинации критических исследований и тщательного наблюдения. Эффект на самом деле крошечный: относительное отклонение напряжения находится всего в нескольких частицах на тысячу. Но ключевой была идея поиска его вообще. Нормальные тесты батарей обычно исследуют полные, а не частичные циклы зарядки / разрядки.
Однако это недавнее открытие не является последним словом, для будущего использования литий-ионных батарей в автомобилях. Это действительно вполне возможно, что эффект может быть обнаружен и будет учитываться через «умную» адаптацию программного обеспечения в системах управления батареей. Если это окажется успешным, эффект памяти не будет стоять на пути надежного и безопасного использования литий-ионных батарей в электромобилях. Так что теперь, инженеры сталкиваются с проблемой поиска правильного обращения со своеобразной памятью батареи.
Текст: Леонид Лейва (Leonid Leiva)

Читать еще:  Как оформить интерьер зала 17 кв м?

Следуя модели множества частиц, описанной здесь, предполагается, что зарядка и разрядка батареи происходит частица за частицей. В этом контексте, частицами, мы имеем в виду своего рода „зерна“. Это означает, что материал (LiFePO4) не является одним целым, а скорее состоит из совокупности гранул, кристаллическая структура которых одинаковая, но гранулы имеют мелкие различия в размерах, форме или ориентации. Это типичная структура порошков. С технической точки зрения, они называются „кристаллиты“. Это можно представить, примерно как одинаковые по размеру кубики лежащие рядом. Каждый куб будет слегка повернуты относительно своих соседей, то есть кубики строго не выровнены, но кристаллическая структура (форма шестигранника) является одинаковой для всех.

От переводчика: Некоторые предложения очень трудно понять (при прочтении с первого раза), я пробовал их переформулировать и упростить, но побоялся, что в данном случае исказится смысл. Поэтому оставил их как есть.
Если есть предложения по более грамотному переводу, буду рад исправить.

Эффект памяти аккумуляторов

Эффект памяти аккумуляторов на основе никеля известен давно. И если раньше под ним понимали своего рода запоминание аккумулятором того состояния, в котором он был перед последующей зарядкой, то сейчас толкование этого термина другое. Внешнее проявление эффекта заключается в уменьшении реальной емкости аккумулятора в процессе эксплуатации.

Количество энергии, которое аккумулятор способен удерживать (реальная емкость), постепенно уменьшается в процессе эксплуатации и старения, а также из–за недостаточного обслуживания для аккумуляторов некоторых электрохимических систем. Аккумулятор, в конечном счете, должен быть заменен, когда его емкость падает до 60–70 % от номинальной величины. Индивидуальные российские пользователи, как правило, умудряются эксплуатировать аккумуляторы до тех пор, пока их емкость не упадет до 20–30% от номинального значения. Значение емкости в 80% обычно принимается за нижнее допустимое значение для нового аккумулятора. Фирменные (именные) новые аккумуляторы, как правило, имеют реальную емкость близкую к 90%, аккумуляторы сторонних производителей – часто около 70%.

NiCD и в меньшей степени NiMH аккумуляторы подвержены воздействию эффекта памяти. В настоящий момент под эффектом памяти понимается обратимая потеря ёмкости, вызванная укрупнением кристаллических образований активного вещества аккумулятора и тем самым уменьшением площади активной поверхности его рабочего вещества.

Суть явления такова, что при мелких кристаллических образованьях внутреннего рабочего вещества аккумулятора – площадь поверхности кристаллических образований максимальна, а, следовательно, и максимально количество энергии, запасаемой аккумулятором. При укрупнении кристаллических образований в процессе эксплуатации – площадь их поверхности уменьшается и, как следствие, уменьшается реальная емкость.

Можно ли эти укрупненные образования “раздробить” и привести к первоначальному состоянию? Да, можно, если процесс их укрупнения не зашел слишком далеко. Для этого необходимо периодически проводить тренировку аккумуляторов на основе никеля: NiCD – примерно раз в месяц, NiMH – раз в два месяца. Под тренировкой в данном случае понимается полный разряд аккумулятора до напряжения 1 вольт на элемент (если у Вас, например, аккумулятор с номинальным напряжением 6V, т.е. 5 элементов в аккумуляторе, то его необходимо разряжать до 5V) и последующий полный заряд. Для восстановления емкости аккумулятора может потребоваться до 3–5 таких циклов разряда/заряда. Разряд аккумулятора непосредственно в телефоне, как правило, до такого напряжения не происходит – телефон отключается при более высоком напряжении. Лучший эффект достигается в некоторых зарядных устройствах с функцией разряда.

Однако следует отметить, что некоторые из восстановленных аккумуляторов могут иметь высокий саморазряд вследствие повреждения кристаллическими образованьями материала сепаратора. Эта обычно свойственно старым аккумуляторам.

Что же в конечном счете можно посоветовать рядовому потребителю, эксплуатирующему NiCD или NiMH аккумуляторы? Старайтесь эксплуатировать их в режиме: зарядил, использовал до конца, и только затем вновь на зарядку.

Совершенно по другому дело обстоит с литий–ионными (Li-ION) аккумуляторами, которые скорее любят находиться в заряженном состоянии. Их можно ставить на заряд в любой момент и держать в заряднике сколько угодно. Важно только, чтобы зарядник был предназначен для заряда именно Li-ION аккумуляторов. Такие зарядники после окончания заряда отключают ток заряда. Другая важная особенность Li-ION аккумуляторов, также как и герметичных свинцово–кислотных (SLA), – это необходимость их хранения только в заряженном состоянии.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector