Аккумуляторные батареи носимых электронных устройств


https://doi.org/10.24108/rdeng.0517.0000113

Полный текст:


Аннотация

Основными требованиями, предъявляемых к источникам питания носимых электронных устройств можно отнести: малые габариты и вес, высокая мощность, длительное время работы без подключения к промышленной сети, эксплуатационная безопасность и экологичность. Если провести объективную оценку характеристик по перечисленным параметрам современных аккумуляторных батарей, используемых в сотовых телефонах, планшетных компьютерах, ноутбуках, то можно сделать неутешительный вывод, что именно аккумуляторы являются самым проблемным звеном в конструкции электронных устройств.

Габариты аккумуляторных батарей сравнимы с размерами всех вместе взятых остальных элементов электронного устройства, включая экран и клавиатуру. Время работы электронного устройства в автономном режиме, которое способен обеспечить современный аккумулятор на несколько порядков меньше, чем время возможной работы самого устройства. Срок службы аккумуляторной батареи даже при соблюдении правил эксплуатации – всего нескольких лет. Таким образом, эксплуатационные характеристики сотовых телефонов, планшетных компьютеров, ноутбуков определяются не параметрами «электронной начинки», а именно характеристиками аккумулятора.

В настоящее время для питания носимых электронных устройств используются аккумуляторы, созданные на основе никеля (никель-кадмиевые, никель-металлгидридные) и лития (литий-ионные и литий-полимерные). Для никелевых аккумуляторов характерно количество циклов заряда-разряда порядка полутора тысяч. Кроме того, обладая низким внутренним сопротивлением, они могут обеспечивать довольно высокий разрядный ток. Однако никелевым аккумуляторным батареям присуще явление «памяти», которое заключается в снижении их емкости при неполном разряде батареи.

Литиевые аккумуляторы, обладая емкостью, примерно в два-три раза выше, чем у никелевых, выдерживают число циклов заряда-разряда менее тысячи, после чего их емкость существенно снижается. Кроме того, литиевые аккумуляторы очени чувствительны к повышенным температурам, причем выход этого параметра за пределы допустимого может привести к возгоранию и даже взрыву батареи. Поэтому литиевые аккумуляторы снабжаются электронным устройством контроля за температурой и напряжением на электродах, что приводит к существенному увеличения габаритов и стоимости таких источников напряжения.

Уровень разряда для литиевых батарей является критичным также как и для никелевых, но, в отличие от последних, литиевые батареи нельзя полностью разряжать, иначе они теряют свою способность к зарядке.

Таким образом, для увеличения срока службы аккумуляторной батареи необходимо выбирать оптимальный режим ее эксплуатации, который зависит от типа аккумулятора.

В настоящее время фирмы-разработчики носимых электронных устройств уделяют большое внимание поиску новых автономных источников питания, как химических, так и на основе преобразования в электрическую световой и механической энергий. Однако пока такие устройства являются лишь дополнением к традиционным химическим аккумуляторам и не могут их полностью заменить.


Об авторах

А. В. Ситников
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва
Россия

Ситников Алексей Викторович

каф ФН7



С. И. Масленникова
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва
Россия

Масленникова Светлана Ивановна

каф ФН7



Список литературы

1. TLKGroup. Сервисный центр. Режим доступа: http://tlkgroup.ru/remont-komputerov (дата обращения: 03.09.2017).

2. Электроника Сервис. Режим доступа: http://electronika-spb.ru/index.php/interesno/ (дата обращения: 03.09.2017).

3. Xu Wu, Jiulin Wang, Fei Ding, Xilin Chen, Nasybulin E., Yaohui Zhang, Ji-Guang Zhang. Lithium metal anodes for rechargeable batteries // Energy & Environmental Science. 2014. Vol. 7. No. 2. Pp. 513-537. DOI: 10.1039/c3ee40795k

4. Venkatamaran Thangadurai, Sumaletha Narayanan, Dana Pinzaru. Garnet-type solid-state fast Li ion conductors for Li batteries: critical review // Chemical Society Reviews. 2014. Vol. 43. No. 13. Pp. 4714-4727. DOI: 10.1039/c4cs00020j

5. Harry K. J., Hallinan D.T., Parkinson D.Y., McDowell A.A., Balsara N.P. Detection of subsurface structures underneath dendrites formed on cycled lithium metal electrodes // Nature Materials. 2014. Vol. 13. No. 1. Pp. 69-73. DOI: 10.1038/nmat3793

6. Таганова А.А., Бубнов Ю.И., Орлов С.Б. Герметичные химические источники тока: Справочник. СПб.: Химиздат, 2005. 262 с.

7. SunPower Oasis Power Block - Key Components. Режим доступа: https://www.sunpowercorp.co.uk/sunpower-oasis-power-block-key-components/ (дата обращения 03.09.2017).

8. Fraunhofer ISE. Режим доступа: https://www.ise.fraunhofer.de/ (дата обращения 03.09.2017).

9. HandEnergy - ручной генератор энергии для гаджетов. Режим доступа: http://24gadget.ru/1161063951-handenergy-ruchnoy-generator-energii-dlya-gadzhetov-foto-video.html (дата обращения: 03.09.2017.)

10. Альтернативные источники питания для зарядки телефона. Режим доступа: http://megapoisk.com/10-neobychnyh-sposobov-zarjadki-telefona (дата обращения: 03.09.2017).

11. Кедринский И.А., Дмитренко В.Е., Грудянов И.И. Литиевые источники тока. М.: Энергоиздат, 2012. 247 c.

12. Львов А.Л. Литиевые химические источники тока // Соросовский образовательный журнал. 2001. Т. 7. № 3. С. 45-51.

13. Нижниковский Е.А. Химические источники автономного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. М.: Изд-во МЭИ, 2004. 225 с.

14. Скундин А.М. Литий-ионные аккумуляторы: современное состояние, проблемы и перспективы // Электрохимическая энергетика. 2001. № 1-2. С. 5-15.

15. Andrea D. Battery management systems for large lithium-ion battery packs. Boston: Artech House, 2010. 290 p.


Дополнительные файлы

Для цитирования: Ситников А.В., Масленникова С.И. Аккумуляторные батареи носимых электронных устройств. Радиостроение. 2017;(5):52-72. https://doi.org/10.24108/rdeng.0517.0000113

For citation: Sitnikov A.V., Maslennikova S.I. Rechargeable Batteries of Portable Electronic Devices. Radio Engineering. 2017;(5):52-72. (In Russ.) https://doi.org/10.24108/rdeng.0517.0000113

Просмотров: 228

Обратные ссылки

  • Обратные ссылки не определены.


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2587-926X (Online)