Provoz lithiových baterií

Poznámka k článku, včetně některých funkcí provozu lithiových baterií. Obsahuje popis několika mýtů o tomto typu baterie a vlastnosti hlavních fází provozu, které pomohou prodloužit jejich životnost.

První nabití

Mýtus: Po zakoupení nového zařízení je potřeba baterii nabíjet alespoň 3-5-10 hodin.

Nevím, kde se tento mýtus vzal. Ve skutečnosti nabíječka nabíjí jakoukoli lithiovou baterii po určitou dobu a poté se vypne. To znamená, že pokud necháme baterii nabíjet N hodin, nabije se za 2 hodiny a poté se na N-2 hodiny nabíjení jednoduše vypne. Za zmínku také stojí, že nová baterie by měla být dodávána s úrovní nabití 30–50 %. Čili pokud si koupíte telefon, a ten má úplně vybitou baterii (vůbec nereaguje), radím se nad tím zamyslet. Ve většině případů se baterie bude normálně nabíjet a bude fungovat, takže je velká šance, že na své nové zařízení dostanete baterii s kapacitou 80 % nominální hodnoty.

Ale toto doporučení výrobců zařízení považuji za zvlášť nepochopitelné. Níže je například uveden výňatek z návodu k elektrickému nářadí AEG. Nejenže doporučují nabíjet dlouhodobě, ale také tvrdí, že kapacity bude dosaženo až po několika cyklech nabití-vybití. Zdá se, že první polovina doporučení migrovala z návodu k verzi nástroje s Ni-Cd baterií a zbytek byl přidán při přechodu na Li-Ion.

I když nabíjení zařízení delší, než je doporučeno, napoprvé může být užitečné pro baterie sestavené z několika článků v sérii. Dlouhý nabíjecí cyklus v tomto případě zajišťuje správné vyvážení baterie.

Trénink

Mýtus: Nová baterie musí být během prvních několika cyklů zcela vybita a nabita, aby dosáhla své jmenovité kapacity.

S největší pravděpodobností tento mýtus vznikl kvůli subjektivnímu vnímání doby provozu nového zařízení. Vzpomeňte si na sebe, koupíte si nový telefon a zprvu si s ním aktivně hrajete, je jasné, že se mu rychle vybije baterie. Poté se používání zařízení postupně vrátí na normální úroveň a provozní doba se ustálí a na poněkud vyšší hodnotu. Proto máme pocit, že baterie pomalu začíná fungovat.

Reálně je možné načerpat baterie na bázi niklu a olova, protože chemické procesy v nich jsou částečně vratné. V případě lithiových baterií bohužel nelze nic zvrátit, pouze zpomalit (o tom níže).

Obecně platí, že podrobnosti najdete zde.

Neskutečné kapacity

Mýtus: Označení 100500mAh na pouzdru baterie.

Není to tak úplně mýtus, jen fakt, že v prodeji jsou zesílené baterie s chutnými vlastnostmi. Navíc lze vysledovat závislost: čím nižší náklady, tím drzejší výrobce a tím větší čísla na těle baterie kreslí.

Pokud se podíváte na popis v odkazu, je tam charakteristika zvaná „skutečná kapacita“. Nejedná se o překlep, baterie má ve skutečnosti kapacitu 10x nižší, než je uvedeno. V tomto případě je označení nehorázným podvodem výrobce.

Abychom pochopili, jaké maximální kapacity baterií určitých velikostí jsou v současné době možné. Pokud někdo nabízí baterii ve stejné velikosti. O kvalitě baterií navíc svědčí jejich hmotnost. Technologie samozřejmě nestojí na místě, ale abychom pochopili, kde je její současná špička, stačí se podívat na to, co nabízejí hlavní výrobci baterií (například Samsung, Panasonic, Sanyo).

Aktuálně mají nejvyšší kapacitu baterie Panasonic NCR18650B, u nich je tato hodnota 3400 mAh. A i v tomto případě je výrobce trochu nedůvěřivý a počítá kapacitu pro extrémně široký rozsah vybíjecích napětí: od 4.2V do 2.75V; žádné zařízení obvykle nefunguje v takovém rozsahu, omezuje vybíjení buď na 3.0 V nebo dokonce na 3.3 V (v mobilních telefonech).

Poplatek

Každá správná nabíječka lithiových baterií by měla fungovat podle algoritmu CC-CV (Constant Current – Constant Voltage). To znamená, že na začátku se baterie nabíjí konstantním proudem (obvykle nepřesahujícím číselnou hodnotu kapacity baterie). Když napětí na něm dosáhne požadované hodnoty (4.1, 4.2, 4.35 V podle typu), nabíječka by se měla přepnout do režimu udržování napětí, od tohoto okamžiku je napětí udržováno konstantní a nabíjecí proud postupně klesá.

Je tu ještě jeden zajímavý bod. Máme například baterii s konečným nabíjecím napětím 4.2V. Výrobce u něj uvádí 300 cyklů nabití a vybití (tj. po 300 cyklech by baterie neměla ztratit více než 20 % své kapacity). Pokud baterii pokaždé nabijeme na 4.25V (tedy mírně přebijeme, ochranný obvod baterie při takovém přebití ještě nepracuje), tak se počet cyklů sníží na 100 a pokud na 4.15V (tedy ztráta pár procent kapacity), tak se počet cyklů zvýší na 500.

Hranice se zde ukazuje jako docela malá, asi 0.05V. Podle mého osobního názoru je to jeden z důvodů, proč baterie v jednom mobilu vydrží 1-2 roky, zatímco v jiném začíná být ztráta kapacity cítit až po 3-4 letech používání.

Uvolnění

Minimální povolené vybíjecí napětí je stanoveno výrobcem baterie. Obvykle je tato hodnota v rozmezí 2.5-2.7V. Pod touto hodnotou začínají v baterii nevratné chemické procesy vedoucí k nevratné ztrátě kapacity. Zde je vše individuální, některé baterie po sjetí níže ztratí 20 % své kapacity, což může být téměř neznatelné, zatímco jiné mohou ztratit celých 80 %, to znamená, že se stanou téměř nepoužitelnými.

Moje vlastní zkušenost s obnovou baterií po hlubokém vybití je velmi zajímavá. Byl tam vzorek 40 lithiových článků Samsung INR18650 ze 2 zapuštěných baterií z příklepové vrtačky. První třídění plechovek bylo následující: více než 2.7V a méně než 2.7V. Ty, které měly napětí větší než 2.7V, byly okamžitě označeny jako funkční. Dále přišli na řadu vybití. Jednalo se o baterie s napětím 0-100 mV a 0.5-1.5 V.

V důsledku obnovy se ty, které měly alespoň nějaké zbytkové napětí, dobře nabíjely, udržely si více než 50 % původní kapacity, a ty, které měly napětí menší než 100 mV, se odmítaly nabíjet: při nabíjení se chovaly jako nízkoodporový rezistor (lze tedy předpokládat, že došlo k vnitřnímu zkratu).

Obecně je teoreticky nabíjení takové „mrtvé“ lithiové baterie nebezpečný proces: kovové lithium v ​​ní začne krystalizovat a hromadí se na elektrodě. Je tak možný zkrat baterie. Pokud ke zkratu dojde ve vybitém stavu, pak se uvolní trochu energie, ale pokud k němu dojde při plné baterii, ohňostroj je zaručen. O žádných takových případech však nevím.

Opatrování

Hlavní nevýhodou lithiové baterie je, že podléhá stárnutí. Tento proces je nevratný a začíná dnem výroby baterie. Stárnutí je charakterizováno postupnou ztrátou kapacity. To znamená, že kromě opotřebení během provozu ztrácí i samotná baterie část své kapacity. Obvykle se tato hodnota pohybuje do 10 % ročně.

Co ovlivňuje rychlost stárnutí? Za prvé, toto je:

1. Úroveň nabití baterie během provozu.
2. Skladovací teplota.

Vysoké teploty jsou kontraindikovány; při vysokých provozních teplotách se baterie rychleji degraduje a také rychleji stárne během skladování.

Výrobci také doporučují skladovat baterii s úrovní nabití 30-50%; vyšší, rychlost degradace se zvyšuje; nižší, hrozí nadměrné vybití. Oficiální doporučení AEG v této věci je:

To znamená, že jej používáme a nabíjíme (aby nedocházelo k úplným cyklům), ale neplánujeme jej používat po dlouhou dobu – vybijeme jej na polovinu a uložíme. Mimochodem, některé Li-Po baterie mají tendenci bobtnat, když jsou skladovány na 100% nabití.

Tato tabulka je velmi informativní:

Jak je z něj patrné, pro co největší snížení rychlosti stárnutí je nutné baterii nabít do poloviny a skladovat při nízké teplotě. Hlavní je to nepřehánět s teplotou. Minimum pro lithiové baterie je asi -20C; při nižších teplotách hrozí zamrznutí elektrolytu, což povede k úplné nefunkčnosti baterie. Rozumná teplota je 0-10C, tedy to, co je v chladicím oddílu (ne v mrazáku!).

Uchovávání lithia v lednici je mezi leteckými modeláři stále běžnější praxe a jsou vlákna, kde se o tomto procesu diskutuje (například toto). V poslední době jsem si do nářadí pořídil nemálo lithiových baterií, které se každých pár měsíců plně využívají. Proto jsem chtěl prodloužit životnost baterií. K tomu jsem si koupil plastové uzavřené nádoby a silikagel. To druhé je nutné, protože když teplota vzduchu v uzavřeném prostoru klesá, vlhkost se zvyšuje (až do bodu rosy). Tuto přebytečnou vlhkost je třeba absorbovat.

Takže vše vypadá takto:

reference

• O Li-Po bateriích
• Lithium-iontová baterie, článek na Wikipedii

Lidé kolem nás mění chytré telefony poměrně často a někdy ne z vlastní iniciativy. Někdo je prostě rozbije, kvůli nepříliš opatrnému zacházení se smartphone stává nepoužitelným. Výměna jednoho smartphonu za jiný se stává jednodušším postupem než oprava starého. Jiní prostě milují vše nové a sledují nové produkty a pokročilé technologie. A u ostatních se baterie výrazně znehodnocuje, zařízení už není schopno vydržet jeden pracovní den a neustále žádá o dobití. To si dnes povíme, přesněji, jak baterii před tímto stavem co nejvíce ochránit při koupi nového smartphonu. Abychom zabránili rychlé degradaci baterie ve vašem smartphonu, řeknu vám, jak správně nabíjet nový smartphone, co byste při používání gadgetu neměli dělat a co naopak prodlouží životnost baterie. Začněme trochou teorie, abychom se dostali do tempa.

Typy baterií v moderních chytrých telefonech

V moderních chytrých telefonech se vyskytují pouze dva typy baterií: lithium-iontové (Li-ion) a lithium-polymerové (Li-pol). Ostatní typy baterií, které se dříve používaly v tlačítkových telefonech, se postupně staly minulostí jako méně spolehlivé a výrobně dražší.

Hlavní výhody moderních baterií:

• Žádný paměťový efekt. To znamená, že nemusíte neustále nabíjet na 100 % a poté vybíjet na 0 %.
• Mají dobrou „kapacitu“ s relativně malými rozměry a nízkou hmotností
• Bezpečné použití. Případy požáru jsou extrémně vzácné a nejčastěji se vyskytují v PR článcích (i když si všichni pamatujeme várku nových smartphonů od Samsungu)
• Nenákladná na výrobu

Ale neměli byste si myslet, že moderní typy baterií jsou dokonalé; mají také své nevýhody. Tím hlavním je krátká životnost. Již po 1 roce používání si uživatel chytrého telefonu jasně všimne, že nabití baterie jeho gadgetu vydrží kratší dobu. A po 2-3 letech se baterie může stát zcela nepoužitelnou nebo se procento nabití začne rozpouštět před očima.

Ve skutečnosti dnes výrobci chytrých telefonů prostě nemají žádné alternativy k Li-ion/Li-pol bateriím. Baterie na bázi grafenu se v této oblasti jevily jako průlom: menší rozměry a vyšší „kapacita“ ve srovnání se standardními bateriemi a navíc schopnost poskytovat jednoduše „kosmické“ rychlosti nabíjení. U smartphonů, které se prodávají sériově, však takové baterie stále nevidíme. Důvodem je náročnost výroby a konečná cena takových zdrojů energie.

Výrobci smartphonů ale musí zapnout svou vynalézavost a přijít s alternativami k používání standardních baterií. Příkladem toho jsou duální baterie v chytrých telefonech. To umožňuje kompaktně umístit baterie do těla smartphonu a současně je nabíjet. Při použití rychlonabíjení je navíc zátěž dvou baterií menší, než kdyby se jednalo o jeden pevný prvek. V důsledku toho se snižuje riziko vznícení výkonových prvků. Příklady smartphonů s duální baterií: OnePlus 8T, Oppo Find X2, iPhone X.

Typy rychlonabíječek

V současné době jsou nejoblíbenějšími technologiemi rychlého kabelového nabíjení od různých výrobců:

• Rychlé nabíjení Qualcomm (QC)
• Samsung adaptivní rychlé nabíjení (AFC)
• Apple Power Delivery
• OnePlus Dash Charge
• Huawei SuperCharge
• Motorola TurboPower
• Mediatek Pump Express

Podstata všech je přibližně stejná: ve srovnání s klasickým nabíjením o výkonu 5-10 W všechny uvedené technologie umožňují výrobu vyšších úrovní napětí a proudu. Použití speciálních napájecích zdrojů ve spojení s chytrými telefony, které tuto technologii podporují, může ušetřit spoustu času při dobíjení baterie. To má však za následek vedlejší efekt – snížení výdrže baterie. Na internetu existuje řada studií týkajících se ztráty „kapacity“ baterie při určitém počtu nabíjecích cyklů například pomocí technologie QC 3.0.

Pokrok ovlivnil i bezdrátové nabíjení; například aktuálně nejpropracovanější bezdrátová nabíjecí jednotka na trhu od Xiaomi má výkon 30W. Ačkoli většina smartphonů Android podporuje bezdrátové nabíjení s výkonem pouze 15 W a smartphony Apple obecně podporují pouze 7.5 W. Fyziku neoklameš! Logika bezdrátového nabíjení je stejná: vyšší výkon, vyšší teplota, což znamená, že životnost baterie se snižuje rychleji.

Správné nabití smartphonu ihned po zakoupení

Pokud jste si přinesli nový smartphone z ulice a venku je zima, měli byste počkat několik hodin, dokud se teplota smartphonu nevyrovná teplotě v místnosti. Teprve poté by mělo být provedeno první spuštění. Pokud je procento nabití baterie nižší než 50 % při prvním spuštění:

1. Neváhejte a nabijte své zařízení na 100 % a poté začněte používat svůj smartphone naplno!
2. Po úplném vybití gadgetu jej znovu nabijte na 100 %.

Poté není opakování těchto postupů absolutně nutné a ještě lépe nestojí za to.

Kalibrace baterie

Můžete také zkalibrovat baterii. Tento postup není povinný, ale je užitečný, aby se zabránilo náhlému vypnutí smartphonu, když je nabití 30-40%. Najednou se může ukázat, že nezůstal žádný náboj. To se mi osobně stalo a pocit nebyl tak skvělý. Počítal jsem se zbývajícími procenty, které se zobrazovaly na displeji smartphonu.

Metoda kalibrace je převzata z osobní zkušenosti na základě studia různých materiálů na internetu.

1. Když je váš smartphone zapnutý, vybijete jej o 10 % původního stavu.
2. Vypněte svůj smartphone a nabíjejte jej po dobu 12 hodin.
3. Vyjměte z nabíjení a 10 minut nepoužívejte.
4. Zapněte svůj smartphone a nabíjejte jej po dobu 1 hodiny.
5. Odpojte od nabíjení a vypněte smartphone
6. Počkejte 5 minut a znovu připojte napájení na 1 hodinu.

Po všech manipulacích stačí zapnout svůj smartphone a používat jej podle libosti, nebo ne podle libosti)

Nabíjení smartphonu při každodenním používání

Již jste zkalibrovali baterii nebo jednoduše provedli cykly úplného nabití/vybití a je čas začít svůj nákup pravidelně používat. Nejdůležitějším pravidlem je NIKDY baterii nevybíjet na 0 %, tím baterii pouze poškodíte. Nabíjení na 100 % také není v reálu příliš užitečné.

Ideální scénář: dobijte svůj smartphone, když procento nabití klesne na 15–20 %. A vyjměte jej z nabíjení, když na displeji uvidíte 80-90 %. A za žádných okolností byste svůj smartphone neměli nabíjet přes noc: gadget bude vždy 100% nabitý a zahřeje se a vysoká teplota je jedním z hlavních důvodů předčasné „smrti“ baterií. Před spaním aktivujte úsporný režim/režim v letadle nebo vypněte přenos dat. Kdysi jsem četl zajímavý článek od Eldara Murtazina o škodlivosti vysokých teplot na baterie, kde je podrobně popsáno, proč k tomu dochází.

Neměli byste se nechat unést neustálým používáním rychlonabíjení, problém je stále stejný – silné zahřívání díky vysoké úrovni proudu. Pokud zrovna nespěcháte, je lepší použít nepříliš výkonný zdroj 5V/2A (10W). Pro bezdrátové nabíjení platí stejná pravidla: čím vyšší výkon, tím vyšší teplota. Pokud máte vlajkový smartphone, pak se s největší pravděpodobností výrobce alespoň postaral o systém odvodu tepla, ale u levných telefonů jsou věci jednoznačně horší.

Jak prodloužit životnost baterie

Každý chce, aby jeho baterie vydržela déle a pomaleji se degradovala. Chcete-li to provést, použijte tyto jednoduché tipy:

1. Nedovolte, aby váš smartphone překročil procento nabití 20 % (minimum) až 90 % (maximum).
2. Nenabíjejte svůj smartphone přes noc
3. Baterii každých pár měsíců zkalibrujte.
4. Při nabíjení používejte pouze originální nebo jednoduše kvalitní zdroj a kabel. Pokud se původní příslušenství stalo nepoužitelným nebo se ztratilo, kupujte pouze značkové drahé bloky a kabely. Pozor také na vlastnosti nabíječek, ty se musí shodovat s těmi originálními.
5. Pokud máte možnost nabíjet svůj smartphone dlouhodobě, nikam nespěcháte: vyměňte rychlé nabíjení za kvalitní 10W nabíječku. Baterie se bude méně zahřívat, a proto se méně opotřebovává.
6. Vyhněte se hraní her po dlouhou dobu, protože to způsobí velké teplo. Nedovolte, aby se procesor zahřál na více než 38 stupňů. Teplotu procesoru zjistíte stažením kterékoli z aplikací z Google Play Market s příslušnou funkčností. Při hraní byste také neměli používat pouzdro, protože smartphone se rychleji zahřeje.
7. Pokud je venku mrazivé počasí, neměli byste smartphone venku delší dobu používat. A pokud jsou silné mrazy (-20 a méně), smartphone vůbec nepoužívejte a noste ho ve vnitřní kapse bundy.
8. Smartphone byste neměli nabíjet z portu USB počítače: nabíjení trvá příliš dlouho, což vede k zahřívání. Je lepší nabíjet ze zdroje připojeného do sítě 220V nebo do powerbanky.

Nejčastější dotazy

• Způsobuje rychlé nabíjení baterii hodně škody? Škodí, ale ne tolik, jak si někteří lidé myslí. Například technologie Quick Charge automaticky reguluje úroveň proudu a tento způsob nabíjení nepovede k nadměrnému přehřívání. Určitě však dochází k zahřívání a to je přirozeně škodlivé. Rychlé nabíjení byste neměli používat každý den.
• Může moje baterie při nabíjení explodovat? Moderní baterie jsou bezpečné a výbuchy jsou velmi vzácné. Lithium-polymerové baterie obecně neexplodují, ale lithium-iontové baterie mohou ve velmi vzácných případech zemřít krásnou smrtí. Mnoho výrobců baterií nyní vyrábí baterie ze suchého elektrolytu spíše než z kapaliny (která se může vznítit). Pro každý případ nenechávejte svůj smartphone nabíjet na přímém slunci a sledujte systémová varování o přehřívání procesoru.
• Je hraní špatné pro vaši baterii? Hrajte a na nic nemyslete, pokud se v tuto chvíli teplota procesoru nezahřeje na vysoké hodnoty (více než 38 stupňů). Některé smartphony jsou vybaveny chladicími systémy, zatímco některé procesory jsou v podstatě „studené“ a nelze je ničím zahřívat. Což se například o Qualcomm Snapdragon 888 říci nedá – zahřívá se jako trouba.
• Musím svůj smartphone kalibrovat? Někdy můžete kalibrovat, ale není to nutné. Pokud nepozorujete problémy se spotřebou baterie, pak nemusíte baterii kalibrovat častěji než jednou za 1 měsíce.

Výsledky

V této příručce jsem hovořil o všech hlavních složitostech nabíjení moderních smartphonů a provozních tipech, které povedou k co nejdelší výdrži baterie. Doufám, že informace byly užitečné.

Dodržujte základní pravidla používání smartphonu ihned po zakoupení a už si nebudete muset stěžovat na rychlé vybíjení baterie a hledat, kde baterii vyměnit za jinou. Ano, ano, ne každý si na výměnu baterie troufne sám, protože 99 % moderních smartphonů má „nerozebíratelné“ provedení pouzdra. Budete si muset objednat baterii od Ali nebo ji hledat offline, kontaktujte servis.

Ať má baterie vašeho smartphonu dlouhou životnost!