2006
Майже сто років виробляються хімічні джерела струму (скорочено - ХДС). У побуті невідновлювані, тобто незаряжаемие, одноразові джерела прийнято називати батарейками, а в професійній средепервічнимі елементами. У світі випускається кілька типів первинних ХІТ і величезна кількість їх різновидів, що розділяються на групи по номіналах напруг, габаритам і т. Д. Все це величезна кількість джерел струму дуже неоднорідний за властивостями елементів. Основні відмінності, технічні характеристики і особливості застосування різних типів ХІТ описані в статті [1].
Сьогодні попит на первинні елементи постійно збільшується, оскільки все більшого поширення набувають портативні пристрої, що вимагають електричного живлення. До таких пристроїв відноситься не тільки побутова електроніка, наприклад дитячі іграшки, ліхтарі, аудіоплеєри, фотоапарати та медичні прилади, а й складні промислові пристрої - переносні дефектоскопічні прилади, автономні прилади обліку (лічильники води, газу і т. П.), Автономні метеостанції, геодезичні прилади, океанографічні буї. Ними оснащуються різні портативні промислові вимірювачі, призначені для оперативного контролю характеристик виробничих процесів або параметрів навколишнього середовища (вимірювачі освітленості, дозиметри, тестери різних типів і багато інших).
У побуті найчастіше обходяться порівняно недорогими сольовими або лужними (алкалайнових) батарейками. Обидві групи мають однаковий рівень вихідної напруги (1,5 В) і, з точки зору пересічного споживача, відрізняються лише електричної ємністю. (Насправді відмінностей багато - крім габаритних, є відмінності в допустимих розрядних токах, діапазоні робочих температур і т. Д.) Запасеної в них енергії, як правило, досить для застосування в побутових пристроях. Можна знайти лише кілька складних приладів, що вимагають більш потужних ХІТ. Найвідоміші з них - це плівкові та цифрові фотокамери. Специфіка роботи фотоапарата передбачає як режими з низьким споживанням, коли пристрій знаходиться в очікуванні, так і роботу з великими струмовими навантаженнями. Максимальне споживання спостерігається в момент фокусування або при зйомці в умовах низької освітленості з застосуванням фотоспалаху.
Відзначимо, що ті режими роботи, які для побутової електронної техніки стають швидше винятком, в промисловій апаратурі є правилом. Тому промислове застосування сучасних потужних і енергоємних елементів живлення - справа необхідна. Ні сольові, ні лужні батарейки не відповідають вимогам, що пред'являються до джерела живлення подібної електроніки. Вони не мають достатніх запасів енергії, не здатні видавати потужні струмові імпульси, у них короткий термін життя, високий саморозряд, і їх вихідна напруга дуже сильно залежить від величини залишкової ємності. Більш придатними є літієві ХІТ, що не мають подібних мінусів.
Літієві батареї - це хімічні джерела струму, в яких в якості анода використовується металевий літій, один з найбільш хімічно активних металів. Він має найбільший електрохімічний потенціал і забезпечує найбільшу щільність енергії. Разом з тим висока активність літію дуже ускладнює технологічні процеси виготовлення і пред'являє жорсткі вимоги до герметичності джерела струму, що в кінцевому підсумку позначається на вартості даних ХІТ. Літієві батарейки сьогодні найбільш дорогі з первинних джерел струму. Можливо, тільки з цієї причини на ринку все ще присутні лужні та сольові батарейки.
Нагадаємо, що під терміном «літієві ХІТ» мається на увазі кілька груп первинних джерел, що мають різну хімічну начинку, різні рівні вихідної напруги (3,0 і 3,6 В) і відрізняються один від одного за рядом ознак - електричної ємності, діапазону робочих температур, термінами зберігання і т. д. До них відносяться:
- літій / тіонілхлорідние (Li / SOCl2),
- літій / діоксид сірки (Li / SO2),
- літій / діоксид марганцю (Li / MnO2).
Кожен з видів має свої особливості, але якщо говорити про якості групи в цілому, то дані елементи, володіючи великою енергетичною потужністю, в силу технологічних особливостей віддають перевагу роботі з навантаженнями, що споживають відносно невеликої або середній розрядний струм. Найбільш вивчений і технологічно відпрацьованих тип літієвих батарей - елементи на основі системи літій / діоксид марганцю (Li / MnO2), тому з усієї групи вони найдоступніші за ціною. Батареї системи Li / SOCl2 - кращі за більшістю параметрів. Вони характеризуються найвищим вихідним напругою (3,6 В), максимальної електричної ємністю, найширшим діапазоном температур, дуже малими струмами саморазряда і середнім типовим струмом розряду. Найчастіше батареї даної групи застосовуються для харчування промислових пристроїв. Хоча в цілому можна сказати, що літієві ХІТ не люблять високих температур, але існують спеціальні серії таких елементів, які здатні працювати в розширеному температурному діапазоні і видавати підвищені струми розряду. Оскільки при значних токах розряду на внутрішньому опорі батареї може виділятися додаткове тепло в межах, що перевищують допустимий рівень, то в конструкцію елемента вводять запобіжник-обмежувач струму (терморезистор), який не допускає струмових перевантажень.
У порівнянні з сольовими та алкалайнових батарейками, літієві джерела струму мають дуже важливими перевагами. Головне з них - висока питома щільність енергії. Іншими словами, літієві елементи при рівних з іншими ХІТ габаритах, мають найбільший запас енергії і, отже, здатні забезпечити більш тривалий час роботи апаратури.
Ще одна важлива якість - довгий термін зберігання, що досягає 10, а в деяких випадках і 15 років. Це можливо завдяки дуже малим струмів саморазряда. Типовий струм саморозряду зазвичай знижує номінальну ємність не більше ніж на 1% в рік. Тобто за 10 років заряд елемента теоретично зменшиться лише на 10%. (На практиці сумарне скорочення ємності буде трохи більше.) Для порівняння: сольові батарейки зберігаються не більше 3-4 років, алкалайнові - не більше 5 років при строгому дотриманні умов зберігання.
Якщо порівнювати з більш простими алкалайнових і сольовими елементами, багато серій літієвих ХІТ мають розширений діапазон робочих температур. Причому цей діапазон розширений в обидві сторони. Якщо лужні батарейки, наприклад, практично перестають працювати при температурі -25-30 ° С, то літій / тіонілхлорідние можуть працювати при температурі -55-60 ° С. Це пов'язано з тим, що температура замерзання рідкого тіонілхлориду дорівнює -130 ° С. Для апаратури, що працює в російських кліматичних умовах, де холодний період триває багато довше теплого, такий параметр вкрай важливий.
Більшість стандартних літієвих ХІТ здатне працювати при температурах +85 ° С. Лідери світового ринку заявляють в технічній документації про те, що вони гарантують стійку роботу своїх елементів при +130 і навіть +150 ° С. А американська компанія Greatbatch Ltd., точніше її відділення Electrochem, виробляє первинні енергоємні елементи живлення літій-тіоніл-хлоридної системи, що працюють при температурі +200 ° С. Це абсолютний рекорд! Потрібно сказати, що настільки широкий робочий діапазон температур не самоціль. Потужні елементи живлення, що володіють подібними якостями, дуже потрібні нафтовикам і газовикам для контролю стану пластів, геологам при бурінні свердловин, вченим і, звичайно, військовим. Які ще елементи живлення для автономних приладів здатні працювати в таких умовах?
Чудові якості роблять літієві ХІТ затребуваними для широкого кола споживачів, але ... У природі все взаємопов'язано і «якщо десь додасться, то обов'язково десь убуде». В області первинних джерел струму це правило теж справедливо - якщо маємо виняткові енергетичні характеристики, низький саморозряд, довгий термін зберігання і широкий температурний діапазон, то неодмінно є щось неприємне, причому таке, що багато гідності умаляются цими негативними властивостями.
Зберігається, а в останні роки навіть посилюється стійкий інтерес ще до однієї групи літієвих джерел - Li / FeS2 (літій / дисульфат заліза). Оскільки раніше в профільній пресі ця група елементів майже не обговорювалася і навіть не згадувалася (крім, можливо, статті [2]), то слід сказати про неї кілька слів.
Первинні елементи живлення з Li / FeS2 хімічної системою мають таке ж напруга на клемах, як у недорогих сольових і лужних батарейок - 1,5 В, тобто вони взаємозамінні. Це дуже цінна властивість. Однак у літієвих елементів майже вдвічі більша електрична ємність. До того ж вони мають менш вираженою залежністю вихідної напруги від величини залишкової ємності і зниження напруги, такого характерного для інших ХІТ. Тому прилад, який живиться від літієвих джерел струму, пропрацює довше. Це цінна якість дозволяє повніше використовувати заряд батареї. Крім того, батарейки на основі літій / дисульфат заліза мають багато більший термін зберігання і розширений діапазон робочих температур, що також дуже важливо. Хоча елементи на основі Li / FeS2 істотно дорожче алкалайнових, а тим більше сольових (вугільно-цинкових).
Як приклад наводяться характеристики елемента L91 розміру АА (LR6) американської компанії Energizer.
- Класифікація: циліндричні, літієві
- Хімічна система: Lithium / Iron Disulfide (Li / FeS2)
- Позначення відповідно до стандартів: ANSI 15-LF, IEC-FR6
- Номінальна напруга: 1,5 В
- Температура зберігання: -40 ... + 60 ° C (from -40 to 140 ° F)
- Робоча температура: -40 ... + 60 ° C (from -40 to 140 ° F)
- Типова ємність 3000 мА · год * (при зниженні напруги на клемах до 1,0 В)
- Тест ємності: виконаний при 200 мА безперервного струму розряду (21 ° C)
- Типовий вага: 14,5 г
- Габарити: 14,5 × 50,5 мм (діаметр × висота)
- Типовий обсяг: 8,0 см3
- Максим. струм розряду: 2,0 А тривалий, 3,0 А імпульсний (2 з вкл. / 8 з викл.)
- Типове зміст Li: 0,98 г (0,03 oz.)
- Час зберігання: 15 років при температурі 21 ° С (90% заявленої потужності)
* Змінюється в залежності від часу зберігання, температури і кінцевого напруги на клемах.
Головний серйозний мінус даної групи елементів - їх висока вартість. Вона викликана складністю технологічних процесів. Висока хімічна активність літію вимагає його надійної ізоляції від впливу навколишнього середовища. Проникнення в процесі виробництва вологих парів або хімічно активних газів всередину елемента і їх контакт з літієм неприпустимі. Не менш важливо забезпечити герметичність батарейки в процесі експлуатації. У той же час необхідно створити умови для того, щоб з корпуса батарейки виходили гази, що утворюються при розряді. Крім того, всередині корпусу потрібно змонтувати терморезистор. Проблем багато, і їх рішення здорожує кінцевий продукт. (Внутрішній устрій літієвої циліндричної батареї наведено на рис. 1, виконаному на основі технічних матеріалів компанії Sonnenschein Lithium.) Але на витрати доводиться погоджуватися, так як до сих пір альтернативи цим елементам харчування немає. Перехід на сучасні джерела живлення дозволяє отримати настільки значний виграш в габаритах, вазі і часу роботи апаратури, що часом важко повірити в реальність. Наприклад, до 1994 року океанографічні буї ВМС США оснащувалися 380 алкалайнових батареями розміру D з загальною вагою 54 кг, а при переході на літій-тіонілхлорідние елементи того ж розміру їх знадобилося всього 32 штуки, і їх вага склала 3,2 кг! При цьому не тільки скоротилися вага і габарити, але і помітно збільшився термін служби буя, зросла надійність при роботі в зимовий час.
Мал. 1. Пристрій літієвої циліндричної батареї
Низький струм саморозряду, довгий термін зберігання - безумовні переваги тіонілхлорідних батарей. Ці властивості зобов'язані своїм існуванням найтоншої ізолюючої плівці хлориду літію, що утворюється на поверхні металевого літієвого електрода. Вона виникає негайно, ще в момент складання елемента на конвеєрній лінії підприємства-виготовлювача, як тільки літій вступає в контакт з тіонілхлоридом. А виникнувши, вона перериває взаємодію реагентів, зупиняє реакцію. Її існування проявляється головним чином в низькому струмі саморазряда. Ще один прояв - в момент підключення джерела до навантаження спостерігається знижена напруга на клемах батареї. Якщо номінальна напруга у Li / SOCl2 ХІТ при стандартному струмі розряду має бути приблизно 3,6 В, то через ізолюючої плівки воно може знизитися до 2,3-2,7 В або ще нижче. З плином часу товщина хлориду літію наростає, а пропорційно товщині плівки збільшується і опір ізоляції, знижується вихідна напруга і зменшується розрядний струм.
Це явище називається пасивацією літієвої батареї. Воно має місце в продукції всіх виробників літієвих ХІТ без винятку, але не всі компанії чесно попереджають про це своїх клієнтів. У більшості випадків згадка про цю проблему або повністю відсутній, або далеко заховане в документах розділу технічної підтримки клієнтів. З безлічі відомих автору статті виробників літієвих джерел живлення тільки німецька компанія Sonnenschein Lithium, американська Greatbatch Ltd. і китайська ЕЕМВ повідомляють про таке явище. Хоча продукція саме цих фірм найменше схильна до впливу подібного феномена.
Отже, в первинних літієвих елементах живлення між електродами існує ізолює плівка. Добре це чи погано? З одного боку, добре - батарейка може дуже довго залишатися працездатною, майже не витрачаючи активні речовини, зберігаючи свою електричну ємність. Вона сама себе «береже» для майбутньої роботи. З іншого - знижений вихідна напруга заважає нормальній роботі електроніки. Високий опір плівки позначається на величині розрядного струму, знижуючи його менше допустимих меж. В результаті потужності елемента живлення може бути недостатньо і, електронний прилад, який отримує живлення від літієвого джерела, може працювати нестабільно, зі збоями. Більш того, з часом, у міру зростання плівки, підвищення внутрішнього опору елемента і зниження вихідної напруги, він може «заснути» зовсім, хоча батарея ще не вичерпала свою ємність навіть наполовину.
Напевно, не відбудеться нічого непоправного, якщо перестане працювати якийсь тестер або електронні переносні ваги. Або, наприклад, по включенні живлення не буде завантажуватися BIOS і зупиняться енерго-незалежні годинник на платі офісного комп'ютера. Звичайно, це неприємно, але не більше. У всіх цих випадках можна спробувати просто поміняти елементи живлення. Дуже шкода, якщо під час тривалої подорожі раптом виявиться, що відмовив GPS-навігатор. Але все набагато гірше, коли справа стосується серйозних автономних промислових пристроїв. Відмова приладів обліку, таких як лічильники-витратоміри води, газу, нафтопродуктів, тепла і т. П., Може спричинити за собою величезні штрафи до виробника апаратури. Іуж зовсім погано, якщо припинить роботу система аварійного оповіщення на небезпечному виробництві, вийде з ладу військова техніка в період бойового чергування або зійде з орбіти багатомільйонний космічний апарат. Такі прорахунки не вибачаються.
Уникнути появи плівки неможливо в принципі, але з негативними проявами пассивации боротися можна. Спробуємо розібратися в проблемі.
На товщину плівки і швидкість її зростання впливає ряд факторів: культура виробництва на підприємствах компаній-виробників, температура повітря на складах покупців, час зберігання елементів живлення і, нарешті, режим споживання приладу при підключенні ХІТ до навантаження. На перший фактор, ясна річ, споживач вплинути не може, але все решта він здатний і зобов'язаний контролювати.
Швидкість утворення плівки - це швидкість протікання хімічної реакції. Як відомо з курсу шкільної хімії, вона залежить від температури. Чим вона вища, тим, як правило, швидше і активніше протікає процес. Що стосується даному випадку: чим вище температура на складі, де зберігаються джерела, тим швидше наростає плівка, тим більше пассивируется ХІТ.
Ступінь пассивации залежить також від часу зберігання. Чим довше лежить батарея на полиці, тим більше товста ізолює плівка встигає вирости на поверхні літію і тим глибше просунеться процес пасивації. Відповідно, тим більше стане внутрішній опір джерела живлення.
Вплив ізолюючої плівки и навантажувально Струму один на одного взаємно и має складаний характер. Потужний струмового імпульс здатно привести до полного руйнування хлориду літію. (Зауважимо, що порушити цілісність плівки може також інтенсивне струшування батарейки, легкі удари, вібрація або постукування по корпусу.) Пристрої з малим споживанням потужності, з струмом в кілька міліампер в нормальному режимі роботи - а таких приладів досить багато, якщо не більшість, - не зможуть вивести джерело живлення з режиму пассивации. Більш того, вони можуть просто відключитися через деякий час після початку роботи. І тоді експлуатаційники лають розробників, ті - грішать на постачальників, останні - на дистриб'юторів, а все разом - на виробника ХІТ. (Частково, заслужено, оскільки потрібно попереджати про особливості, пов'язаних з пасивацією батареї.)
Мал. 2. Характер зміни напруги на клемах джерела живлення при підключенні навантажень з різним рівнем споживання
На рис. 2 зображені криві напруги на клемах тіонілхлорідних елементів живлення при різних струмових навантаженнях. (Відзначимо, що хоча мова весь час ведеться тільки про один тип літієвих джерел, але пассивация спостерігається і в інших групах літієвих ХІТ. Однак там вона проявляється менше. До того ж про елементи Li / SOCl2 системи говорять перш за все тому, що вони більш за все затребувані.)
Зеленим кольором позначено рівень напруги на контактах батареї до її підключення до навантаження. Він нормальний і зазвичай дорівнює 3,6-3,7 В. За його величиною неможливо судити про ступінь пасивації ХІТ.
Верхня синя крива, позначена літерою А, описує характер зміни напруги при підключенні приладу з мікроспоживання менше 1 мА (тут і нижче величини розрядних струмів дані стосовно батареям з нормальним струмом розряду 5-10 мА). Як видно з графіка, напруга трохи знижується (зазвичай на 0,1-0,15 В) і надалі залишається постійним на рівні, прийнятному для нормальної роботи електроніки. РЕА зможе працювати якийсь час, але зовсім не так довго, як розраховував розробник. Пассивация батареї продовжує розвиватися. Корисні речовини хоч і потроху, але витрачаються. Ізолююча плівка на аноді продовжує наростати, що, врешті-решт, може призвести до збоїв в роботі електроніки. Коефіцієнт корисного використання електричного заряду батареї знижується. (Тобто при такому режимі роботи енергоємний літієвий ХІТ використовується не раціонально.)
Синя крива В описує зміна напруги при підключенні пристроїв із середнім рівнем споживання (близько 10 мА). На рис. 2 показано різке падіння рівня напруги відразу після підключення навантаження. Така поведінка джерела живлення пояснюється спочатку існуванням, а потім руйнуванням пасивуються плівки. Затримка часу відновлення може змінюватися в залежності від струму споживання і ступеня пасивації елемента живлення. Чим далі зайшов процес, тим глибше провал і довше період виходу напруги на нормальний рівень.
Третя крива С характеризує зміну рівня харчування при роботі з апаратурою, яка споживає десятки міліампер (3-5-кратний струм по відношенню до нормального разрядному току). Через те що Пасивуючий плівка володіє деяким опором, в початковий момент при підключенні джерела до навантаження напруга на клемах знизиться. Червоним кольором на графіку виділено фрагмент кривої, коли напруга падає нижче допустимого рівня. В такий момент електроніка зазвичай вимикається, і прилад перестає виконувати свої функції. Однак якщо цього не відбувається з яких-небудь причин, то з плином часу буде спостерігатися відновлення напруги до безпечного рівня. Апаратура знову зможе нормально працювати. Батарея вийде з пассивации в нормальний режим. Одного разу порушена, плівка вже не відновиться, якщо тільки батарея нічого очікувати знову переведена в режим зберігання або мікроспоживання на тривалий термін.
У реальному житті рідко зустрічаються пристрої, завжди працюють в одному режимі і які підходять тільки під одну з кривих, зображених на рис. 2. Найчастіше буває, що прилад більшу частину часу перебуває в черговому мікрострумову режимі, періодично перемикаючись в режим середнього споживання. При цьому іноді йому потрібні великі струми.
Але якщо батарея встановлена в прилад після довгого зберігання, або перебування в режимі мікроспоживання триває досить довго, щоб на поверхні літієвого анода ХІТ встигла утворитися міцна ізолює плівка, то перехід до режиму високого споживання може не відбутися зовсім. При спробі перейти напруга живлення знизиться нижче допустимого рівня і електроніка відключиться. Відновлення харчування до нормального рівня, просто не трапиться - навантаження відключена. Усе! Прилад повністю припиняє функціонувати.
Для деяких розробників така поведінка джерела живлення - несподіванка, катастрофа. Незрозуміло, як бути і що робити. Заміна батарей на «нові», тобто взяті зі складу і не були в експлуатації ні години, позитивного результату може не дати. А перевірка справності пристрою показує, що зі схемою все в порядку.
Для того щоб уникнути подібних ситуацій, можна порекомендувати такі прийоми.
В апаратурі, більшу частину часу перебуває в вимкненому стані або споживає мікроструми, перед початком роботи слід проводити ручне активацію джерела живлення. Тобто ХІТ вручну повинен бути підключений до навантаження на кілька секунд і, під контролем напруги на клемах, розряджатися струмом, що перевищує стандартний в кілька разів. Потужний розряд зруйнує ізолюючу плівку. Активацію можна вважати виконаною, якщо напруга на навантаженні відновилося до робочого рівня (перевищило 3 В). У системах з постійною готовністю ця процедура повинна повторюватися кожні півроку або частіше. При цьому потрібно мати на увазі, що ємність батареї відповідно зменшується.
Якщо періодична ручна активація неможлива, так як прилад знаходиться в недоступному положенні або його робота здійснюється автономно і не можна її перервати, то можна програмно, при виникненні такої потреби, примусово переводити електроніку в режим максимального споживання. Передбачається, що струм споживання в цьому випадку виявиться достатнім для активації ХІТ. Краще б, звичайно, підготувати необхідні команди в програмному забезпеченні заздалегідь, ще на етапі розробки. Однак можна спробувати зробити це в уже готовому приладі. Тим більше, що іноді досить замінити ПЗУ програм, розміщене в «панельці» поруч з мікро контролером, не проводячи ніяких пайок.
Якщо ХІТ встановлюється на плату способом пайки хвилею припою, то часом буває, що короткого інтервалу, коли полюси батареї замикаються накоротко через розплав олова, цілком достатньо для активації джерела. Короткочасний, але потужний струмовий імпульс може «оживити» батарейку.
Як бачимо, дещо можна зробити навіть тоді, коли проектування РЕА вже завершено і пристрій серійно виробляється і експлуатується. Але все ж краще, якщо розробник заздалегідь знає про існування проблеми пассивации. Тоді він завбачливо розмістить ХДС в своєму приладі подалі від компонентів з сильним виділенням тепла, знизивши тим самим швидкість формування пасивуються плівки, і зуміє знайти спосіб впоратися з можливими провалами напруги ще в процесі проектування. Тим більше, що занадто складних рішень тут не потрібно. Інженери німецької компанії Sonnenschein Lithium - одного з кращих європейських виробників літієвих ХІТ-пропонують наступні методи.
Мал. 3. Схема з мінімальними додатковими компонентами
Якщо місця для розміщення додаткових схемних вузлів на платі зовсім не залишилося, то програмний переклад пристрою в режим максимального токопотребленіе з одночасним контролем напруги - єдиний спосіб боротьби з пасивацією. Якщо ж є хоч трохи місця, можна спробувати обійтися подпайкі електролітичного конденсатора з номіналом 0,1-0,22 мкФ до струмоведучих лініях плати. Щоб убезпечити найкритичніші вузли, наприклад пам'ять або мікроконтролер, схему краще доповнити діодом і конденсатором, як це зображено на рис. 3. Енергії, накопиченої на конденсаторі, може бути досить для компенсації невеликих провалів напруги в моменти переходу до режимів з підвищеним споживанням потужності. Можна вчинити зовсім просто: застосувати літієві батареї компанії Tadiran (Sonnenschein Lithium), в яких конденсатор вже вбудований всередину елемента. Правда, вони дорожче звичайних, зате відразу усунуть проблему пассивации.
Все або майже всі промислові електронні пристрої можна уявити складаються з двох частин. Одна з них, що включає пам'ять і мікроконтролер, є малопотребляющей, інша - вимірювальна, що перетворює і виконавча, що складається з сенсорів, приймально-передавачів, реле, випромінювачів і т. П., Як правило, вимагає потужного джерела струму. Часом ця друга частина не настільки вимоглива до рівня напруги, як до рівня струму. Тому резонно живити дані вузли за різними ланцюгах. Включення до складу джерела живлення конденсатора, краще навіть іоністори (суперконденсатора, ультраконденсатори із зарубіжної термінології), і відділення малопотужної схеми від енергоємної за допомогою германієвих діодів майже завжди виявляється достатнім рішенням. Схема, зображена на рис. 4, служить простим прикладом реалізації такого підходу.
Мал. 4. Харчування схемних вузлів з різними типами споживання
Всі ці схеми настільки прості, що коментарів не потребують.
Взагалі ж до вибору елементів живлення потрібно ставитися вдумливо. Слід пам'ятати, що коефіцієнт корисної використання ємності будь-якої батареї (не обов'язково літієвої) пов'язаний з часом її зберігання та використання. Чим більше цей сумарний період, тим менш раціонально буде використаний заряд батареї. Не можна поставити ХІТ величезної ємності в пристрої з мікроамперним споживанням і думати, що вам забезпечено безтурботне існування і батареї вистачить на все життя. По-перше, все одно не вистачить, оскільки частина активних речовин все-таки витрачається на саморазряд і пасивацію, а по-друге, проблем з харчуванням буде більше, ніж передбачалося. Правильніше вибирати літієві батареї, орієнтуючись не тільки на ємність, а й на струми розряду, зазначені в datasheet (в технічному описі). Слід віддавати перевагу елементам зі стандартним струмом розряду, близьким до струму споживання приладу в найбільш тривалому режимі роботи.
Оптимально підібрана батарея повинна витратити свій ресурс за кілька років і при цьому жодного разу не викликати відключення електроніки через провали напруги. Світові лідери у виробництві ХІТ рекомендують при виборі елементів виходити з таких даних:
- високопотребляющіе пристрої повинні відпрацювати близько півроку і при цьому «вичерпати» майже 100% ємності батареї;
- среднепотребляющіе пристрою - кілька років безперервної роботи і 90% ємності;
- малопотребляющіе пристрої з рідкісною активацією - кілька років і 50-60% ємності.
Ці тимчасові інтервали вірні для типових рівнів відключення РЕА (3 В). Якщо електроніка зберігає працездатність при більш низькій напрузі, то терміни експлуатації ХІТ можуть трохи подовжиться, але не будуть суттєво відрізнятися від вищенаведених параметрів.
В реальності коефіцієнт використання ємності батареї ніколи не дорівнює 100%, так як завжди є непродуктивний витрата активних компонентів. Якщо, наприклад, документація запевняє, що літій-тіонілхлорідний джерело струму розміру D має паспортну місткість в 17 А · год, вихідна напруга 3,6 В, здатний зберігатися більше десяти років, і струм саморозряду не перевищує 1% заявленої ємності в рік, то не слід очікувати, що, пролежавши на полиці, скажімо, 10 років, він зможе видати в навантаження заряд в 15,3 А · год. (Теоретично ємність С = 100% (10 років × 1%) = С × 90% = 15,3 А · год.) В кращому випадку вдасться отримати 80% від номіналу, але можливо і менше, оскільки навряд чи умови зберігання всі ці роки були ідеальними. Та й активація елемента «відбере» частина заряду. Відзначимо, що крім часу, умов роботи і температури, на ємність батареї впливає також вологість середовища перебування. Як би не старалися виробники герметизувати корпус батарейки, мікроскопічні нещільності все ж можливі. Отже, можливе проникнення вологих атмосферних парів всередину елемента і їх контакт з реагентами. Як наслідок - непродуктивний витрата літію і зниження ємності.
На закінчення назвемо основних постачальників енергоємних літієвих первинних елементів на російський ринок (таблиця).
Таблиця. Найбільші закордонні виробники літієвих ХІТ, представлені на російському ринку в 2006 році
Продукція європейських та американських виробників, безумовно якісна, коштує дуже дорого, і тому вітчизняні виробники найчастіше віддають перевагу ХІТ від різних компаній з Південно-Східної Азії. На жаль, серед пропонованих елементів чимало низькосортних, які не відповідають заявленим в описах характеристикам. З безлічі азіатських компаній, як вважає автор даної статті, по співвідношенню ціна / якість китайська ЕЕМВ може претендувати на перше місце в рейтингах.
література
- Віхарєв Л. Про необхідність правильного харчування, або Батарейки та акумулятори // Компоненти та технології. 2004. № 4.
- Скундин А., Ніжняковскій Е. Літієві первинні елементи // Електронні компоненти. 2001. № 4.
- Матеріали сайту компанії Tadiran: LBR01E.pdf (Technical brochure): http://www.tadiranbatteries.de/eng/downloads/LBR01E.pdf
- Матеріали сайту компанії Greatbatch Ltd: http://www.electrochempower.com/Support/TechnicalInformation/Passivation.htm
Завантажити статтю в форматі PDF 
Інші статті на цю тему:
повідоміті про помилки
Які ще елементи живлення для автономних приладів здатні працювати в таких умовах?Добре це чи погано?