Эксплуатация Li-ion баратей / Хабр

Введение

Все мы так или иначе знакомы с литий-ионными аккумуляторами. Они на столько распространены, что их можно найти в любом доме. Производители их встраивают практически везде: фонарики, мобильные телефоны, ноутбуки, планшеты… Но очень мало людей знают, как их правильно эксплуатировать. Итак, поехали.

Начало использования или калибровка

При покупке любого оборудования с аккумуляторной батареей внутри всегда лучше ее проверить на работоспособность в магазине. Если ваше устройство не включается, то лучше воздержаться от покупки. Есть вероятность, что данное устройство полежало на складе очень долгое время, прежде чем попасть к вам в руки и, возможно, после покупки аккумулятор не будет держать заряд так хорошо.

Обычно любое устройства с аккумулятором в начале своей жизни должно включиться и проработать некоторое количество времени. Если вам попался в руки именно такой аппарат, то покупаем и радуемся покупке.

Но придя домой не следует сразу же заряжать аккумулятор до 100%. Следует произвести так называемую раскачку аккумуляторной батареи аппарата, т.е. дать возможность аккумулятору набрать максимальную ёмкость для дальнейшей надлежащей эксплуатации.

Первоначально аккумулятор нужно полностью разрядить (0%). После разрядки аккумулятора его следует полностью зарядить (100%) для увеличения рабочей ёмкости и правильной калибровки системы управления аккумулятором. Для достижения максимальной рабочей ёмкости аккумулятора требуется произвести 3-4 полных цикла зарядки-разрядки батареи. И заряжать следует именно тем зарядным устройством, которое было рекомендовано производителем.

Эксплуатация откалиброванного аккумулятора

После того, как аккумулятор был откалиброван, вы можете использовать аккумулятор как угодно, но придерживаясь некоторых правил:

1. Не стоит устройства литий-ионным аккумулятором (например, сотовый телефон) оставлять близко с источником тепла или под палящим солнцем. Максимально допустимые температуры, при которых возможно использование литий-ионных аккумуляторов: от –20°C до +50°C.

2. При отрицательных температурах аккумуляторы могут «проседают», из-за чего показывают уровень заряда меньше. Также нужно помнить, что при отрицательных температурах аккумуляторы не заряжаются.

3. Если ваше устройство с литий-ионным аккумулятором говорит, что заряд на исходе и следует подключить его к источнику тока, то так и стоит сделать. Рекомендуемые значения для зарядки является от 7% до 20%. (За исключением случаев калибровки.)

4. Калибровку аккумулятора стоит производить один раз в 3-4 месяца или 40 циклов зарядки. Процесс калибровки аккумулятора очень прост, но требует много времени. Нужно полностью разрядить аккумулятор до 0%, а потом зарядить до 100% и оставить его включенным к зарядке еще на пару часов.

5. Заряжать аккумуляторные батареи лучше всего зарядным устройством, которое было рекомендовано производителем.

6. Аккумуляторные батарей нельзя паять! Рекомендуется использовать только контактной сварку.

неужели она правда так нужна?

Калибровка аккумулятору смартфона обычно не нужна. В телефонах и гаджетах используются элементы питания литий-ионного типа (Li-ion и Li-ion Polymer), заряд и разряд которых управляется «умными» программными и аппаратными алгоритмами (какими?).

Но иногда алгоритмы дают сбой, появляется исключение из правил.

Мы сделали заметку про калибровку батареи телефонов современного типа с операционными системами и SoC-платформами. В тексте указаны ссылки на полезные руководства и исследования по этой теме. Узнайте, когда процедура реально помогает и что она собой вообще представляет.

Калибровка аккумулятора смартфона — простыми словами

Калибровка в отношении элемента питания — это тренировка электрохимической системы в течение двух-трёх циклов заряда и последующего разряда (редко при большем количестве циклов).

Важно: калибровка при помощи приложений — это маркетинг, реклама и попытка навязать вам лишний софт для установки и показа рекламы, так как просто подключить зарядник можно и без чужой помощи.

Инструкции калибровка батареи телефона без SMS и регистраций:

• • Калибровка батареи на Андроид без Рут-прав
• • Калибровка любой батареи ноутбука
• • Как восстановить iPod с помощью калибровки батареи?
• • Калибровка батареи AirPods, если один наушник разряжается быстрее

Операционная система смартфона управляет индикацией заряда аккумулятора, чтобы значок в статус-баре показывал точный процент. Для понимания, сколько там именно осталось заряда в батарее, программные алгоритмы взаимодействуют с аппаратными компонентами.

Чипсет смартфона (SoC-платформа) фиксирует течение тока в Кулонах (Ампер-секундах, As) при зарядке и разряде.

Самые совершенные модели смартфонов учитывают ещё и старение батареи, температуру, ряд других внешних факторов (быстрая зарядка, беспроводная зарядка, штатный зарядник или нет и так далее). Иногда алгоритмы сбиваются и происходит рассинхронизация показаний и настроек.

Почему может нарушиться индикация заряда аккумулятора?

1.

Глюки Android/iOS

Несовершенство программного обеспечения — это может быть баг из-за разработчиков или неизвестная накопительная проблема из-за неверных параметров.

2. Сильный нагрев

Например, оставили телефон на солнцепёке или играли в тяжёлую игру во время зарядки.

3. Зарядка на морозе

При попытке заряжать при температуре ниже нуля градусов растёт внутреннее сопротивление, образуется литий на аноде и происходит ряд других неприятностей.

4. Некачественный адаптер питания

Зарядка некачественным зарядным устройством, например, китайской автозарядкой от прикуривателя или дешёвой беспроводной.

5. Явные издевательства над батареей

Если серьёзно нарушать правила эксплуатации аккумулятора и зарядки, то происходят необратимые изменения.

FAQ о калибровке аккумулятора смартфона (пополняемый)

1. Почему везде говорят, что калибровка — это миф? Кто прав?

Многие пользователи на форумах пишут, что никакой калибровки не существует. Это мнение появилось во времена, когда в интернете широко распространились рекомендации полностью разряжать аккумулятор, удалять файл batterystats на Android и многие другие ошибочные даже вредные советы.

Затем на основе этих советов появились приложения с автоматизацией действий пользователя по мифической калибровке.

На самом деле ничего хорошего они не делали. Разве что показывали много рекламы и расшаривали разработчикам доступ к системным функциям смартфона.

Настоящая калибровка — это просто тренировка аккумулятора. Выполняется безо всяких удалений файлов и установки лишнего софта.

Наиболее полное исследование о том, что именно происходит в электрохимической системе аккумулятора показано в работе канадского Университета Далхаузи:

• • «Calibration process for rechargeable cell and battery test systems» (ссылка).

2. В чём суть калибровки батареи смартфона?

Суть в тренировочном восстановлении характеристик ячейки путём нескольких циклов полной зарядки в течение нескольких часов после заряда до 100% по индикатору и последующему разряду.

Необязательно разряжать до выключения. Хотя у современных смартфонов очень высокое напряжение по срабатыванию программного отключения по низкому заряду, чтобы сберечь батарею от переразряда.

• Рекомендуется калибровать разряжая до выключения, когда аккумулятор относительно свежий (меньше года) — так вы снизите число необходимых тренировочных циклов до двух-трёх.

• Не рекомендуется калибровать разряжая смартфон до выключения, когда аккумулятору больше двух и тем более трёх лет — достаточно до 15-20% (когда появляется уведомление о низком заряде). Он уже изношен и запросто может уйти в защиту при слишком низком напряжении, когда индикатор предположительно неисправен.

Заряжайте правильно

Для лучшего понимания калибровки ознакомьтесь с материалами тренировки литий-ионных аккумуляторов на Battery University.

Пишите вопросы в комментарии. Мы ждём ваши сообщения и ВКонтакте @NeovoltRu.

Подпишитесь на нашу группу, чтобы узнавать новости из мира автономности гаджетов, об их улучшении и прогрессе в научных исследованиях аккумуляторов. Подключайтесь к нам в Facebook и Twitter. Мы также ведём насыщенный блог в «Дзене» и на Medium — заходите посмотреть.

Теги: Android iOS iPhone Телефоны Смартфоны Планшеты Инструкция Ремонт База знаний Калибровка

Калибровка батареи — iFixit

Без калибровки показания заряда батареи в процентах будут неверными, и ваше устройство может вести себя странно — внезапно отключаться, даже если новая батарея «показывает» наполовину заряженную, или работать часами, когда батарея показывает, что батарея почти разряжена.

Для телефонов и планшетов :

1. Зарядите его до 100% и продолжайте заряжать еще как минимум два часа.
2. Используйте устройство, пока оно не выключится из-за низкого заряда батареи.
3. Заряжайте его непрерывно до 100%.

Для ноутбуков :

1. Зарядите его до 100 % и продолжайте заряжать еще не менее двух часов.
2. Отключите ноутбук от сети и используйте его как обычно, чтобы разрядить аккумулятор.
3. Сохраните свою работу, когда увидите предупреждение о низком заряде батареи.
4. Оставьте ноутбук включенным, пока он не перейдет в спящий режим из-за низкого заряда батареи.
5. Подождите не менее пяти часов, затем зарядите ноутбук до 100%.

Apple MacBook с портами Thunderbolt 3 под управлением macOS Catalina 10.15.5 или новее имеют функцию управления состоянием батареи, которая может предотвратить зарядку MacBook до 100%. Если ваш MacBook имеет эту функцию, отключите ее перед началом калибровки.

Лучше всего выполнять этот процесс периодически (примерно раз в месяц), чтобы батарея оставалась должным образом откалиброванной на протяжении всего срока службы.

Подробную информацию о калибровке батареи см. на этой странице. Эта статья о указателях уровня топлива также поучительна. Далее следует наш итог.

Фундаментальная проблема заключается в том, что нет надежного способа узнать, сколько энергии в данный момент содержится в батарее.

(Это электрохимическая система хранения, которая постоянно меняется и распадается, и никогда не ведет себя одинаково от одной зарядки к другой.) Практически единственный надежный способ измерить ее — полностью зарядить батарею, затем полностью разрядить ее и измерить разность (так называемый кулоновый счет). Очевидно, что мы не можем делать это каждый раз, когда хотим проверить уровень заряда батареи, поэтому нам приходится использовать косвенные методы — хранить все виды данных об использовании и использовать их для расчета приблизительного % состояния заряда от момента к моменту. Со временем этот расчет имеет тенденцию дрейфовать и становиться менее точным. А на совершенно новой батарее практически нет хороших данных для работы, поэтому модель будет далекой. Калибровка помогает поддерживать точность оценок, устанавливая новые привязки «полный заряд» и «полный разряд» в системе управления батареями, чтобы не приходилось гадать. Мы по-прежнему играем в «Приколите хвост ослику», но калибровка сообщает системе управления батареями: «Эй, ослику больше 9 лет». 0041 таким способом ».

Вот суть проблемы. Как обновить флаги «полный заряд» и «полный разряд»? точность смарт-аккумулятора следует периодически калибровать, запуская аккумулятор в устройстве до тех пор, пока не появится сообщение «Низкий заряд аккумулятора», а затем выполнить перезарядку. эти две опорные точки позволяют оценить состояние заряда. Со временем эта линия снова становится размытой, и батарея требует повторной калибровки. На рисунке 2 показаны флаги полного разряда и полного заряда.

Рис. 2. Флаги полной разрядки и полной зарядки. Калибровка происходит путем применения полного заряда, разряда и заряда. Это делается в оборудовании или с помощью анализатора батареи в рамках обслуживания батареи.

Здесь следует отметить две вещи: (1) Согласно этой странице, недостаточно разрядить, а затем зарядить — нужно начать с полной зарядки. И (2) «полный разряд» неоднозначен — цифра, кажется, указывает на то, что флаг полного разряда будет установлен на 10%, но вся проблема, которую мы пытаемся решить, заключается в том, что показания % неточны. Как узнать, когда батарея разряжена «ниже 10%», если показания батареи неточны? Вы не знаете! Например, мы установили множество аккумуляторов, которые в конечном итоге выдавали предупреждение о низком заряде аккумулятора, а затем продолжали работать на полную мощность в течение нескольких часов при указанном заряде аккумулятора 1%. Короче говоря, «калибровка» аккумулятора путем разряда «ниже 10%» бесполезна. Это все равно, что дать кому-то машину со сломанным указателем уровня топлива и сказать, чтобы он ехал, пока бак не будет заполнен на ¼.0003

Кажется, что здесь происходит то, что приведенный выше график предназначен для отображения фактического химического состояния батареи, а не %, указанных пользователю, которые могут сильно отличаться. Программное обеспечение, ориентированное на пользователя, может заявлять о почти нулевом заряде батареи, когда фактическое химическое состояние батареи ближе к 10% заряда. Это сделано намеренно, чтобы предотвратить разрядку батареи ниже безопасного уровня, при котором может произойти повреждение батареи и система не сможет перезагрузиться.

Короче говоря, система всегда выключается, когда в батарее остается немного заряда в качестве меры безопасности, но она не показывает этот резерв пользователю. Как отметил один комментатор статьи, на которую есть ссылка выше:

• Предупреждение о низком заряде батареи реализовано исключительно в программном обеспечении устройства как средство предотвращения возможной потери данных во время его использования и полностью независимо от системы управления батареями.
• Даже если вы позволите устройству работать до тех пор, пока оно не выключится автоматически из-за недостаточного заряда батареи, система управления батареями все равно будет поддерживать уровень заряда батареи на достаточно высоком уровне, чтобы предотвратить повреждение аккумуляторной батареи.
• Индикатор заряда батареи, который вы видите на экране, в основном представляет собой количество ИСПОЛЬЗУЕМОГО заряда батареи, а НЕ абсолютный общий заряд батареи. Вот почему вы можете изменить предупреждение о низком заряде батареи на любой выбранный вами процент — оно не для защиты батареи (это делается автоматически системой управления батареями), а для того, чтобы дать вам достаточно времени, чтобы сохранить свою работу или подключить зарядное устройство.
• Таким образом, если вы собираетесь откалибровать батарею своего устройства, вам нужно дать ей разрядиться после предупреждений, пока она не отключится автоматически, ПЕРЕД перезарядкой. Ваша попытка откалибровать батарею не завершена.

Помните, что в игре участвуют две разные (но связанные) системы: система управления батареями, которая отслеживает и контролирует состояние батареи, и программный пользовательский интерфейс (и связанное с ним программное обеспечение для управления питанием), который считывает данные с первой для отображения индикации состояния и уровня заряда батареи и реагирования на различные флаги (например, выключение при установленном флаге разрядки).

Было бы здорово подтвердить все это, проверив официальную процедуру калибровки батареи Apple, но они, похоже, удалили ее со своего сайта поддержки, предполагая, что их новые батареи откалиброваны на заводе и не подлежат замене пользователем. Тем не менее, вы можете найти его на нескольких форумах следующим образом:

Для калибровки батареи портативного компьютера:

1. Подключите адаптер питания MagSafe и полностью зарядите аккумулятор.
2. Когда батарея полностью заряжена, индикатор на разъеме адаптера питания MagSafe становится зеленым, а значок батареи в строке меню указывает на то, что батарея заряжена.
3. Дайте полностью заряженному аккумулятору постоять не менее двух часов.
4. В это время вы можете пользоваться компьютером, пока подключен адаптер питания.
5. Не отключая компьютер от адаптера питания, продолжайте пользоваться компьютером.
6. Когда вы увидите предупреждение о низком заряде батареи, сохраните свою работу и закройте все приложения. Держите компьютер включенным, пока он не перейдет в спящий режим.
7. После перехода компьютера в спящий режим выключите его или оставьте в спящем режиме на пять или более часов.
8. Подсоедините адаптер питания и оставьте его подключенным до полной зарядки аккумулятора.

Обратите внимание, что Apple, по-видимому, не доверяет вашей системе, чтобы знать, когда батарея полностью заряжена или  разряжена, и хочет, чтобы вы оставили ее на зарядном устройстве еще на два часа, чтобы убедиться, прежде чем продолжить с калибровкой.

Кажется, это соответствует тому, что мы узнали, и соответствует другим самодельным калибровкам батареи в Интернете.

BU-603: Как откалибровать «умную» батарею

При проектировании указателя уровня топлива инженеры обычно ошибаются, полагая, что батарея всегда будет оставаться молодой. Как и в случае с людьми, для обеспечения точности необходимо учитывать возраст батарей и меняющиеся характеристики. Причудливые датчики уровня топлива могут дать ложное чувство безопасности, полагая, что отображаемые показания батареи верны. Для случайного пользователя мобильного телефона или ноутбука ошибка указателя уровня топлива является лишь легким раздражителем, но проблема обостряется с медицинскими и военными устройствами, а также дронами и электрическими трансмиссиями, которые зависят от точных прогнозов дальности.

Химическая батарея, представляющая фактическое хранилище энергии, остается главной, в то время как цифровая батарея обеспечивает периферийную поддержку, полагаясь на информацию, полученную от циклов заряда и разряда. Но, как и во всех хороших машинах, точные настройки начинают меняться и требуют корректировки. То же самое происходит с аккумулятором SMBus, который также требует периодической калибровки. В инструкции к Apple iPad говорится: «Для надлежащего отчета о SoC обязательно выполняйте как минимум один полный цикл зарядки/разрядки в месяц».

На рис. 1 показана цифровая батарея, которая отдаляется от химической батареи; калибровка исправляет ошибку отслеживания. Накапливающаяся ошибка связана с приложением, а дрейф на диаграмме подчеркивается для эффекта.

Рисунок 1: Отслеживание электрохимической и цифровой батареи в зависимости от времени
По мере использования и времени электрохимическая и цифровая батареи расходятся; калибровка исправляет ошибку.

Примечание: Накопленная ошибка связана с приложением; значения на графике выделены.

Интеллектуальная батарея самокалибруется, используя случайные полные разрядки, но в реальной жизни это случается редко. Большинство выделений носят прерывистый характер и уходят на произвольную глубину. Кроме того, сигнатуры нагрузки часто состоят из высокочастотных импульсов, которые трудно зафиксировать. Частично разряженную батарею можно частично зарядить, а затем хранить в теплом помещении, что приведет к повышенному саморазряду, который невозможно отследить. Эти аномалии добавляют к ошибке отображения, которая усиливается с использованием и временем.

Для поддержания точности смарт-аккумулятор следует периодически калибровать, запуская аккумулятор в устройстве до тех пор, пока не появится сообщение «Батарея разряжена», а затем выполнить подзарядку. Полный разряд устанавливает флаг разрядки, а полный заряд устанавливает флаг заряда. Между этими двумя опорными точками формируется линейная линия, позволяющая оценить SoC. Со временем эта линия снова размывается, и батарея требует повторной калибровки. На рис. 2 показаны флажки полной разрядки и полной зарядки.

Рис. 2: Флаги полной разрядки и полной зарядки ^[1]

Калибровка выполняется путем применения полной зарядки, разрядки и зарядки. Это делается в оборудовании или с помощью анализатора батареи в рамках обслуживания батареи.

Анализаторы аккумуляторов служат ценным инструментом для калибровки интеллектуальных аккумуляторов. Анализатор полностью заряжает батарею, а затем применяет контролируемый разряд, который обеспечивает все важные показания емкости химической батареи. Это измерение разряда является более точным показанием, чем то, что дает подсчет кулонов, регистрируя прошлые разряды цифровой батареи.

Как часто следует калибровать батарею? Ответ зависит от приложения. Для батареи, которая постоянно используется, калибровку следует проводить каждые 3 месяца или после 40 неполных циклов. Если портативное устройство самостоятельно применяет периодическую полную глубокую разрядку, то дополнительная калибровка не требуется.

Что произойдет, если батарею не калибровать регулярно? Можно ли с уверенностью использовать такую ​​батарею? Большинство интеллектуальных зарядных устройств подчиняются требованиям химической батареи, а не цифровой батареи, и нет никаких проблем с безопасностью. Батарея должна работать нормально, но цифровые показания могут стать ненадежными.

Некоторые интеллектуальные батареи имеют функцию отслеживания импеданса. Это самообучающийся алгоритм, который уменьшает или устраняет необходимость калибровки. Однако, если требуется калибровка, может потребоваться несколько циклов вместо одного для достижения того же результата, что и в стандартной системе.

Максимальная ошибка

Точность между химической и цифровой батареей измеряется максимальной ошибкой. Max Error означает «максимальная ошибка» и представлена ​​в процентах. Низкое значение указывает на хорошую точность, и по мере того, как точность снижается при неполных циклах, значение максимальной ошибки неуклонно увеличивается. Этого наблюдающего сторожевого пса можно сравнить с врачом, который измеряет состояние здоровья числом.

Некоторые производители рекомендуют калибровку при максимальной ошибке 8 процентов; показания выше 12 процентов могут вызвать сигнал тревоги, а 16 процентов могут вывести батарею из строя. Не существует единого стандарта для определения того, какой уровень Max Error требует обслуживания или что представляет собой ошибку; каждый производитель аккумуляторов следует своим собственным рекомендациям.

Снимок экрана

Система SMBus предоставляет обширную информацию, включая дату изготовления батареи, модель батареи и серийный номер, емкость, температуру и расчетное время работы, а также напряжения вплоть до уровня элементов. Инженеру доставляет удовольствие иметь все эти данные в виде таблицы, но мелкий шрифт может запутать пользователя больше, чем помощь. У занятой медсестры в больнице, дежурного полицейского и солдата в бою есть только один вопрос: «Хватит ли батареи для моей миссии?» На рис. 3 показан снимок экрана с данными, хранящимися в батарее SMBus.

Рис. 3: Универсальный скриншот батареи SMBus ^[2]
Данные организованы в таблицы для облегчения анализа, формат, который менее подходит для повседневного использования батареи.