📈 3,85V вместо 📉 3,7V: теперь вы будете знать, какие аккумуляторы в смартфонах «живут» дольше

В смартфонах литий-ионные (Li-ion) и литий-полимерные (Li-ion Polymer) аккумуляторы [в чём разница] помимо всего прочего отличаются по ёмкости (миллиампер-часы, «мА·ч»/«mAh» или Ватт-часы, «Вт·ч»/«Wh») и по напряжению (Вольт — «В» или «V»).

Напряжение на аккумуляторе указывается двух типов:

1. номинальное (то есть основное рабочее, указывается всегда);
2. максимальное (снижается ток, работает защита от перезаряда, иногда не указано — ниже объясним, почему).

Вы можете заметить, что они продаются с разными значениями напряжения. Это зависит от конструкции и типа электрохимической системы литиевого элемента. Узнайте, есть ли разница, и если есть, то какие элементы лучше выбирать.

🔎 Вот, что значат цифры вроде 3,6В, 3,7В, 4,2В у Li-ion-батареях в смартфонах

Типовой вариант литий-ионных (и литий-полимерных) аккумуляторов с кобальтовым катодом (LCO) имеет напряжение на элемент:

• 3,6В номинальное;
• 4,2В максимальное.

Указанные цифры значат, что:

• Аккумулятор заряжается до 4,2В (индикация 100%);
• Постепенно разряжаясь, он удерживает номинальное напряжение на уровне 3,6В (+/- 0,1В при токе разряда 0,2C-0,5C);
• При остатке около 20% заряда от ёмкости напряжение падает до 3,0В;
• Срабатывают алгоритмы контроля аккумулятора (например, управляющая плата BMS и аппаратно-программные средства смартфона — он выключается).
• Когда напряжение падает до критического у Li-ion значения 3,0-2,75В (точная цифра зависит от материалов, задумки инженеров и сборки), срабатывает защита.

Включить аккумулятор после срабатывания защиты по нижнему порогу напряжения можно. Правда, понадобится специальное оборудование. И результат получится со значительной потерей ёмкости (глубокий разряд).

💡 Сейчас номинальное значение 3,6В у Li-ion увеличено до 3,7В в маркетинговых целях за счёт понижения внутреннего сопротивления.

Вилка напряжений 3,7-4,2В (рабочий диапазон 2,75В-4,2В) используется в Li-ion повсеместно (в элементах 18650, аккумуляторы в смартфонах, смарт-часах, планшетах, ноутбуках, электроинструменте, электротранспорте). Но встречаются и другие варианты.

🔎 3,85В или 3,75В? Все варианты напряжений у смартфонных аккумуляторов

📈 Увеличение напряжения от штатных 3,6В добавляет мощности аккумулятору и увеличивает максимальную ёмкость при заряде выше 4,2В.

Однако перезаряд плохо сказывается на сроке службы и безопасности ячейки. Требуются другие материалы, более дорогое производство, чтобы снизить негативный эффект. Новые модели смартфонов могут предложить такие технологии, но стоят ли они усилий и переплаты?

🟢 3,6В / 4,2В

Традиционные аккумуляторы на основе кобальтового катода. Штатные значения технологии Li-ion и Li-ion Polymer.

🟡 3,7В / 4,2В

Современный и наиболее распространённый вариант достигнут в маркетинговых целях («3,7В больше 3,6В») с небольшой доработкой материалов катода и анода (снижено внутреннее сопротивление).

🟠 3,75В / 4,2-4,25В

Компромисс между долговечностью, ёмкостью и мощностью, которым пользуются производители во флагманских и популярных моделях. Чтобы достичь большего максимального напряжения при заряде 4,25В поверхность катода покрывается специальными материалами (от грубого нанесения до структурного перекрытия оболочкой), разрабатываются добавки к электролиту.

🔴 3,8-3,85В / 4,35-4,4В

Новейшие разработки материалов (тонкоплёночные покрытия катода, добавки в электролит) позволяют заряжать аккумуляторы до 4,35 (+/-0,05В). Это увеличивает мощность (например, полезно для электромотора) и ёмкость (время автономной работы).

Они называются высоковольтовые элементы (LiHV или High Voltage Li-ion, например, HV-LIPO). Из особых требований — поддержка 4,4В со стороны зарядного устройства (должно быть правильно настроено по напряжению полной зарядки для дополнительной ёмкости).

💡 Заряд до 4,4В плохо влияет на долговечность (уменьшается число циклов заряд-разряд) и ещё требуются более ответственные меры для безопасности.

Интересно, что в Datasheet литий-ионных аккумуляторов 3,85В / 4,4В тестирование показано с зарядом до 4,6В — это ещё больше увеличивает ёмкость и мощность. Однако инженеры отмечают, что для безопасности заряда до такого высокого напряжения следует строго следить за повреждениями и вздутием.

Производство литий-ион-полимерных аккумуляторов для смартфонов.

📊 Ответы на частые вопросы по напряжению Li-ion-аккумулятора

Срок службы батареи Li-ion согласован с моральным устареванием модели смартфона. В связи с этим фактом, короткий цикл жизни элемента питания с точки зрения производителей вполне приемлем. Почему бы и не увеличить циферку в ёмкости пусть и немного за счёт срока службы?

На практике мы сталкиваемся с определёнными эффектами при использовании разных напряжений аккумуляторов в одном и том же смартфоне. Возникают популярные вопросы, на которых хотелось бы дать краткие ответы.

Вопрос 1: Напряжение 4,35В или 4,4В действительно лучше, чем 4,2В?

Ответ: Да, это даст больше ёмкости на первые 50-100 полных циклов заряд-разряд (и мощности, например, для мотора в электроинструменте).

Далее у двух аккумуляторов 4,35В и 4,2В ёмкость фактически сравняется — «карета превратится в тыкву». В теории срок службы аккумулятора, который продолжают перезаряжать выше 4,2В, будет меньше. Но если не заряжать его выше 80%, то, вероятно, он прослужит даже больше [тезис аргументирован, но требует практических испытаний].

Вопрос 2: Стоит ли искать только аккумуляторы с напряжением 4,2В?

Ответ: Нет, основывать свой выбор только на этой характеристике не стоит.

Вы получите аккумулятор со сроком службы 500 полных циклов (на 100-150 циклов больше в сравнении с 4,4В), но с учётом быстрого морального устаревания смартфонов это преимущество может быть совершенно неважно (составит всего несколько месяцев от двух-трёх лет).

Вопрос 3: Есть ли разница между аккумуляторами 3,6В и 3,7В?

Ответ: Есть, но она фактически незаметна.

Отличается внутреннее сопротивление, которое критично при определённых экстремальных обстоятельствах.

Вопрос 4: Есть ли разница между аккумуляторами 3,85В и 3,75В?

Ответ: Есть, и довольно большая.

Отличаются технологии производства и применения материалов для катода, анода и электролита. Они влияют на максимальный заряд, в том числе дают возможность безопасно заряжать до 4,4В (требуется соответствующая поддержка на заряднике). Это в свою очередь увеличивает максимальную ёмкость (Wh = Ah * V или Вт·ч = А·ч * В).

Вопрос 5: Есть ли разница между аккумуляторами 3,7В и 3,75В?

Ответ: Есть, и она практически незаметна, если производитель не указал максимальное напряжение 4,35В (тогда отличия будут, как в вопросе 4).

Обычно на аккумуляторе 3,75В это значение не указывают (тогда считается 4,2В), реже вписывают «измеренное» максимальное напряжение 4,25В — является по сути маркетинговым ходом.

Вопрос 6: Есть ли ещё информация? Я не нашёл напряжение, которое указано на моём аккумуляторе.

Ответ: Могут встречаться промежуточные значения, вроде «3,82В».

Это некие «измеренные» («rated voltage») цифры по номинальному напряжению после увеличения максимального напряжения заряда до 4,4В. Достаточно придерживаться указанной выше вилки, чтобы понимать разницу. Кратные напряжения, например, 11,1В говорят о составе батарейного блока из трёх подключённых между собой аккумуляторов 3,7В (3шт x 3,7В = 11,1В).

Номинальное измеренное напряжение 3,82V / максимальное 4,4V.

***

Всё зависит от максимального напряжения, до которого способен заряжаться аккумулятор вашего смартфона:

• 4,2В (штатное значение, иногда даже не указывается — и так понятно, аккумуляторы с отсечкой на 4,2В живут дольше);
• 4,35В или 4,4В (элементы высокого напряжения или High Voltage Li-ion/LiPo, их срок службы уменьшен взамен на указанные выше преимущества).

Указание цифр 3,6В или 3,7В, даже 3,75В или 3,8В на корпусе аккумулятора по сути не влияют на срок службы, когда максимальное напряжение одинаковое (4,2В). Но может говорить о разных материалах, применяющихся для катода, анода и электролита.

👉 Сколько заряжается батарея 4000 мАч от 10-Вт зарядки?

Хотелось сделать короткую заметку, но получилось полноценное руководство по напряжению аккумуляторов смартфонов и телефонов. В качестве источника мы ориентировались на исследования и опыт Battery University.

Измерение меняющегося напряжения на аккумуляторе в различных режимах.

Если у вас есть вопросы или что-то нужно добавить, то напишите в комментарии своё мнение. Мы читаем каждое сообщение.