Životnost akumulátorů v bezdrátových sluchátkách Plantronics

Všichni máme bohaté zkušenosti s každodenním žonglováním mobilními zařízeními ve snaze udržet je v nabitém stavu, zvláště pokud jsme na cestách. Již jste někdy přemýšleli o tom jakým způsobem nejlépe akumulátory mobilních zařízení nabíjet? Měli bychom je nabíjet až v okamžiku, kdy jsou téměř vybité, nebo je dobíjet častěji? Může způsob nabíjení ovlivnit životnost a výdrž akumulátorů? Možná jste již slyšeli termíny, jako jsou „paměťový efekt“, nebo „rychlonabíjení“, co tyto pojmy znamenají a máme se o ně zajímat?

Tento článek byl zkompilován na základě veřejně dostupných informací, především z Electropedie a podle doporučení divize Marketing & Engineering společnosti Plantronics.

Společnost Plantronics se již dlouhou dobu zabývá vývojem a konstrukcí bezdrátových komunikačních zařízení pro kancelářské použití a call centra. Produkty jsou rozděleny na spotřební elektroniku a mobilní profesionální techniku. Společnost Plantronics se do vývoje bezdrátových technologií zapojila velmi brzy, stala se 20. členem konsorcia Bluetooth a přidruženým členem Bluetooth SIG. Prvním výrobkem používajícím technologii Bluetooth byl M1000 uvedený na trh v březnu 2001, a v roce 2003 společnost Plantronics uvedla na trh typ M3000, první Bluetooth náhlavní soupravu s celodenní výdrží.

Po více než 10 let společnost vyvíjí bezkonkurenční audio zařízení, ve kterých se zrcadlí zkušenosti 50 let inovací. Vzhledem ke současnému způsobu života a pracovnímu stylu, spolu s požadavky na vzdálenou komunikaci, vyvíjí Plantronics produkty, které umožňují efektivněji pracovat kdekoliv ve firmě. Důležitou součástí pracovních nástrojů se stávají bezdrátové náhlavní soupravy.

Technologie

Lithium je nejlehčí z alkalických kovů, dokonce plave na vodě, má nejvyšší elektrochemický potenciál a to ho řadí mezi nejreaktivnější kovy. Tyto vlastnosti lithium předurčují k použití ve zdrojích elektrické energie s vysokou energetickou hustotou.

Lithiové akumulátory si již našly své místo jako dobíjecí zdroje energie pro mobilní elektronická zařízení jako jsou mobilní telefony, bezdrátové náhlavní soupravy Bluetooth a DECT.

Oproti ostatním akumulátorům mají Lithiové akumulátory výhody v:

  • Velmi nízkém samovolném vybíjení.
  • Nižší náchylnosti k paměťovému efektu. Není zapotřebí reformátování.
  • Tolerují mikrocykly.
  •  Dlouhé životnosti.

 

Lithiové akumulátory a paměťový efekt

Lithiové akumulátory by měly být pravidelně nabíjeny, a nejsou příliš citlivé k mikrocyklům. Pod pojmem mikrocykly je myšlen postup nabíjení/vybíjení, kdy jsou akumulátory vystaveny rychlé, ale nízké zátěži (nízký vybíjecí proud) a následně dobity. Částečné vybití a opětovné částečné nabíjení vede k delší životnosti akumulátorů, než pokud jsou nabity na plnou kapacitu. Oproti akumulátorům vyrobenými podle starších technologií (např. NiCd) nejsou lithiové akumulátory citlivé k paměťovému efektu. Paměťový efekt znamená, že akumulátor si pamatuje, jaké množství energie bylo z něho odčerpáno a při následujícím nabíjení přijme pouze toto množství energie. Paměťový efekt snižuje energetický výkon akumulátorů. Lithiové akumulátory jsou ideálním zdrojem energie pro náhlavní soupravy, které jsou pravidelně částečně dobíjeny odložením soupravy do nabíjecího stojánku mezi hovory, nebo při dlouhodobém ponechání soupravy ve stojánku přes noc nebo přes víkend.

Lithium-ion polymerové akumulátory

Lithium-ion polymerové akumulátory používají jako elektrolyt vodivý polymerní gel (pevný elektrolyt), který eliminuje nebezpečí vytečení elektrolytu z akumulátoru. Lithium polymerové akumulátory jsou často nazývány Solid States Cells (pevné články). Vzhledem k tomu, že v těchto akumulátorech není použit žádný tekutý elektrolyt, akumulátory nemusí být vybaveny pevným obalem, na rozdíl od starších typů. Tyto akumulátorové články mohou být vyráběny v plochém, obdélníkovém či v jakémkoliv jiném tvarovém provedení, tak, aby byl plně zaplněn prostor vymezený pro akumulátor (ideální pro sluchátkové náhlavní soupravy). Lithium-ion polymerové akumulátory jsou lehčí, tvarově flexibilní a mohou být uzavřeny ve fólii, což vede k jednodušší výrobě. Navíc, tyto akumulátory neobsahují tekutý elektrolyt, což je činí stabilnějšími, méně náchylnými k přebití, nebo zničení.

Lithium Ion Polymerové (LiPo) akumulátory jsou používány ve většině bezdrátových náhlavních souprav Plantronics včetně modlů:

Savi 700 Series, Savi 400 Series, CS500 Series, Voyager Pro UC, Voyager Pro HD, BackBeat GO, Marque M155.

Doba hovoru a rychlonabíjení

Doba hovoru je klíčový parametr používaný všemi výrobci bezdrátových náhlavních souprav. Doba hovoru je maximální časový úsek, po který můžete výrobek aktivně používat, než je nutné akumulátor opětovně nabít. Obvykle je tento parametr výrobci označován jako „Doba hovoru až do X hodin. Dobu hovoru ovlivňuje celá řada faktorů, jako jsou vzdálenost soupravy od základové stanice, šířka audio pásma (významně snižuje dobu hovoru), šířka radiového pásma, delší či kratší datové pakety.

Pro zachování kapacity akumulátoru je doporučováno částečné dobíjení akumulátorů mezi hovory, pokud je kapacita nízká, náhlavní soupravy Plantronics rychle dobíjí akumulátory na kapacitu 30 % a zbývajících 60 % kapacity dobíjí pomaleji za současné pečlivé kontroly teploty akumulátoru. Například náhlavní souprava CS540 potřebuje 3 hodiny pro plné nabití, ale 50 procentního nabití je dosaženo již po jedné hodině. Některými výrobci je rychlonabíjení označováno jako velká výhoda, nicméně pokud akumulátor nabíjíte příliš rychle, může se přehřát, což vede ke jeho zničení a zkrácení doby jeho životnosti, jak je popsáno v odstavci Vliv teploty.

Životnost akumulátorů

Životnost akumulátorů je definována jako počet nabíjecích / vybíjecích cyklů až nominální kapacita klesne pod 80 % původní kapacity. Typická životnost akumulátorů, které jsou používány v produktech Plantronics je 300 – 500 cyklů. Postupný pokles kapacity akumulátorů je projevem jejich stárnutí a projevuje se snížením doby hovoru. Akumulátory je pak nutné častěji dobíjet.

Pokud akumulátory dosáhnou konce své životnosti, nedojde k jejich náhlému výpadku. Proces stárnutí pokračuje se stejnou rychlostí, až dosáhne 80 % kapacity po 1000 cyklech, a po dalších 2000 cyklech kapacita pravděpodobně klesne na 60 % původní kapacity. Pokud akumulátor dosáhne konce životnosti, není nutné se tedy obávat jeho náhlého výpadku.

Co ovlivňuje životnost akumulátorů?

Všechny akumulátory mají určitou životnost, která je podmíněna nežádoucími chemickými nebo fyzikálními změnami, případně ztrátou aktivity látek, ze kterých jsou vyrobeny. V opačném případě by vydržely věčně.

Vliv teploty

Rychlost chemických reakcí, které probíhají v akumulátorech, jsou ovlivňovány napětím a teplotou. Při vyšších teplotách reakce probíhají rychleji. Při vyšších teplotách se zvyšuje výkonnost akumulátorů, ale současně se zvyšuje i reakční rychlost nežádoucích reakcí, které vedou k snížení životnosti akumulátorů. Doba skladování a kapacita akumulátorů závisí na jejich samovybíjení, které je výsledkem nežádoucích chemických pochodů. Teplota ovlivňuje dobu skladovatelnosti, životnost a kapacitu akumulátorů neboť jsou výsledkem probíhajících chemických reakcí.

Stupeň vybití

Vztah mezi životností a stupněm vybití akumulátorů je logaritmický, jak je znázorněno na obrázku níže. Jinými slovy počet nabíjecích / vybíjecích cyklů stoupá s nižším stupněm vybití. Toto platí pro velkou většinu akumulátorů. Tato skutečnost je důležitá jak pro výrobce, tak i pro uživatele. Omezením stupně vybití, mohou konstruktéři významně ovlivnit životnost výrobku. Obdobně, uživatelé mohou značně prodloužit životnost akumulátorů používáním typů s mírně vyšší kapacitou než je zapotřebí, nebo pravidelným dobíjením akumulátorů před tím, než dojde k jejich úplnému vybití.
Doba skladování a kapacita akumulátorů závisí na rychlosti samovybíjení.

obr_zivotnost_baterii_slcpt
Pro uživatele je důležitá doba použitelnosti výrobku na jedno nabití. Kapacita akumulátoru závisí také na vybíjecím proudu, který je dán technologií použitou v daném produktu, ale také řízením spotřeby elektronikou. Režim šetřící spotřebu energie, pohotovostní stav a další funkce mohou významně ovlivnit životnost produktu.

Výrobci mobilních telefonů často nastavují stupeň vybití akumulátoru na 25 – 30 %, kdy je nutné telefon dobít. Při takto nízkém stupni vybití lze očekávat, že životnost akumulátorů bude 5 – 6 krát vyšší, než při úplném vybíjení. Životnost akumulátorů lze významně ovlivnit, pokud se používá nízký stupeň vybití. Obdobné chování lze očekávat i u bezdrátových náhlavních souprav, které jsou pravidelně částečně dobíjeny odložením soupravy do nabíjecího stojánku mezi hovory, nebo při dlouhodobém ponechání soupravy ve stojánku přes noc nebo přes víkend.