Перейти к основному содержимому

1.08. Аккумуляторы

В РАЗРАБОТКЕНЕ ДЛЯ НОВИЧКОВНЕ ОБЯЗАТЕЛЬНО
Инженеру

Аккумуляторы​

Аккумулятор — это электрический источник тока, способный многократно накапливать энергию при подключении к внешнему источнику электропитания и отдавать её в нагрузку при разряде. В отличие от первичных элементов (обычных батареек), аккумуляторы допускают циклическое использование: зарядка — разрядка — повторная зарядка. Этот принцип лежит в основе работы мобильных устройств, ноутбуков, электромобилей и резервных систем питания.

Структурные компоненты аккумулятора​

Каждый аккумулятор состоит из трёх ключевых компонентов: анода, катода и электролита.
Анод — электрод, отдающий электроны в процессе разряда.
Катод — электрод, принимающий электроны.
Электролит — среда, через которую ионы перемещаются между анодом и катодом, обеспечивая замыкание внутренней цепи.

Химический состав этих компонентов определяет тип аккумулятора, его энергоёмкость, срок службы, температурный диапазон эксплуатации и безопасность. В современных мобильных устройствах доминируют литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы.

Литий-ионные аккумуляторы​

Литий-ионные аккумуляторы используют оксиды переходных металлов (например, кобальт, никель, марганец) в качестве катодного материала и графит — в качестве анодного. Ионы лития перемещаются в электролите на основе органических растворителей. Такая конструкция обеспечивает высокую удельную энергоёмкость — около 150–250 Вт·ч/кг. Это позволяет размещать значительный запас энергии в компактном корпусе, что особенно важно в смартфонах, планшетах и ноутбуках.

Литий-ионные аккумуляторы работают в узком диапазоне напряжений — обычно от 3,0 до 4,2 вольта на элемент. Выход за эти границы без контроля приводит к деградации материалов или потере безопасности. Поэтому каждый аккумулятор снабжён встроенной системой управления — платой защиты (Protection Circuit Module, PCM), которая следит за напряжением, током и температурой, и отключает цепь при опасных отклонениях.

Литий-полимерные аккумуляторы​

Литий-полимерные аккумуляторы — это разновидность литий-ионных систем, в которых жидкий электролит заменён на полимерный гель или твёрдый полимерный электролит. Главное преимущество — гибкость геометрии корпуса. Аккумулятор может быть изготовлен в форме тонкой плёнки, изогнутой панели или даже трёхмерной структуры, повторяющей внутреннее пространство устройства. Это открывает возможности для интеграции в ультратонкие смартфоны, носимые гаджеты и складные устройства.

Энергоёмкость литий-полимерных аккумуляторов обычно несколько ниже, чем у традиционных литий-ионных, но разница несущественна в пределах одного поколения технологий. Основной выигрыш — в механической адаптивности и снижении риска утечки электролита, поскольку в большинстве случаев он находится в связанном состоянии.

Другие типы аккумуляторов и их применение вне мобильной электроники​

Никель-металлгидридные (Ni-MH) и никель-кадмиевые (Ni-Cd) аккумуляторы сохраняют нишевое применение в устройствах с низкими требованиями к массогабаритным характеристикам: радиотелефонах, детских игрушках, ручных инструментах, системах аварийного освещения. Эти системы отличаются высокой устойчивостью к перегрузкам и широким диапазоном рабочих температур, но обладают меньшей энергоёмкостью и эффектом «памяти», снижающим эффективную ёмкость при неполном разряде.

Свинцово-кислотные аккумуляторы по-прежнему используются в источниках бесперебойного питания (ИБП), автомобильных стартерных системах и автономных энергосистемах. Их масса и объём значительны, но стоимость производства невысока, а технология отработана десятилетиями. Они хорошо переносят длительное хранение в частично разряженном состоянии и допускают большие импульсные токи.

Все эти типы имеют разные характеристики циклической стойкости — числа полных циклов «заряд–разряд», после которых ёмкость снижается до 80 % от начальной величины. У литий-ионных систем этот показатель составляет 300–1200 циклов в зависимости от химии и режима эксплуатации; у Ni-MH — около 500–1000; у свинцово-кислотных — 200–500 в режиме глубокого разряда и до 1500 в буферном режиме (когда аккумулятор постоянно подключён к зарядному устройству и работает в состоянии, близком к полному заряду).

Зарядка: принципы и этапы​

Зарядка аккумулятора — это управляемый процесс возврата ионов в исходное состояние. Для литий-ионных систем он состоит из двух или трёх фаз:

  1. Фаза предварительной зарядки (pre-charge). Применяется, если напряжение элемента упало ниже 3,0 вольт. В этом состоянии подаётся малый ток — обычно 1/10 от номинального зарядного тока — до тех пор, пока напряжение не достигнет безопасного уровня (около 3,0 вольт). Это восстанавливает стабильность внутренней структуры и предотвращает повреждение при резком приложении полного тока.

  2. Фаза постоянного тока (CC, constant current). На этом этапе зарядное устройство поддерживает стабильный ток (часто 0,5–1,0 C, где C — ёмкость аккумулятора в ампер-часах). Напряжение постепенно растёт, приближаясь к верхнему пределу — 4,2 вольта (иногда 4,35 или 4,4 вольта для специальных составов). Большая часть энергии накапливается именно в этой фазе — около 70–80 % от полной ёмкости.

  3. Фаза постоянного напряжения (CV, constant voltage). После достижения порогового напряжения ток начинает плавно снижаться, поскольку внутреннее сопротивление растёт по мере насыщения электродов. Заряд считается завершённым, когда ток падает до 3–10 % от номинального значения. После этого зарядное устройство прекращает подачу энергии.

Современные устройства не отключают аккумулятор от схемы после завершения заряда. Вместо этого система управления периодически измеряет напряжение и при его снижении до порога (например, 4,05 вольта) запускает короткий «топ-ап» заряд — небольшую дозу энергии для поддержания уровня. Это предотвращает глубокий разряд при простое и позволяет использовать устройство сразу после подключения к сети.

Устройства и кабели​

Зарядное устройство — это не просто источник постоянного тока. Это интеллектуальный узел, согласующий параметры питания с возможностями приёмника. Современные стандарты основаны на цифровом диалоге между источником и потребителем.

USB как универсальный интерфейс​

USB стал основным физическим и логическим интерфейсом для передачи энергии в переносных устройствах. С развитием стандарта его возможности значительно расширились:

  • USB 2.0 и 3.0 (без Power Delivery) поддерживают ток до 0,5 и 0,9 ампера при напряжении 5 вольт — этого достаточно для медленной зарядки или поддержания работоспособности.
  • USB Battery Charging (BC 1.2) добавил режимы DCP (Dedicated Charging Port) и CDP (Charging Downstream Port), позволяя поднимать ток до 1,5 ампера без изменения напряжения.
  • USB Power Delivery (USB-PD) — полноценный протокол управления питанием. Он работает поверх линий CC (Configuration Channel) в разъёмах USB-C и позволяет согласовывать напряжение (5, 9, 12, 15, 20 вольт) и ток (до 5 ампер) в зависимости от возможностей обоих устройств. USB-PD обеспечивает передачу до 100 ватт, что хватает для зарядки ноутбуков.

Для реализации USB-PD требуется контроллер на обеих сторонах — в блоке питания и в устройстве. При подключении происходит обмен данными: устройство сообщает о своих предпочтениях (например, «мне нужно 9 В, 2 А»), а источник подтверждает, может ли он это обеспечить. Если согласие достигнуто — напряжение переключается плавно, без скачков.

Проприетарные протоколы быстрой зарядки​

Параллельно с USB-PD ряд производителей разработали собственные протоколы, ориентированные на повышение скорости зарядки в рамках экосистемы. Примеры — Qualcomm Quick Charge, Huawei SuperCharge, Oppo VOOC, Samsung Adaptive Fast Charging.

Эти протоколы обычно работают на этапе согласования до активации USB-PD или в обход него. Например, Quick Charge изменяет напряжение на линии VBUS с помощью модуляции сигнала по линии D+ / D– в USB-A. VOOC, напротив, сохраняет напряжение на уровне 5 вольт, но увеличивает ток до 4–6 ампер, перенося преобразование напряжения внутрь устройства — это снижает нагрев кабеля и разъёма.

Ключевое условие корректной работы — совместимость всех звеньев цепи: блок питания, кабель, разъём, контроллер в устройстве. Несоответствие хотя бы одного компонента приводит к переходу в базовый режим (5 В, 0,5–1,5 А) или к полному отказу от зарядки.

Требования к кабелям​

Кабель — активный элемент цепи, а не пассивный проводник. Его сопротивление, экранирование и маркировка определяют допустимый ток и устойчивость к помехам.

В стандарте USB-C предусмотрена обязательная маркировка кабеля с помощью микросхемы eMarker (Electronically Marked Cable). Она хранит информацию о:

  • максимальном токе (3 А без eMarker, до 5 А — с ним),
  • поддержке альтернативных режимов (DisplayPort, Thunderbolt),
  • версии спецификации.

Кабель без eMarker не может передавать более 60 ватт, даже если физически способен выдержать больший ток. При использовании некачественного или повреждённого кабеля возможны:

  • перегрев вследствие повышенного омического сопротивления,
  • ошибки согласования напряжения,
  • нестабильность соединения, проявляющаяся в прерывистой зарядке.

Качественные кабели проходят сертификацию USB-IF и имеют лазерную гравировку с указанием соответствия стандарту.

Беспроводная зарядка​

Беспроводная зарядка реализует передачу энергии без физического контакта между источником и приёмником. Основной используемый принцип — электромагнитная индукция.

Передающая катушка, встроенная в зарядную площадку, создаёт переменное магнитное поле при подаче на неё высокочастотного тока (обычно 100–350 кГц). Приёмная катушка в устройстве улавливает это поле, и в ней наводится ЭДС, которая затем преобразуется в постоянный ток и поступает на вход схемы управления аккумулятором.

Стандарт Qi (произносится «чи»), разработанный консорциумом Wireless Power Consortium, стал доминирующим для потребительской электроники. Он определяет не только геометрию катушек и частоту, но и протокол связи: приёмник передаёт информацию о своей готовности и требуемой мощности через модуляцию нагрузки (load modulation). Это позволяет передатчику регулировать мощность и отключать излучение, если на площадке отсутствует совместимое устройство или обнаружен посторонний металлический предмет.

Максимальная мощность в базовом профиле Qi — 5 ватт. Расширенные профили (Extended Power Profile, EPP) поддерживают до 15 ватт, а в перспективных версиях — до 30–50 ватт. Однако эффективность беспроводной передачи ниже, чем у проводной: типичный КПД составляет 60–75 % при идеальном позиционировании. Потери проявляются в виде тепла как в передатчике, так и в приёмнике. Это требует дополнительных мер теплового контроля, особенно в тонких устройствах.

Важное условие стабильной работы — точное совмещение катушек. Отклонение более чем на 5–7 мм от центра приводит к резкому падению мощности или полному прекращению зарядки. Некоторые зарядные устройства компенсируют это, используя массив из нескольких катушек и активируя только ближайшую к устройству.

Альтернативный подход — резонансная индуктивная связь. Здесь и передающая, и приёмная системы настроены в резонанс на одну частоту, что позволяет увеличить расстояние передачи до 30–50 мм и снизить требования к соосности. Эта технология применяется в специализированных устройствах (например, встраиваемых в мебель или автомобили), но пока не получила массового распространения в смартфонах из-за сложности и стоимости.

Портативные аккумуляторы (power bank)​

Портативный аккумулятор — это автономный блок, предназначенный для накопления энергии и последующей её передачи мобильным устройствам. Конструктивно он состоит из одного или нескольких элементов (чаще всего — литий-ионных или литий-полимерных), платы управления, входных и выходных интерфейсов и корпуса.

Плата управления выполняет три основные функции:

  1. Управление зарядом внутренних элементов — аналогично встроенной системе в смартфоне: контроль напряжения, тока, температуры, защита от переразряда, перезаряда, короткого замыкания и перегрева.

  2. Преобразование напряжения — внутренние элементы имеют номинальное напряжение около 3,7 вольта, тогда как USB требует 5 вольт. Для этого используется повышающий преобразователь (boost converter). При поддержке протоколов быстрой зарядки добавляются и понижающие (buck) или комбинированные (buck-boost) преобразователи, позволяющие генерировать 9, 12 или более вольт на выходе.

  3. Режимы ввода-вывода и индикация — микроконтроллер опрашивает подключённое устройство, определяет поддерживаемые протоколы (например, через линии CC в USB-C), и активирует соответствующий режим. Светодиодные индикаторы или мини-дисплеи отображают уровень заряда, активный режим и ошибки.

Ёмкость портативного аккумулятора указывается в миллиампер-часах (мА·ч) при напряжении элемента (обычно 3,7 В). Однако реальный объём энергии, доступный потребителю, меньше — из-за потерь в преобразователе и разницы напряжений. Например, аккумулятор ёмкостью 10 000 мА·ч при 3,7 В содержит 37 ватт-часов энергии. При выходе 5 В и КПД 85 % доступно около 6 300 мА·ч на USB-порту. Производители обязаны указывать обе величины — «типовая ёмкость элементов» и «выходная ёмкость при 5 В» — но не все это делают корректно.

Качественные power bank проходят сертификацию по стандартам безопасности (например, UL, CE, PSE), имеют двойную изоляцию, защиту от перенапряжения и термисторы. Некоторые модели поддерживают реверсивную зарядку — возможность отдавать энергию не только в другие устройства, но и принимать её от них (например, один power bank может зарядить другой при отсутствии сети). Также встречаются гибридные решения с солнечными панелями или ручными генераторами — они рассчитаны на аварийное применение, а не на повседневное использование.

Безопасность эксплуатации​

Безопасность аккумулятора зависит от трёх факторов: конструкции элемента, качества системы управления и условий внешней среды.

Литий-ионные аккумуляторы содержат высокореакционные компоненты. При нарушении целостности сепаратора (тонкой полимерной плёнки между анодом и катодом) происходит внутреннее короткое замыкание. Выделяется тепло, которое ускоряет разложение электролита с выделением газов (в основном — углекислого газа, метана, этилена). Давление растёт, корпус деформируется (эффект «вздутия»), и при достижении критической температуры (130–150 °C) может начаться термический разгон — неконтролируемая экзотермическая реакция, приводящая к возгоранию или взрыву.

Система управления предотвращает такие сценарии за счёт:

  • ограничения максимального тока заряда и разряда,
  • отключения при превышении пороговой температуры (обычно 60–70 °C),
  • блокировки при падении напряжения ниже 2,5–3,0 В (что предотвращает медную дендритную миграцию и короткое замыкание),
  • контроля баланса ячеек в многоканальных аккумуляторах (например, в ноутбуках и электромобилях).

Однако внешние факторы могут обойти защиту. К числу опасных ситуаций относятся:

  • Зарядка под подушкой, одеялом или в закрытом ящике. Тепло, выделяемое при зарядке, не отводится. Температура корпуса растёт, что ускоряет деградацию материалов и повышает риск термического разгона. Стандартные бытовые ткани не являются теплоизоляторами в техническом смысле, но они препятствуют конвекции воздуха — основному механизму охлаждения в пассивных системах.

  • Использование повреждённых кабелей или разъёмов. Изломы, оголение проводников, окисление контактов вызывают локальный перегрев и искрение. В разъёме USB-C микроскопические частицы металлической пыли могут вызвать замыкание между соседними контактами, особенно при высоких токах.

  • Эксплуатация при низких температурах. Ниже 0 °C ионы лития теряют подвижность. При попытке зарядки в таких условиях литий осаждается на поверхности анода в металлической форме (литиевое покрытие), что необратимо снижает ёмкость и создаёт предпосылки для короткого замыкания. Большинство современных устройств блокируют зарядку при температуре ниже 5 °C — это не ошибка, а мера безопасности.

  • Физическое повреждение. Прокол, изгиб, сдавливание нарушают целостность сепаратора. Даже если срабатывает защита, локальные очаги перегрева могут сохраниться и активироваться позже, при следующем цикле.

Производители проводят стресс-тесты по стандартам UN 38.3 (транспортировка), IEC 62133 (безопасность переносных аккумуляторов) и GB 31241 (обязательный стандарт в Китае). Однако эти испытания не отменяют необходимости соблюдения правил эксплуатации пользователем.

Методы продления срока службы​

Срок службы аккумулятора определяется не календарным временем, а суммарным объёмом перенесённого заряда и глубиной циклов. Основные факторы, влияющие на деградацию:

  • Глубина разряда. Чем глубже разряд (например, от 100 % до 10 %), тем больше механическое напряжение в активных материалах. Работа в диапазоне 20–80 % удваивает и более число циклов по сравнению с 0–100 %.

  • Температура. Повышенная температура ускоряет побочные реакции: образование твёрдого электролитного интерфейса (SEI), окисление электролита, растворение активных веществ. Хранение при 40 °C и 100 % заряда приводит к потере 20–25 % ёмкости за год; при 25 °C и 40–60 % — менее 5 %.

  • Время пребывания в состоянии полного заряда. При напряжении выше 4,1 В растёт скорость окисления катода. Постоянное подключение к сети (например, ноутбук на столе с включённым адаптером) удерживает элемент в этом состоянии. Решение — режим ограничения заряда («заряд до 80 %»), реализованный во многих ноутбуках и некоторых смартфонах.

  • Высокие токи заряда и разряда. Ток выше 1C (то есть, равный номинальной ёмкости в амперах за час) вызывает локальный перегрев и ускоренную деградацию. Быстрая зарядка — удобство, но её постоянное применение сокращает общий ресурс.

Рекомендации для продления срока службы:

  • Избегайте полного разряда. Лучше заряжать устройство при уровне 20–30 %. Современные системы не требуют «тренировки» и не страдают от частичных циклов.

  • При длительном хранении (более двух недель) зарядите аккумулятор до 40–60 % и отключите устройство от сети. Храните в прохладном, сухом месте — идеально 10–15 °C.

  • Используйте оригинальные или сертифицированные аксессуары. Некачественные зарядные устройства могут не поддерживать точный контроль напряжения, что приводит к хроническому перезаряду.

  • Не оставляйте устройство на прямом солнце (в автомобиле, на подоконнике), особенно при высоком уровне заряда.

  • Включайте «щадящий режим зарядки», если он доступен в настройках ОС. В Android и iOS такие функции получили названия «Оптимизированная зарядка аккумулятора» и «Adaptive Charging». Они учатся по расписанию пользователя и задерживают завершение заряда до момента отключения от сети.

Поведение при экстремальных условиях​

Аккумуляторы обладают узким диапазоном безопасной эксплуатации. За его пределами включаются защитные механизмы или происходит необратимое повреждение.

При температуре ниже –20 °C электролит загустевает, ионная проводимость падает. Устройство может отключиться, даже если формально заряд остаётся. При возвращении в тёплое помещение функциональность восстанавливается, если не было попытки зарядки в холоде.

При температуре выше 60 °C начинается ускоренное разложение электролита. Выделяются газы, давление растёт. Предохранительный клапан (есть не во всех конструкциях) срабатывает при ~130 psi, выпуская газ и предотвращая разрыв корпуса. После этого аккумулятор непригоден к использованию.

При резком механическом воздействии (удар, падение с высоты более 1,5 м, сдавливание усилием свыше 100 Н) возможна деформация внутренних слоёв. Даже если внешний вид не изменился, микротрещины в сепараторе могут вызвать короткое замыкание с задержкой — через часы или дни.

При попадании влаги (не путать с защитой по IP67/IP68) влага может проникнуть в разъёмы и вызвать коррозию контактов или замыкание. Внутренние элементы герметичны, но внешняя электроника уязвима. Сушка феном усугубляет ситуацию — тепло ускоряет коррозию. Правильная реакция — отключение, извлечение из корпуса (если возможно), просушка в сухом месте при комнатной температуре в течение 24–48 часов.

Распространённые мифы и заблуждения​

Некоторые представления о работе аккумуляторов устойчивы, но не соответствуют современной технологии.

  • «Первую зарядку нужно делать 12 часов» — требование к никель-кадмиевым аккумуляторам 1990-х годов. Литий-ионные элементы не имеют «формовочного» цикла. Заводская активация проводится на производстве. Пользователь может начинать работу сразу после распаковки.

  • «Аккумулятор нужно полностью разряжать раз в месяц» — актуально для Ni-Cd из-за эффекта памяти. В литий-ионных системах глубокий разряд вреден и может привести к блокировке PCM.

  • «Зарядка от компьютера вредит аккумулятору» — не подтверждается. Ток по USB 2.0 (0,5 А) лишь замедляет зарядку, но не влияет на ресурс. Напротив, низкий ток снижает тепловыделение и может быть полезен для продления срока.

  • «Портативные аккумуляторы «разучивают» встроенный аккумулятор» — не существует механизма «переучивания». Все деградационные процессы физико-химические и не зависят от источника энергии.

  • «Если телефон «вздулся» — его можно спокойно использовать ещё неделю» — опасное заблуждение. Вздутие означает накопление газа внутри корпуса, что говорит о начале разложения электролита. Риск возгорания резко возрастает. Устройство следует немедленно отключить, извлечь (если возможно безопасно) и передать в специализированный пункт утилизации.

Диагностика состояния аккумулятора в программном обеспечении​

Современные операционные системы предоставляют интерфейсы для мониторинга параметров аккумулятора. Эти данные формируются контроллером аккумулятора (Battery Management System, BMS), который измеряет напряжение, ток, температуру и количество кулонов, прошедших через элемент. Информация передаётся в ОС по цифровой шине (чаще всего — SMBus или I²C).

Ключевые метрики, доступные пользователю:

  • Уровень заряда — процент ёмкости относительно текущей максимальной. Определяется кулоновским интегрированием (подсчёт заряда в ампер-секундах) с периодической калибровкой по напряжению в состоянии покоя.

  • Проектная ёмкость — номинальная ёмкость, заложенная производителем при выпуске (например, 4500 мА·ч). Это фиксированное значение, записанное в энергонезависимую память при калибровке на заводе.

  • Текущая максимальная ёмкость — реально измеренная способность аккумулятора накопить заряд в текущем состоянии. Снижается по мере деградации материалов. Отношение текущей к проектной ёмкости — прямой показатель износа.

  • Состояние питания — «заряжается», «разряжается», «полностью заряжен», «не определено». Формируется на основе направления тока и уровня напряжения.

  • Температура — измеряется термистором, встроенным в аккумуляторный блок. Критические пороги (обычно 0 °C и 45–50 °C) используются для блокировки зарядки или ограничения мощности.

В Android эти параметры доступны через скрытые сервисы (adb shell dumpsys battery) или приложения, получающие доступ к HAL (Hardware Abstraction Layer). В iOS информация частично скрыта, но начиная с iOS 11 доступен раздел «Состояние аккумулятора», где отображается максимальная ёмкость в процентах и рекомендация по обслуживанию при падении ниже 80 %.

В ноутбуках на Windows диагностические данные можно получить через команду powercfg /batteryreport — генерируется HTML-отчёт с историей циклов, графиками разрядки и оценкой износа.

Важно: программные индикаторы не измеряют ёмкость напрямую, а оценивают её на основе модели. При резкой смене температуры или после длительного простоя оценка может временно отклоняться. Полная калибровка (разряд до отключения и последующий заряд до 100 % без прерываний) помогает уточнить модель и повысить точность отображения.

Взаимодействие прошивки, драйверов и энергопотребления​

Энергоэффективность устройства — результат совместной работы аппаратного обеспечения, микропрограммного кода и операционной системы.

Контроллер зарядки (например, BQ25970 от Texas Instruments или MAX77961 от Analog Devices) исполняет алгоритм заряда на уровне микросекундных управляющих импульсов. Его поведение задаётся прошивкой — набором параметров, прошитых на заводе или обновляемых через общий механизм обновления ПО.

Производители внедряют адаптивные стратегии:

  • Динамическое ограничение тока — при росте температуры процессора во время игр или видеозаписи система снижает зарядный ток, чтобы суммарное тепловыделение оставалось в рамках допустимого.

  • Параллельная зарядка (dual-cell charging) — аккумулятор делится на две последовательно соединённые ячейки (2S), и заряд подаётся напрямую 8–9 В на их общий узел. Это снижает ток в кабеле и разъёме, уменьшает потери и позволяет достигать мощности 100–200 Вт без перехода к 20 В (как в USB-PD). Требует сбалансированного управления: каждая ячейка должна иметь одинаковое напряжение. Контроллер проводит балансировку при каждом цикле.

  • Прогнозирующее управление — на основе данных календаря, местоположения, поведения пользователя система предсказывает время следующего отключения от сети и оптимизирует скорость зарядки. Например, если пользователь обычно отключает телефон от зарядки в 7:30 утра, а сейчас 6:00, устройство может зарядить до 80 % быстро, а оставшиеся 20 % — медленно, с меньшим напряжением.

Обновления прошивки могут корректировать алгоритмы зарядки даже без изменения аппаратной части. Например, в 2021 году Samsung выпустил обновление, снижающее максимальное напряжение заряда с 4,4 В до 4,35 В для определённых моделей — это увеличило ресурс на 15–20 % при умеренном снижении максимальной ёмкости.

Драйверы в ядре ОС управляют питанием компонентов: процессора, экрана, радиомодулей. Они используют политики, такие как DVFS (Dynamic Voltage and Frequency Scaling), которые подбирают напряжение и частоту в реальном времени, чтобы минимизировать энергопотребление при сохранении производительности. Некорректная настройка этих политик может вызывать ложные «просадки» напряжения, которые интерпретируются BMS как признак старения аккумулятора.

Экологические аспекты и утилизация​

Аккумуляторы содержат ценные и потенциально опасные материалы: литий, кобальт, никель, медь, алюминий, органические растворители. Неправильная утилизация приводит к загрязнению почвы и воды тяжёлыми металлами, а также создаёт риск пожаров на полигонах.

Цикл обращения с отработавшими аккумуляторами включает:

  1. Сбор — через специализированные пункты, магазины электроники или мобильные пункты приёма. Многие производители обязаны обеспечивать бесплатный приём по закону (например, в ЕС — по директиве WEEE, в РФ — по Постановлению Правительства № 2940-р).

  2. Транспортировка — по правилам ООН (UN 38.3) с маркировкой «Class 9 — Miscellaneous Dangerous Goods». Аккумуляторы упаковываются в непроводящие контейнеры, разъёмы изолируются, ёмкость разряжается до менее 30 %.

  3. Разряд и демонтаж — проводится в автоматизированных линиях. Аккумулятор погружается в солевой раствор для безопасного разряда, затем дробится в инертной атмосфере (азот или аргон), чтобы предотвратить возгорание.

  4. Гидрометаллургическая или пирометаллургическая переработка —

    • Пирометаллургия использует плавку при 1400 °C. Органика сгорает, металлы окисляются и восстанавливаются в печи. Выход — сплав кобальта, никеля и меди; литий остаётся в шлаке и требует дополнительной обработки.
    • Гидрометаллургия — химическое выщелачивание кислотами (серной, соляной) с последующим осаждением отдельных металлов. Этот метод точнее, позволяет восстановить до 95 % лития и кобальта, но требует строгого контроля сточных вод.

Восстановленные материалы возвращаются в цепочку производства: гидроксид лития — на заводы по изготовлению катодов, медь и алюминий — в металлургию. Замкнутый цикл снижает зависимость от добычи и уменьшает углеродный след — переработка лития требует в 7–10 раз меньше энергии, чем его добыча из руды.

В России действует система «Объединённая система утилизации» (ОСУ), но инфраструктура сбора остаётся недостаточной — менее 10 % переносных аккумуляторов сдаются правильно. Повышение культуры обращения с отходами — задача просветительских проектов, включая образовательные разделы, подобные настоящему.