Аккумуляторы для мобильных устройств

Достичь подлинной мобильности не так-то просто. Даже освободившись от проводов (Bluetooth, Wi-Fi), мы все еще остаемся привязанными к электрическим сетям, подолгу перезаряжая батареи мобильных устройств. Заряд, разумеется, заканчивается в самый неподходящий момент.

А что вообще там с этим зарядом происходит? Где именно накапливается электричество, которое питает телефоны и КПК? Почему аккумуляторы со временем теряют емкость, как этого можно если не избежать, то хотя бы отсрочить?

Уйму вопросов может задать любознательная личность. И найти еще больше ответов.

Краткое вступление

В современных мобильных устройствах применяются пять основных типов аккумуляторов. Это никель-кадмиевые (Ni-Cd), никель-металлогидридные (Ni-MH), литий-ионные (Li-Ion), литий-полимерные (Li-Pol) и герметичные свинцово-кислотные (SLA) аккумуляторы. Также ведутся активные разработки в области топливных элементов, но о практическом применении этой технологии говорить рано, ибо она пока пребывает в младенческом состоянии.

Каждый тип элементов имеет свои достоинства и недостатки, причем неоспоримых лидеров здесь нет, и стратегия выбора аккумуляторов довольно сложна и противоречива. Мы будет говорить о питании сотовых телефонов, цифровых фотоаппаратов и карманных компьютеров. Ноутбуков коснемся лишь мельком, поскольку даже самые современные батареи обеспечивают лишь несколько часов непрерывной работы, так что ни о какой мобильности (в широком смысле этого слова) говорить не приходится.

Ну-с, поехали...

Основные потребительские характеристики

Вот пять первоочередных характеристик аккумуляторов, на которые следует обращать внимание:

емкость, скорость саморазряда, время заряда, удельная себестоимость одного цикла заряда — разряда и надежность.

Емкость меряется в ампер-часах, и с ней все понятно. Чем она больше, тем выше продолжительность работы. Литиевые аккумуляторы — полные лидеры по удельной емкости в пересчете на единицу массы или объема (один литиевый аккумулятор в среднем заменяет четыре никель-кадмиевых), однако их абсолютные показатели зачастую находятся на никель-кадмиевом уровне. Тут все зависит от габаритов и конструктивных особенностей данной батареи, а потому нельзя сказать, что литий всегда бьет никель-кадмий.

Скорость саморазряда определят верхнюю границу продолжительности работы аккумулятора, и в первую очередь она актуальна для тех, кто пользуется мобильным устройством от случая к случаю. При интенсивной эксплуатации аккумулятор истощает свой запас энергии задолго до саморазряда. Быстрее всех разряжаются никель-металлогидридные аккумуляторы. Медленнее всех — литиевые.

Время заряда — тоже довольно значимый фактор, особенно если для этого батарею приходится вынимать из устройства, что выводит его из игры (можно пропустить важный звонок или упустить уникальный кадр). Абсолютный рекорд принадлежит никель-кадмиевым аккумуляторам, которые заряжаются менее чем за час, а вот их литий-полимерные собратья растягивают это удовольствие на строк от 8 до 15 часов!

Удельная себестоимость одного цикла заряда — разряда объединяет в себе две характеристики — стоимость самого аккумулятора и продолжительного его активной жизни. Наиболее экономичны никель-кадмиевые аккумуляторы (стоимость одного цикла не более $0,04, а зачастую вдвое-втрое ниже того), что на порядок дешевле литий-полимера! Тут необходимо сказать, что срок хранения литиевых аккумуляторов чрезвычайно ограничен, и они оправдывают себя только при интенсивной эксплуатации, что противоречит двум предыдущим пунктам: реклама упирает на невысокую скорость саморазряда (зарядил и забыл), но тут же рекомендует наслаждаться ими, пока они новые. Так все-таки забыть или насладиться?

Надежность. Литий-ионные аккумуляторы могут взорваться или внезапно отказываются работать без объявления причин. Туда, где отказавший аккумулятор нечем будет заменить, лучше их не брать. Остальные типы аккумуляторов намного менее проблематичны.

Не так уж страшен этот кадмий...

Никель-кадмиевые аккумуляторы — изобретение давнее, доведенное в своей нише до технологического совершенства и широко применяемое в сотовых/радиотелефонах, переносных компьютерах, цифровых фото/видеокамерах. В настоящее время их популяция стремительно сокращается, сдаваясь под натиском типов-конкурентов. Новые модели сотовых телефонов ими уже не комплектуются, однако это решение носит корпоративно-политический характер, идущий вразрез с интересами потребителей. Так что не стоит торопиться с выводами, и прежде чем принимать окончательно решение, стоит заглянуть в технические спецификации, очищая мозги от рекламного мусора.

Типовое устройство никель-кадмиевого и металлогидридного аккумулятора.

Самое главное преимущество никель-кадмиевых аккумуляторов — это цена, а точнее, себестоимость одного цикла заряда — разряда, которая приблизительно равна $0,04, что в среднем на порядок лучше, чем у конкурентов. Исправные элементы выдерживают не менее 1500 циклов, прежде чем их емкость упадет на 20%, но и тогда аккумулятором можно пользоваться, пускай и с меньшим удобством. Как правило, свежекупленной батареи хватает на 2,5 года интенсивной эксплуатации, после чего ее можно «реанимировать» (см. главу «Второе рождение батареи»), и она снова вернется в строй.

Скорость заряда также вне конкуренции. Никель-кадмиевые аккумуляторы допускают заряд током, численно равным номинальной емкости, и нормальная зарядка занимает один час, но при необходимости ток можно увеличить в два и даже в три раза, правда, для этого потребуется специальное зарядное устройство, точно определяющее момент полного заряда и автоматически отключающее аккумулятор. Такой режим пагубно влияет на «здоровье» батареи, сокращая ее срок службы, и, в общем-то, не рекомендуется. Кстати говоря, импульсный заряд (также называемый реверсивным) намного более предпочтителен, чем заряд постоянным током — учитывайте это при выборе зарядных устройств.

Стойкость к перезаряду у Ni-Cd существенно ниже, чем у свинцово-кислотных, но выше, чем у всех остальных типов, причем даже в частично разряженном состоянии аккумулятор может выдавать существенный ток, что для сотовых телефонов очень даже актуально. В момент звонка энергопотребление резко возрастает, и если аккумулятор не может удовлетворить потребности трубки, она отключается. Но только не на никель-кадмиевых батареях!

Безопасность также на высоте. Ni-Cd-аккумуляторы не взрываются и не греются, а работают в диапазоне температур от -40 до +60°С. Скорость саморазряда находится на вполне приемлемом уровне (до 10% в течение первых 24-х часов и до 20% в первый месяц после заряда), хотя и отстает от литиевых аккумуляторов. Хранить в заряженном виде Ni-Cd-батареи не рекомендуется, а если уж пришлось, то лучше всего положить их в холодильник.

Все хорошо не бывает. Наиболее серьезный недостаток этого типа — вес. Остальные типы аккумуляторов (разумеется, кроме щелочных и кислотных!) значительно легче. Другая проблема связана с так называемым «эффектом памяти». Если регулярно ставить не до конца разряженный аккумулятор на зарядку, его емкость будет снижаться за счет роста кристаллов на поверхности пластин и других физико-химических процессов, в которые мы не будем углубляться. Чтобы аккумулятор не отдал концы раньше времени, хотя бы раз в месяц его необходимо полностью разряжать и заряжать под завязку, что, естественно, создает определенные проблемы. Большинство пользователей действует по схеме: купил — вставил — забыл; сдох — выбросил — купил — вставил — забыл. С Ni-Cd такие вещи не проходят.

Главной декларируемой причиной вытеснения Ni-Cd с рынка стали экологические проблемы, точнее, даже не проблемы, а лозунги. Основной вред приносит технологический процесс, а не сам аккумулятор как таковой. Кстати, никаких данных, указывающих на то, что производство никель-кадмиевых аккумуляторов вреднее, чем, например, литий-ионных, никто предоставлять не собирается (потому что ни у кого их и нет). К тому же практически все современные аккумуляторы упакованы в пластиковую «обложку» и могут столетиями лежать в земле, не выпуская вредный кадмий наружу. Так что их опасность сильно преувеличена.

«Эффект памяти» и его последствия.

... его сменил металлогидрид

Никель-металлогидридные аккумуляторы были призваны ликвидировать наиболее слабые места своих никель-кадмиевых предшественников, а именно вес и пресловутый эффект памяти. Несмотря на усиленное проталкивание этой технологии на рынок под эгидой ее технологической чистоты, в целом затею можно считать проваленной. Устранение старых недостатков породило целый каскад новых, и потребительские преимущества никель-металлогидридных аккумуляторов довольно неоднозначны.

Да, они действительно компактны, но полностью искоренить эффект памяти конструкторам так и не удалось (хотя реклама утверждает обратное). Втрое (!) сократилось количество циклов заряда — разряда, а время зарядки существенно возросло. Эффекта памяти нет потому, что за столь мимолетную жизнь аккумулятора он попросту не успевает проявиться. Такое впечатление, что производители работают не над увеличением срока службы, а над его уменьшением! Впечатление усиливается тем фактом, что Ni-MH-аккумуляторы плохо поддаются восстановлению и процент успешно «реабилитированных» весьма невысок.

Цена аккумуляторов болезненно возросла. Себестоимость одного цикла заряда — разряда подскочила в 3,5 раза, а время саморазряда достигло рекордной отметки в 30% за месяц.

Появились проблемы с тепловыделением. При заряде аккумулятор так сильно разогревается, что конструкторам пришлось оснастить его внутренним температурным датчиком для получения дополнительного критерия обнаружения полного заряда, которое определяется довольно неуверенно, а ведь даже незначительный перезаряд существенно ухудшает здоровье батареи. Соответственно, усложняются зарядные устройства.

Ni-MH-аккумуляторы намного более чувствительны к глубокому разряду, и это еще один камешек в их огород. В общем, единственное место, где пока что этот тип аккумуляторов не имеет конкурентов — батареи формата АА и ААА, и то — только при условии использования качественных зарядных устройств.

Подготовка аккумулятора к использованию

Перед установкой в устройство только что купленный никель-кадмиевый или никель-металлогидридный аккумулятор необходимо «раскачать» (то же самое необходимо проделать после длительного хранения). Установите зарядное устройство на минимальный ток и несколько раз зарядите аккумулятор, а затем тут же разрядите его, нажав соответствующую кнопку на зарядном устройстве или просто «нагрузив» сотовый телефон (карманный компьютер, ноутбук) на полную мощность. В зависимости от длительности и температуры хранения может потребоваться от двух до пяти таких циклов, а если аккумулятор хранился не в холодильнике, то и более того. Полностью разряженный аккумулятор при низкой температуре (~5°С) может храниться до пяти лет, практически без потери своих способностей. Как показывает практика, большинство аккумуляторов, продающихся в отечественных магазинах, подолгу зависают на складах и перевалочных базах, микроклимат которых оставляет желать лучшего, а затем лежат на стеклянной витрине, где за счет «парникового» эффекта в летнее время нагрев достигает убийственных температур, поэтому многократная тренировка будет как нельзя кстати.

Литий — штука небезопасная!

Появление литий-ионных аккумуляторов открыло второй фронт против никель-кадмиевых, оттянув на себя часть сотовых телефонов, цифровых фотоаппаратов и мобильных компьютеров, причем их рыночная доля с каждым днем все растет.

А рынок — это прежде всего цена. Стоимость литий-ионных аккумуляторов держится на довольно-таки высоких отметках. Средняя себестоимость одного цикла заряда — разряда колеблется от $0,14 до $2. Невелико количество циклов заряда — разряда (от 500 до 1000), причем «убитые» аккумуляторы практически не поддаются восстановлению. Предельно допустимый ток нагрузки такой же, как у Ni-MH, или даже чуть меньше.

Единственное неоспоримое достоинство — рекордно низкий ток саморазряда (примерно 10% в месяц), однако это сомнительное удовольствие дается дорогой ценой. Физико-химические процессы, протекающие в недрах батареи, приводят к ее быстрому старению, и Li-Ion-аккумуляторы массово «дохнут» через полтора года, а зачастую (с учетом времени, проведенного на складах) и того раньше, так и не исчерпав свой запас циклов заряда — разряда.

Но это все мелочи по сравнению с тем, что они... взрываются. Да-да! Кристаллы на поверхностях пластин растут, прокалывают сепаратор, после чего происходит короткое замыкание, моментальный разогрев и взрыв, сопровождаемый выбросами расправленного лития, а литий — очень активный металл, ожоги (и термические, и химические) обеспечены! Если при взрыве цифровой камеры страдает только сам аппарат, то в телефоне за аккумулятор приходится держаться голыми руками, причем в опасной близости от лица.

Внутри Li-Ion-элементов есть чип, следящий за их зарядом, а также контролирующий текущее самочувствие и при малейших подозрениях на угрозу «пробоя» тут же отключающий аккумулятор. Именно благодаря ему взрывы этих батарей происходят очень редко — но «редко» не значит «никогда».

Литий бывает разный

Существует два типа литий-ионных аккумуляторов — на основе кокса (технология фирмы Sony) и на основе графита. Коксовые аккумуляторы резко снижают напряжение при разряде, в то время как графитовые до самой последней капли электричества держат его на одном и том же уровне, что делает их намного более предпочтительными. К тому же графитовые аккумуляторы обеспечивают более высокий ток нагрузки, меньше греются во время заряда — разряда и более надежны.

В настоящее время ведется интенсивная работа по переходу на альтернативные основы. Например, Fujifilm экспериментирует с материалами на основе окиси олова, что сулит увеличение емкости на ~50% и ускоряет заряд. Недостатки исследований на ранних этапах, как обычно, не упоминаются. Короче, поживем — увидим.

В союзе с полимерами

Зачастую литий-полимерные аккумуляторы рассматриваются как новое поколение литий-ионного типа, однако это не совсем так. Главным отличием стал переход на сухой электролит, уменьшивший подвижность ионов, а значит, и отдаваемый ток. В крупногабаритных устройствах (таких, например, как UPS), аккумулятор подогревают до 60°С, но в сотовых телефонах это категорически неприемлемо, и потому к сухому электролиту приходится примешивать гель. Как следствие — существенно упрощается конструкция корпуса элемента, герметичность которого становится необязательной.

Таким образом, главное преимущество Li-Pol-аккумуляторов в их конструктивном исполнении. Технология производства позволяет создавать замысловатые геометрические формы, заполняющие все пустоты в мобильных устройствах. Других плюсов, к сожалению, не наблюдается. Как и любой другой продукт, еще не достигший массового применения, Li-Pol-аккумуляторы стоят намного дороже своих собратьев, а количество циклов зарядки — разрядки катастрофически мало (от 100 до 150 по разным оценкам). Удельная себестоимость одного рабочего цикла астрономически высока (порядка $0,6), что вплотную приближает их к одноразовым батареям, однако батареи не могут иметь такого многообразия форм.

Купив устройство с нестандартным аккумулятором, мы становимся заложниками производителя, который вправе назначать любую цену на товар или, что еще хуже, снимать его с производства. И тогда вполне работоспособная камера отправляется на полку только потому, что для нее невозможно подобрать подходящий аккумулятор.

Предельно допустимый ток нагрузки на порядок (!) ниже, чем у никель-кадмиевых аккумуляторов, а полный цикл заряда занимает от 8 до 15 часов, то есть зарядить аккумулятор за ночь сможет только тот, кто спит как сурок.

Свинец и кислоту — загерметизировать!

Что можно ждать от аккумуляторов, чьи предки устанавливаются в автомобилях, устройствах бесперебойного питания и другом крупногабаритном оборудовании? Тяжелые как мамонт, с низкой удельной емкостью и коротким сроком эксплуатации (от 200 до 500 циклов заряда — разряда). Это все недостатки. А вот преимущества: большая мощность, неприхотливость, высокая надежность, дешевизна, отсутствие «эффекта памяти» и рекордно низкая скорость саморазряда (до 40% в год или 3% в месяц, что трижды обходит литий).

Свинцовые аккумуляторы применяются в некоторых ноутбуках, сотовых телефонах класса «Атташе» (типа «кейса»), видеокамерах и т. д. Устройство, снабженное свинцовым аккумулятором, обычно не допускает использование батарей других типов, поэтому потребителю выбирать не приходится.

Хранить свинцовые аккумуляторы следует только в заряженном состоянии, в противном случае начинается процесс сульфатации, медленно, но неотвратимо убивающий батарею. Скорость заряда колеблется от 6-12 часов (нормальный заряд) до 1-2 часов (turbo-заряд, применяемый, в частности, фирмой Panasonic).

Второе рождение батареи

Отработавший свое никель-кадмиевый аккумулятор можно восстановить, подвергнув его серии «тренировочных» циклов, которые поддерживаются продвинутыми зарядными устройствами. Восстановление аккумуляторов — это искусство, которому учатся годами. Иногда помогает метод глубокого разряда, иногда другие хитрые трюки. Как бы там ни было, процент восстановления никель-кадмиевых аккумуляторов самый высокий, и в среднем до 60-70% «пациентов» возвращаются к первоначальной емкости.

Процент восстановления Ni-MH-аккумуляторов порядка 40%, да и то лишь при правильной эксплуатации (нормальный температурный режим, отсутствие перезаряда — полного разряда и т. д.), тем не менее, это неплохой показатель, и шансы на воскрешение довольно велики.

А вот методов восстановления литиевых аккумуляторов до сих пор нет. Впрочем, не каждая смерть окончательная. Зачастую виновником оказывается отнюдь не сама батарея, а вмонтированный в нее чип, который либо вышел из строя (наиболее распространенный вариант), либо по тем или иным причинам отказался заряжать батарею. Обычно это происходит из-за слишком глубоко разряда, и тогда аккумулятор приходится на некоторое время подключать к зарядному устройству напрямую, в обход электроники. Тут главное — не переборщить, иначе незадачливый экспериментатор в прямом смысле слова взлетит на воздух.

Разумеется, все эти операции лучше проводить не самому, а довериться профессионалам или хотя бы кустарям-умельцам, которых можно найти в любом городе.

Добыча электричества в полевых условиях

Даже у самых лучших аккумуляторов емкость исчисляется считанными днями эксплуатации, после которых требуется подзарядка. А как быть, если вы отправляетесь, скажем, в поход? А Солнце на что? Мы буквально купаемся в энергии. Единственная проблема — схватить ее и преобразовать. Множество фирм выпускает компактные солнечные батареи, ориентированные на сотовые телефоны и другие мобильные устройства. Вот, например, модель Solar mobile phone charge TPS-916 от Shenzhen Topray Solar. Полный цикл заряда «всухую» разряженной батареи занимает порядка 8 часов, что вполне укладывается в весенне-осенний световой день.

Аналогичным способом можно заряжать и аккумуляторы карманных компьютеров, и даже ноутбуков, однако, для них потребуется солнечная батарея побольше, да и сама зарядка займет намного больше времени.

Но вот небо затянули тучи, и тут приходится рассчитывать только на свою мускульную силу. Вот, например, модель Battery Rotary Charger 3097 от компании Smartocean International Limited. 3 минуты вращения ручки дают от 2 до 8 минут разговора. Достойная альтернатива!

Главная проблема — конечно же, коннекторы. Необходимо убедиться, что «полевая электростанция» совместима с вашим телефоном, причем штекер не только входит в разъем, но и действительно заражает аккумулятор. При покупке на месте совместимость можно протестировать, как говорится, не отходя от кассы, но вот при заказе через Интернет необходимо тщательно изучить все спецификации и посмотреть, входит ваш телефон в список поддерживаемых, или нет. Правда, тут легко столкнуться с обманом (нечестных или неграмотных продавцов пруд пруди), поэтому нелишне будет полазить по форумам, чтобы посмотреть, не обретете ли вы бесполезную железку вместо нужной.

Что на выходе?

Так какой же тип аккумуляторов все-таки предпочтительнее? Никель-металлогидридный мы отринем сразу. Он — как морская свинка. И не морская, и не свинка. До литиевых еще не дотягивает, но теряет все преимущества никель-кадмиевых.

Литий-ионные аккумуляторы подойдут финансово-независимым пользователям, подолгу находящимся в «автономном» заплыве, когда никакая подзарядка невозможна, а носить с собой несколько дополнительных комплектов никель-кадмиевых аккумуляторов по каким-то причинам нежелательно (хотя один комплект все-таки необходимо взять).

Устройства, снабженные литий-полимерными аккумуляторами, лучше всего не покупать, поскольку нет никаких гарантий, что аккумуляторы к ним будут поставляться хотя бы несколько ближайших лет.

Впрочем, это только общие рекомендации. Свой выбор каждый должен делать сам.

Таблица характеристик аккумуляторов Наименование параметра Тип электрохимической системы SLA Ni-Cd Ni-MH Li-ion Li-Polymer Плотность энергии (Вт*ч/кг) 30 40-60 60-80 100 150-200 Число рабочих циклов заряда — разряда (уменьшение емкости до 80%) 200-500 1500 500 500-1000 100-150 Минимальное время заряда, часов 8-16 1,5 2-4 3-4 8-15 Устойчивость к перезаряду Высокая Средняя Низкая Очень низкая Нет данных Саморазряд за месяц 5% 20 % 30% 2-5% (10%) Нет данных Ток нагрузки 0,2 С >2 C (0,5-1,0) С <1 С 0,2 С Диапазон рабочих температур, градусов Цельсия работы -20...+60 -40...+60 -20...+60 -20...+60 Нет данных   заряда 0...+40 0...+45 0...+45 0...+45 Нет данных Периодичность обслуживания, дней 90-180 30 60-90 Не требуется Нет данных Стоимость одного цикла, USD 0,1 0,04 0,14 0,1-0.2 0,6






Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2017 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.