Аккумуляторные батареи
Аккумуляторные батареи
Большинство мобильных телефонов для работы используют аккумуляторные батареи. При всей кажущейся простоте — заряжай и работай — здесь существует масса тонкостей, позволяющих значительно продлить срок службы батареи и время работы телефона.
Виды аккумуляторов
Аккумуляторы, применяемые в качестве элементов питания современных сотовых телефонов, можно разделить на:
Никель-кадмиевые (NiCd) (Nickel Cadmium);
Никель-металл гидридные (NiMH) (Nickel Metal-Hydride);
Литий-ионные (Li-ion) (Lithium Ion);
Литий-полимерные (Li-pol) (Lithium Polymer);
Наиболее распостранены NiCd, NiNH, Li-Ion типы. Ведутся разработки в области топливных элементов и некоторых других перспективных технологий изготовления аккумуляторов.
NiCd аккумулятор — ветеран на рынке мобильных устройств связи. Отлаженная технология и надежная работа обеспечили ему широкое распространение для питания портативной техники и оборудования. Его основные достоинства:
— превосходная работоспособность в широком диапазоне температур, в том числе возможность заряда при отрицательных температурах;
— способность отдавать в нагрузку большой ток;
— длительный срок службы — свыше тысячи циклов заряда/разряда при правильной эксплуатации и обслуживании;
— слабая чувствительность к неправильной эксплуатации;
— легкое восстановление при понижении емкости и после длительного хранения;
— низкая цена.
Среди недостатков — необходимость периодической полной разрядки аккумулятора для сохранения эксплуатационных свойств (устранения эффекта памяти), высокий саморазряд (до 10% в течение первых 24-х часов) и большие габариты по сравнению с аккумуляторами других типов. Кроме того, аккумулятор содержит кадмий и требует специальной утилизации. Из-за больших габаритов и проблем с утилизацией NiCd аккумулятор постепенно покидает рынок сотовых телефонов.
NiMH аккумулятор — пришел на смену NiCd. Но надо заметить, что его шумно разрекламированные преимущества на деле не оправдали ожиданий потребителей из-за сокращенного срока службы. Эта ситуация только-только сейчас начинает выправляться в связи с технологическим прогрессом в их производстве. Отличительные преимущества сегодняшних NiMH аккумуляторов:
— примерно на 30% большая емкость по сравнению со стандартными NiCd аккумуляторами при тех же габаритах;
— меньшая склонность к эффекту памяти, чем у NiCd. Периодические циклы восстановления должны выполняться реже;
— меньшая токсичность. NiMH технология считается экологически чистой.
К сожалению, NiMH аккумуляторы имеют недостатки и по некоторым параметрам проигрывают NiCd. Это меньшее число циклов заряда/разряда (около 500), более высокий саморазряд (выше в 1.5–2 раза) и более высокая цена.
Li-ion аккумулятор — все более широко начинает применяться в мобильной технике связи, что обусловлено:
— высокой плотностью электрической энергии, по крайней мере, вдвое большей, чем у NiCd того же размера, а значит и вдвое меньшими габаритами при той же самой емкости;
— низким саморазрядом (примерно 2–5% в месяц плюс около 3% на питание встроенной электронной схемы защиты);
— отсутствием каких-либо требований к обслуживанию, за исключением необходимости длительного хранения в заряженном состоянии.
Но есть и отрицательные моменты: для аккумуляторов некоторых производителей работа только при положительных температурах, высокая цена и подверженность процессу старения, даже если аккумулятор не используется. Ухудшение емкости наблюдается примерно после одного года. После двух лет аккумулятор часто становится неисправным. Поэтому не рекомендуется хранить Li-ion аккумуляторы в течение длительного времени. Максимально наслаждайтесь ими, пока они новые.
Li-Pol аккумулятор — только-только начинает появляться на рынке сотовых телефонов и портативных компьютеров. Имея примерно такую же плотность энергии, как и Li-ion аккумулятор, литий-полимерные допускают изготовление в пластичных разнообразных геометрических формах, нетрадиционных для обычных аккумуляторов, в том числе достаточно тонких по толщине, и способных заполнять любое свободное место.
Основные параметры аккумуляторов
Аккумулятор характеризуется следующими основными параметрами: типом электрохимической системы, напряжением, электрической емкостью, внутренним сопротивлением, током саморазряда и сроком службы.
В зависимости от сферы применения на первый план выступают то одни параметры, то другие. Например, аккумулятор для сотовых телефонов должен оцениваться по совокупности значений трех его основных характеристик: реальной емкости, внутреннему сопротивлению и току саморазряда.
Напряжение. Напряжение аккумулятора определяется тем устройством, для питания которого он предназначен. Если требуемое значение напряжения не обеспечивается одним элементом, то аккумулятор собирается из нескольких элементов, соединенных последовательно. Например, в сотовых телефонах различных моделей используются аккумуляторы напряжением 3.6 В (1 Li-ion элемент или 3 NiCd, или 3 NiMH элемента), 4.8 В (только 3 NiCd или 3 NiMH элемента), 6 В (только 5 NiCd или 5 NiMH элементов), 7.2 В (2 Li-ion элемента). Таким образом, если в телефоне используются 4 NiMH аккумулятора общим напряжением 4.8 В (как, например, в некоторых моделях фирмы Ericsson), то использование в нем Li-ion аккумуляторов невозможно.
Напряжение аккумулятора в процессе работы не постоянно. Оно максимально сразу после окончания заряда, а затем в процессе работы или хранения уменьшается. В конце концов, оно уменьшается до такой величины, что сотовый телефон не включается или автоматически выключается. При оценке состояния аккумулятора измерение его напряжения необходимо производить под нагрузкой, на которую он рассчитан.
Электрическая емкость. Номинальная электрическая емкость — это то количество энергии, которым аккумулятор теоретически должен обладать в заряженном состоянии. Данный параметр аналогичен емкости, например, стакана. Так же как в стандартный граненый стакан можно налить 200 мл воды, в аккумулятор можно закачать лишь вполне определенное количество энергии. Но определяется это количество энергии не в момент заряда, а при обратном процессе — разряде аккумулятора постоянным током в течение измеряемого промежутка времени до момента достижения заданного порогового напряжения. Измеряется емкость соответственно в ампер-часах (А•час) или миллиампер-часах (мА•час) и обозначается буквой "С". Значение емкости указывается на этикетке аккумулятора или зашифровано в обозначении его типа. Реальное значение емкости нового аккумулятора на момент ввода его в эксплуатацию колеблется от 80%–110% от номинального значения и зависит от фирмы-изготовителя, условий и срока хранения и технологии ввода в эксплуатацию. Теоретически аккумулятор, например номинальной емкостью 1000 мА•час, может отдавать ток 1000 мА в течение одного часа, 100 мА — в течение 10 часов, или 10 мА в течение 100 часов. Практически же, при высоком значении тока разряда номинальная емкость не достигается, а при низком токе — превышается.
В процессе эксплуатации емкость аккумулятора уменьшается. Скорость уменьшения зависит от типа электрохимической системы, технологии обслуживания в процессе работы, используемых зарядных устройств, условий и срока эксплуатации.
Внутреннее сопротивление. Внутреннее сопротивление аккумулятора (сопротивление источника тока) определяет его способность отдавать в нагрузку большой ток. Эта зависимость подчиняется закону Ома. При низком значении внутреннего сопротивления аккумулятор способен отдать в нагрузку больший пиковый ток (без существенного уменьшения напряжения на его выводах), а значит и большую пиковую мощность, в то время как высокое значение сопротивления приводит к резкому уменьшению напряжения на выводах аккумулятора при резком увеличении тока нагрузки. Такой коллапс (уменьшение) напряжения характеризует "слабость" внешне хорошего аккумулятора, потому что запасенная энергия не может быть полностью выдана в нагрузку.
Внутреннее сопротивление аккумулятора зависит от типа его электрохимической системы, емкости, числа элементов в аккумуляторе, соединенных последовательно, и возрастает к концу срока эксплуатации.
Саморазряд. Явление саморазряда в большей или меньшей степени характерно для всех типов аккумуляторов и заключается в потере ими своей емкости после того, как они были полностью заряжены. Для количественной оценки саморазряда удобно использовать величину потерянной ими за определенное время емкости, выраженную в процентах от значения, полученного сразу после заряда. За промежуток времени, как правило, принимается интервал времени, равный одним суткам и одному месяцу. Так, например, для исправных NiCd аккумуляторов считается допустимым саморазряд до 10% в течение первых 24 часов после окончании заряда, для NiMH — немного больше, а для Li-ion — пренебрежимо мал и оценивается за месяц. Следует отметить, что саморазряд аккумуляторов максимален именно в первые 24 часа после заряда, а затем значительно уменьшается.
Саморазряд аккумуляторов зависит от качества использованных материалов, технологического процесса изготовления, типа и конструкции аккумулятора. Он резко возрастает при повышении окружающей температуры, повреждении внутреннего сепаратора аккумулятора из-за неправильного обслуживания и вследствие процесса старения.
Срок службы аккумулятора. Его принято оценивать по количеству циклов заряда/разряда, которое аккумулятор выдерживает в процессе эксплуатации без значительного ухудшения своих основных параметров: емкости, саморазряда и внутреннего сопротивления. Срок службы зависит от многих факторов: методов заряда, глубины разряда, процедуры обслуживания или его отсутствия, температуры и электрохимической природы аккумулятора. Кроме того, он определяется временем, прошедшим со дня изготовления, особенно для Li-ion аккумуляторов. Аккумулятор, как правило, считается вышедшим из строя после уменьшения его емкости ниже 80% от номинального значения.
На чем остановиться?
Первое, что бросается в глаза, — это вес и габариты аккумуляторов. NiCd аккумулятор — самый большой и самый тяжелый, он примерно в два раза толще и тяжелее, чем NiMH. В то же время NiMH аккумулятор занимает промежуточное положение — он ощутимо легче и меньше, чем NiCd, но ощутимо больше и весомее, чем Li-ion. Аналогичная картина и по цене — насколько дешев NiCd аккумулятор, настолько же дорог Li-ion. Второй момент: при продаже аккумуляторов обычно не афишируется срок их службы. Если NiCd аккумулятор может прослужить при правильной эксплуатации 3 года и более, даже при ежедневной зарядке, то NiMH хватит на год с небольшим при интенсивной эксплуатации, а Li-ion примерно на полтора — два. У NiMH аккумулятора будет исчерпан ресурс по числу циклов заряда/разряда, а Li-ion аккумуляторы просто состарятся, даже если возможное для них количество циклов не будет исчерпано и они просто пролежат на вашей полке. Однако за длительную эксплуатацию NiCd аккумуляторов потребуется заплатить повышенным вниманием к их обслуживанию. Рекомендуется разряжать их до конца перед очередным зарядом и периодически, примерно раз в месяц, проводить восстановительные циклы. Если эти правила не соблюдать, то такого длительного срока службы NiCd аккумуляторов не достигнуть. Эти же требования, хотя и в меньшей мере, относятся и к NiMH аккумуляторам, проведение восстановительных циклов требуется приблизительно в два раза реже, чем для NiCd. В этом плане Li-ion аккумуляторы безусловный лидер — они не требуют никакого обслуживания. Их можно начинать заряжать в любое время, не дожидаясь полного разряда.
Итак, какой аккумулятор выбрать?
Если вы деловой человек, активно ведущий переговоры по телефону, предпочитаете легкость и удобство в работе и готовы платить за это, тогда ваш выбор — это Li-ion аккумулятор. Сотовый телефон с таким аккумулятором будет вашим незаменимым помощником. Такой выбор будет справедливым и для небольшого и легкого телефона вашей жены в случае, если вы оплачиваете ее разговоры.
Но если вы немного стеснены в средствах, однако готовы через год купить современный и лучший аккумулятор, то выбирайте NiMH. Прогресс в технологии их изготовления привел к тому, что начали появляться аккумуляторы с повышенным количеством циклов заряда/разряда (около 1000) и отсутствием требования предварительного разряда перед зарядом. Только перед покупкой аккумулятора прочтите своими глазами сопроводительную информацию и убедитесь, что покупаемый аккумулятор именно из последних достижений этой технологии.
И, наконец, для бережливых и расчетливых, предпочитающих приобретение вещей на длительный срок и к тому же не считающих обременительным периодический уход за ними, вполне подойдет NiCd аккумулятор. Но надо отметить, что в последнее время новые сотовые телефоны NiCd аккумуляторами уже не комплектуются. Поэтому при приобретении нового телефона или аккумулятора приходится выбирать только между NiMH и Li-ion.
Основные проблемы с аккумуляторами
Как известно, любой аккумулятор требует периодической зарядки. И на первый взгляд все просто: разрядился аккумулятор — подключай зарядное устройство и заряжай до готовности. Но в один прекрасный момент вы начинаете замечать, что время работы вашего полностью заряженного аккумулятора становится меньше, чем это было ранее. Как объяснить случившееся?
Как известно, по окончании заряда аккумулятора в обычном зарядном устройстве на нем загорается зеленый свет индикатора, указывая на то, что аккумулятор полностью заряжен и готов к работе. Или, если аккумулятор заряжается в телефоне, то он присущим ему способом просигнализирует об том. На основе этого вы полагаете, что ваш аккумулятор обладает полной емкостью и ему можно доверять на все 100%.
Однако "зеленый свет" обычного зарядного устройства никоим образом не гарантирует достаточную (номинальную) емкость и исправность аккумулятора. Дело в том, что зарядное устройство заряжает (наполняет) аккумулятор энергией только до тех пор, пока есть куда наполнять, а количество закаченной в аккумулятор энергии при этом никак не оценивается. В этом и состоит недостаток обычных зарядных устройств — они не определяют реальную емкость аккумулятора.
Естественно, возникает вопрос: почему аккумулятор постепенно становится неспособным принять во время заряда то количество энергии, на хранение которого он рассчитан?
Причина в том, что в процессе эксплуатации рабочее вещество внутри никель-кадмиевых (NiCd) и никель-металл гидридных (NiMH) аккумуляторов постепенно меняет свою структуру в сторону уменьшения площади своей активной поверхности. Рабочее вещество аккумулятора со 100% емкостью имеет однородную, мелкодисперсную структуру и, как следствие, максимальную площадь активной поверхности. У аккумулятора с недостаточной емкостью рабочее вещество частично кристаллизовалось, и площадь его активной поверхности значительно уменьшилась.
Снижение емкости у литий-ионных аккумуляторов необратимо, так как используемые в их элементах металлы предназначены для работы только в течение определенного времени. Этим и обусловлен процесс их старения.
Основные правила обращения с аккумуляторами
Для увеличения срока службы новые никель-кадмиевые (NiCd) и никель-металл гидридные (NiMH) аккумуляторы поставляются в разряженном состоянии, поэтому необходимо провести полный заряд аккумулятора перед его использованием. Как правило, первый заряд должен быть длительным, несмотря на зеленый свет зарядного устройства. Аккумулятор достигнет максимальной емкости заряда через 2-3 цикла полного разряда/заряда. Это правило справедливо и для Li-ion аккумуляторов, но поставляются они, как правило, в полузаряженном состоянии.
Для увеличения срока службы и электрической емкости NiCd или NiMH аккумулятора рекомендуется полностью его разрядить (в телефоне или зарядном устройстве) перед последующим зарядом. Хорошим правилом будет оставление телефона включенным до тех пор, пока он сам не отключится из-за разряда аккумулятора. После этого произведите полный заряд аккумулятора. Не пытайтесь разряжать аккумулятор другими способами.
Если у вас по той или иной причине нет возможности полностью разрядить NiCd или NiMH аккумулятор перед зарядом, то сделайте это позднее. Рекомендуется хотя бы раз в две недели или месяц производить циклы полной разрядки/зарядки, например в выходные дни.
Время заряда зависит от типа аккумулятора и типа зарядного устройства (обратитесь за более подробными сведениями к руководству по эксплуатации своего телефона). Время заряда также зависит от температуры окружающего воздуха, оптимальная температура от 15°С до 25°С градусов. Никогда не заряжайте теплый или холодный аккумулятор. Сделайте выдержку времени для достижения аккумулятором комнатной температуры.
Время работы с заряженным аккумулятором зависит от многих факторов: реальной емкости аккумулятора, интенсивности ваших разговоров по телефону, расстояния, на котором Вы находитесь от базовой станции, режима работы телефона, температуры окружающей среды.
Используйте аккумулятор только для питания вашего телефона, но не для каких-либо других целей.
Никогда не используйте других зарядных устройств, кроме как из комплекта поставки вашего телефона или купленных у вашего Оператора сотовой связи.
Для увеличения срока службы и сохранения электрической емкости аккумулятора не оставляйте его в холодных или теплых местах, например, в автомобилях — летом и зимой, около радиаторов отопления. Всегда старайтесь хранить аккумулятор при температуре от 15°С до 25°С градусов (предельное значение температуры, как правило, от -10°С до 45°С). Телефон с холодным аккумулятором временно может не работать, даже если он полностью заряжен.
Не допускайте соприкосновения и замыкания электрических контактов аккумулятора с металлическими предметами. Это огнеопасно и приведет к его повреждению. Храните аккумулятор в защитной упаковке.
Для надежной работы контакты аккумулятора и соответствующие контакты в телефоне должны быть чистыми и не иметь следов окисления. При необходимости удалите следы окисления ластиком.
Не бросайте использованный аккумулятор в огонь, т.к. он может взорваться.
И, напоследок, несколько интересных фактов:
1 минута горения подсветки = 1 час в режиме ожидания.
10 секунд работы с меню = 15 минут в режиме ожидания.
1 минута приема сетевой информации = 30 минут в режиме ожидания.
Одна регистрация на следующей Базовой Станции = 1 час в режиме ожидания.
Включение телефона с поиском и регистрацией в сети = 2 часа в режиме ожидания.
Виталий Шуравко shuravko@tut.by
При подготовке использовались материалы сайта iXBT Hardware ( www.hardware.ru ), Dixis ( www.dixis.ru ).
(c) компьютерная газета
Большинство мобильных телефонов для работы используют аккумуляторные батареи. При всей кажущейся простоте — заряжай и работай — здесь существует масса тонкостей, позволяющих значительно продлить срок службы батареи и время работы телефона.
Виды аккумуляторов
Аккумуляторы, применяемые в качестве элементов питания современных сотовых телефонов, можно разделить на:
Никель-кадмиевые (NiCd) (Nickel Cadmium);
Никель-металл гидридные (NiMH) (Nickel Metal-Hydride);
Литий-ионные (Li-ion) (Lithium Ion);
Литий-полимерные (Li-pol) (Lithium Polymer);
Наиболее распостранены NiCd, NiNH, Li-Ion типы. Ведутся разработки в области топливных элементов и некоторых других перспективных технологий изготовления аккумуляторов.
NiCd аккумулятор — ветеран на рынке мобильных устройств связи. Отлаженная технология и надежная работа обеспечили ему широкое распространение для питания портативной техники и оборудования. Его основные достоинства:
— превосходная работоспособность в широком диапазоне температур, в том числе возможность заряда при отрицательных температурах;
— способность отдавать в нагрузку большой ток;
— длительный срок службы — свыше тысячи циклов заряда/разряда при правильной эксплуатации и обслуживании;
— слабая чувствительность к неправильной эксплуатации;
— легкое восстановление при понижении емкости и после длительного хранения;
— низкая цена.
Среди недостатков — необходимость периодической полной разрядки аккумулятора для сохранения эксплуатационных свойств (устранения эффекта памяти), высокий саморазряд (до 10% в течение первых 24-х часов) и большие габариты по сравнению с аккумуляторами других типов. Кроме того, аккумулятор содержит кадмий и требует специальной утилизации. Из-за больших габаритов и проблем с утилизацией NiCd аккумулятор постепенно покидает рынок сотовых телефонов.
NiMH аккумулятор — пришел на смену NiCd. Но надо заметить, что его шумно разрекламированные преимущества на деле не оправдали ожиданий потребителей из-за сокращенного срока службы. Эта ситуация только-только сейчас начинает выправляться в связи с технологическим прогрессом в их производстве. Отличительные преимущества сегодняшних NiMH аккумуляторов:
— примерно на 30% большая емкость по сравнению со стандартными NiCd аккумуляторами при тех же габаритах;
— меньшая склонность к эффекту памяти, чем у NiCd. Периодические циклы восстановления должны выполняться реже;
— меньшая токсичность. NiMH технология считается экологически чистой.
К сожалению, NiMH аккумуляторы имеют недостатки и по некоторым параметрам проигрывают NiCd. Это меньшее число циклов заряда/разряда (около 500), более высокий саморазряд (выше в 1.5–2 раза) и более высокая цена.
Li-ion аккумулятор — все более широко начинает применяться в мобильной технике связи, что обусловлено:
— высокой плотностью электрической энергии, по крайней мере, вдвое большей, чем у NiCd того же размера, а значит и вдвое меньшими габаритами при той же самой емкости;
— низким саморазрядом (примерно 2–5% в месяц плюс около 3% на питание встроенной электронной схемы защиты);
— отсутствием каких-либо требований к обслуживанию, за исключением необходимости длительного хранения в заряженном состоянии.
Но есть и отрицательные моменты: для аккумуляторов некоторых производителей работа только при положительных температурах, высокая цена и подверженность процессу старения, даже если аккумулятор не используется. Ухудшение емкости наблюдается примерно после одного года. После двух лет аккумулятор часто становится неисправным. Поэтому не рекомендуется хранить Li-ion аккумуляторы в течение длительного времени. Максимально наслаждайтесь ими, пока они новые.
Li-Pol аккумулятор — только-только начинает появляться на рынке сотовых телефонов и портативных компьютеров. Имея примерно такую же плотность энергии, как и Li-ion аккумулятор, литий-полимерные допускают изготовление в пластичных разнообразных геометрических формах, нетрадиционных для обычных аккумуляторов, в том числе достаточно тонких по толщине, и способных заполнять любое свободное место.
Основные параметры аккумуляторов
Аккумулятор характеризуется следующими основными параметрами: типом электрохимической системы, напряжением, электрической емкостью, внутренним сопротивлением, током саморазряда и сроком службы.
В зависимости от сферы применения на первый план выступают то одни параметры, то другие. Например, аккумулятор для сотовых телефонов должен оцениваться по совокупности значений трех его основных характеристик: реальной емкости, внутреннему сопротивлению и току саморазряда.
Напряжение. Напряжение аккумулятора определяется тем устройством, для питания которого он предназначен. Если требуемое значение напряжения не обеспечивается одним элементом, то аккумулятор собирается из нескольких элементов, соединенных последовательно. Например, в сотовых телефонах различных моделей используются аккумуляторы напряжением 3.6 В (1 Li-ion элемент или 3 NiCd, или 3 NiMH элемента), 4.8 В (только 3 NiCd или 3 NiMH элемента), 6 В (только 5 NiCd или 5 NiMH элементов), 7.2 В (2 Li-ion элемента). Таким образом, если в телефоне используются 4 NiMH аккумулятора общим напряжением 4.8 В (как, например, в некоторых моделях фирмы Ericsson), то использование в нем Li-ion аккумуляторов невозможно.
Напряжение аккумулятора в процессе работы не постоянно. Оно максимально сразу после окончания заряда, а затем в процессе работы или хранения уменьшается. В конце концов, оно уменьшается до такой величины, что сотовый телефон не включается или автоматически выключается. При оценке состояния аккумулятора измерение его напряжения необходимо производить под нагрузкой, на которую он рассчитан.
Электрическая емкость. Номинальная электрическая емкость — это то количество энергии, которым аккумулятор теоретически должен обладать в заряженном состоянии. Данный параметр аналогичен емкости, например, стакана. Так же как в стандартный граненый стакан можно налить 200 мл воды, в аккумулятор можно закачать лишь вполне определенное количество энергии. Но определяется это количество энергии не в момент заряда, а при обратном процессе — разряде аккумулятора постоянным током в течение измеряемого промежутка времени до момента достижения заданного порогового напряжения. Измеряется емкость соответственно в ампер-часах (А•час) или миллиампер-часах (мА•час) и обозначается буквой "С". Значение емкости указывается на этикетке аккумулятора или зашифровано в обозначении его типа. Реальное значение емкости нового аккумулятора на момент ввода его в эксплуатацию колеблется от 80%–110% от номинального значения и зависит от фирмы-изготовителя, условий и срока хранения и технологии ввода в эксплуатацию. Теоретически аккумулятор, например номинальной емкостью 1000 мА•час, может отдавать ток 1000 мА в течение одного часа, 100 мА — в течение 10 часов, или 10 мА в течение 100 часов. Практически же, при высоком значении тока разряда номинальная емкость не достигается, а при низком токе — превышается.
В процессе эксплуатации емкость аккумулятора уменьшается. Скорость уменьшения зависит от типа электрохимической системы, технологии обслуживания в процессе работы, используемых зарядных устройств, условий и срока эксплуатации.
Внутреннее сопротивление. Внутреннее сопротивление аккумулятора (сопротивление источника тока) определяет его способность отдавать в нагрузку большой ток. Эта зависимость подчиняется закону Ома. При низком значении внутреннего сопротивления аккумулятор способен отдать в нагрузку больший пиковый ток (без существенного уменьшения напряжения на его выводах), а значит и большую пиковую мощность, в то время как высокое значение сопротивления приводит к резкому уменьшению напряжения на выводах аккумулятора при резком увеличении тока нагрузки. Такой коллапс (уменьшение) напряжения характеризует "слабость" внешне хорошего аккумулятора, потому что запасенная энергия не может быть полностью выдана в нагрузку.
Внутреннее сопротивление аккумулятора зависит от типа его электрохимической системы, емкости, числа элементов в аккумуляторе, соединенных последовательно, и возрастает к концу срока эксплуатации.
Саморазряд. Явление саморазряда в большей или меньшей степени характерно для всех типов аккумуляторов и заключается в потере ими своей емкости после того, как они были полностью заряжены. Для количественной оценки саморазряда удобно использовать величину потерянной ими за определенное время емкости, выраженную в процентах от значения, полученного сразу после заряда. За промежуток времени, как правило, принимается интервал времени, равный одним суткам и одному месяцу. Так, например, для исправных NiCd аккумуляторов считается допустимым саморазряд до 10% в течение первых 24 часов после окончании заряда, для NiMH — немного больше, а для Li-ion — пренебрежимо мал и оценивается за месяц. Следует отметить, что саморазряд аккумуляторов максимален именно в первые 24 часа после заряда, а затем значительно уменьшается.
Саморазряд аккумуляторов зависит от качества использованных материалов, технологического процесса изготовления, типа и конструкции аккумулятора. Он резко возрастает при повышении окружающей температуры, повреждении внутреннего сепаратора аккумулятора из-за неправильного обслуживания и вследствие процесса старения.
Срок службы аккумулятора. Его принято оценивать по количеству циклов заряда/разряда, которое аккумулятор выдерживает в процессе эксплуатации без значительного ухудшения своих основных параметров: емкости, саморазряда и внутреннего сопротивления. Срок службы зависит от многих факторов: методов заряда, глубины разряда, процедуры обслуживания или его отсутствия, температуры и электрохимической природы аккумулятора. Кроме того, он определяется временем, прошедшим со дня изготовления, особенно для Li-ion аккумуляторов. Аккумулятор, как правило, считается вышедшим из строя после уменьшения его емкости ниже 80% от номинального значения.
На чем остановиться?
Первое, что бросается в глаза, — это вес и габариты аккумуляторов. NiCd аккумулятор — самый большой и самый тяжелый, он примерно в два раза толще и тяжелее, чем NiMH. В то же время NiMH аккумулятор занимает промежуточное положение — он ощутимо легче и меньше, чем NiCd, но ощутимо больше и весомее, чем Li-ion. Аналогичная картина и по цене — насколько дешев NiCd аккумулятор, настолько же дорог Li-ion. Второй момент: при продаже аккумуляторов обычно не афишируется срок их службы. Если NiCd аккумулятор может прослужить при правильной эксплуатации 3 года и более, даже при ежедневной зарядке, то NiMH хватит на год с небольшим при интенсивной эксплуатации, а Li-ion примерно на полтора — два. У NiMH аккумулятора будет исчерпан ресурс по числу циклов заряда/разряда, а Li-ion аккумуляторы просто состарятся, даже если возможное для них количество циклов не будет исчерпано и они просто пролежат на вашей полке. Однако за длительную эксплуатацию NiCd аккумуляторов потребуется заплатить повышенным вниманием к их обслуживанию. Рекомендуется разряжать их до конца перед очередным зарядом и периодически, примерно раз в месяц, проводить восстановительные циклы. Если эти правила не соблюдать, то такого длительного срока службы NiCd аккумуляторов не достигнуть. Эти же требования, хотя и в меньшей мере, относятся и к NiMH аккумуляторам, проведение восстановительных циклов требуется приблизительно в два раза реже, чем для NiCd. В этом плане Li-ion аккумуляторы безусловный лидер — они не требуют никакого обслуживания. Их можно начинать заряжать в любое время, не дожидаясь полного разряда.
Итак, какой аккумулятор выбрать?
Если вы деловой человек, активно ведущий переговоры по телефону, предпочитаете легкость и удобство в работе и готовы платить за это, тогда ваш выбор — это Li-ion аккумулятор. Сотовый телефон с таким аккумулятором будет вашим незаменимым помощником. Такой выбор будет справедливым и для небольшого и легкого телефона вашей жены в случае, если вы оплачиваете ее разговоры.
Но если вы немного стеснены в средствах, однако готовы через год купить современный и лучший аккумулятор, то выбирайте NiMH. Прогресс в технологии их изготовления привел к тому, что начали появляться аккумуляторы с повышенным количеством циклов заряда/разряда (около 1000) и отсутствием требования предварительного разряда перед зарядом. Только перед покупкой аккумулятора прочтите своими глазами сопроводительную информацию и убедитесь, что покупаемый аккумулятор именно из последних достижений этой технологии.
И, наконец, для бережливых и расчетливых, предпочитающих приобретение вещей на длительный срок и к тому же не считающих обременительным периодический уход за ними, вполне подойдет NiCd аккумулятор. Но надо отметить, что в последнее время новые сотовые телефоны NiCd аккумуляторами уже не комплектуются. Поэтому при приобретении нового телефона или аккумулятора приходится выбирать только между NiMH и Li-ion.
Сравнительная таблица параметров аккумуляторов: | ||||
Параметр | Тип электрохимической системы | |||
NiCd | NiMH | Li-ion | Li-pol | |
Плотность энергии (Втч/кг) | 40–60 | 60–80 | 100 | 150–200 |
Число рабочих циклов заряда/разряда (уменьшение емкости до 80%) | 1500 | 500 | 500–1000 | 100–150 |
Внутреннее сопротивление при напряжении 3.6 В (миллиОм) | 100–200 | 150–250 | 150–250 | Нет данных |
Минимальное время заряда, часов | 1.5 | 2–4 | 3–4 | 8–15 |
Устойчивость к перезаряду | Средняя | Низкая | Очень низкая | Нет данных |
Саморазряд за месяц | 20% | 30% | 10% | Нет данных |
Напряжение на элемент, вольт | 1.25 | 1.25 | 3.6 | 2.7 |
Ток нагрузки | >2C | (0.5–1.0) С | <1 С | 0.2 С |
Диапазон рабочих температур, °C | -40...60 | -20...60 | -20...60 | Нет данных |
Периодичность обслуживания, дней | 30 | 60-90 | Не требуется | Нет данных |
Основные проблемы с аккумуляторами
Как известно, любой аккумулятор требует периодической зарядки. И на первый взгляд все просто: разрядился аккумулятор — подключай зарядное устройство и заряжай до готовности. Но в один прекрасный момент вы начинаете замечать, что время работы вашего полностью заряженного аккумулятора становится меньше, чем это было ранее. Как объяснить случившееся?
Как известно, по окончании заряда аккумулятора в обычном зарядном устройстве на нем загорается зеленый свет индикатора, указывая на то, что аккумулятор полностью заряжен и готов к работе. Или, если аккумулятор заряжается в телефоне, то он присущим ему способом просигнализирует об том. На основе этого вы полагаете, что ваш аккумулятор обладает полной емкостью и ему можно доверять на все 100%.
Однако "зеленый свет" обычного зарядного устройства никоим образом не гарантирует достаточную (номинальную) емкость и исправность аккумулятора. Дело в том, что зарядное устройство заряжает (наполняет) аккумулятор энергией только до тех пор, пока есть куда наполнять, а количество закаченной в аккумулятор энергии при этом никак не оценивается. В этом и состоит недостаток обычных зарядных устройств — они не определяют реальную емкость аккумулятора.
Естественно, возникает вопрос: почему аккумулятор постепенно становится неспособным принять во время заряда то количество энергии, на хранение которого он рассчитан?
Причина в том, что в процессе эксплуатации рабочее вещество внутри никель-кадмиевых (NiCd) и никель-металл гидридных (NiMH) аккумуляторов постепенно меняет свою структуру в сторону уменьшения площади своей активной поверхности. Рабочее вещество аккумулятора со 100% емкостью имеет однородную, мелкодисперсную структуру и, как следствие, максимальную площадь активной поверхности. У аккумулятора с недостаточной емкостью рабочее вещество частично кристаллизовалось, и площадь его активной поверхности значительно уменьшилась.
Снижение емкости у литий-ионных аккумуляторов необратимо, так как используемые в их элементах металлы предназначены для работы только в течение определенного времени. Этим и обусловлен процесс их старения.
Основные правила обращения с аккумуляторами
Для увеличения срока службы новые никель-кадмиевые (NiCd) и никель-металл гидридные (NiMH) аккумуляторы поставляются в разряженном состоянии, поэтому необходимо провести полный заряд аккумулятора перед его использованием. Как правило, первый заряд должен быть длительным, несмотря на зеленый свет зарядного устройства. Аккумулятор достигнет максимальной емкости заряда через 2-3 цикла полного разряда/заряда. Это правило справедливо и для Li-ion аккумуляторов, но поставляются они, как правило, в полузаряженном состоянии.
Для увеличения срока службы и электрической емкости NiCd или NiMH аккумулятора рекомендуется полностью его разрядить (в телефоне или зарядном устройстве) перед последующим зарядом. Хорошим правилом будет оставление телефона включенным до тех пор, пока он сам не отключится из-за разряда аккумулятора. После этого произведите полный заряд аккумулятора. Не пытайтесь разряжать аккумулятор другими способами.
Если у вас по той или иной причине нет возможности полностью разрядить NiCd или NiMH аккумулятор перед зарядом, то сделайте это позднее. Рекомендуется хотя бы раз в две недели или месяц производить циклы полной разрядки/зарядки, например в выходные дни.
Время заряда зависит от типа аккумулятора и типа зарядного устройства (обратитесь за более подробными сведениями к руководству по эксплуатации своего телефона). Время заряда также зависит от температуры окружающего воздуха, оптимальная температура от 15°С до 25°С градусов. Никогда не заряжайте теплый или холодный аккумулятор. Сделайте выдержку времени для достижения аккумулятором комнатной температуры.
Время работы с заряженным аккумулятором зависит от многих факторов: реальной емкости аккумулятора, интенсивности ваших разговоров по телефону, расстояния, на котором Вы находитесь от базовой станции, режима работы телефона, температуры окружающей среды.
Используйте аккумулятор только для питания вашего телефона, но не для каких-либо других целей.
Никогда не используйте других зарядных устройств, кроме как из комплекта поставки вашего телефона или купленных у вашего Оператора сотовой связи.
Для увеличения срока службы и сохранения электрической емкости аккумулятора не оставляйте его в холодных или теплых местах, например, в автомобилях — летом и зимой, около радиаторов отопления. Всегда старайтесь хранить аккумулятор при температуре от 15°С до 25°С градусов (предельное значение температуры, как правило, от -10°С до 45°С). Телефон с холодным аккумулятором временно может не работать, даже если он полностью заряжен.
Не допускайте соприкосновения и замыкания электрических контактов аккумулятора с металлическими предметами. Это огнеопасно и приведет к его повреждению. Храните аккумулятор в защитной упаковке.
Для надежной работы контакты аккумулятора и соответствующие контакты в телефоне должны быть чистыми и не иметь следов окисления. При необходимости удалите следы окисления ластиком.
Не бросайте использованный аккумулятор в огонь, т.к. он может взорваться.
И, напоследок, несколько интересных фактов:
1 минута горения подсветки = 1 час в режиме ожидания.
10 секунд работы с меню = 15 минут в режиме ожидания.
1 минута приема сетевой информации = 30 минут в режиме ожидания.
Одна регистрация на следующей Базовой Станции = 1 час в режиме ожидания.
Включение телефона с поиском и регистрацией в сети = 2 часа в режиме ожидания.
Виталий Шуравко shuravko@tut.by
При подготовке использовались материалы сайта iXBT Hardware ( www.hardware.ru ), Dixis ( www.dixis.ru ).
(c) компьютерная газета
Компьютерная газета. Статья была опубликована в номере 25 за 2001 год в рубрике mobile :: телефоны
