Акумулятори для портативної цифрової техніки
Поговоримо про джерела живлення стільникових телефонів ... Ні, не тільки телефонів - будь-якої цифрової техніки, включаючи диктофони, МР3 плеєри, фотоапарати.Якщо вже дізнаватися, то з самого початку і до кінця. Стане в нагоді, оскільки ми користуємося далеко не лише стільниковими телефонами, а й іншої цифрової «дрібницями», яку час від часу доводиться підгодовувати.
Почнемо з того, що в якості джерел живлення в портативних цифрових пристроях застосовуються як неперезаряжаемие сухі елементи, так і акумуляторні батареї. За розмірами корпусу сухі елементи підрозділяються на кілька типів. Найчастіше ми користуємося елементами формату ААА і АА. Перезаряджаються акумулятори також можуть бути виконані в корпусах типорозмірів ААА і АА (кажучи простіше «найтонші» і «тонкі батарейки»), або у нестандартному фірмовому конструктиві (що ми і спостерігаємо в стільникових телефонах).
Будь-який автономне джерело живлення влаштовано таким чином. Усередині металевого склянки встановлений стрижень, ізольований від стінок стакана пористої паперовій (картонної, пластикової) прокладкою, просоченої електролітом. Стакан служить анодом, стрижень - катодом. В процесі зарядки акумулятора на поверхні катода нагромаджується електричний потенціал. При підключенні елемента до замкнутого електричного ланцюга іони електроліту переносять електричні заряди з катода на анод, внаслідок чого і виникає електричний струм. Характеристики елемента живлення - місткість, сила струму, що видається напруга - залежать від матеріалу, з якого виготовлені електроди, і від хімічного складу електроліту.
Найдешевші і повсюдно поширені - вугільно-цинкові сухі елементи. У цих елементах катодом служить графітовий стрижень, а анодом - цинковий склянку. В якості електроліту використовується розчин кислоти, яким просочується паперова прокладка. Через невеликий ємності вугільно-цинкові елементи в цифровій техніці не застосовуються зовсім. Їх застосування обмежене дешевими касетними плеєрами, кишеньковими ліхтариками та іншу просту технікою, в якій струм розряду не досягає великих величин. Справа ще й у тому, що при розряді вугільно-цинкові елементи схильні до газоутворенню. Бурхливо що виділяється з електроліту водень здатний розгерметизована елемент, при цьому кислота, яка міститься в електроліті може серйозно пошкодити електричні схеми пристрою. До речі - це єдині кислотні джерела струму, які випускаються для портативної техніки. Всі інші джерела постійного струму відносяться до лужним.
Значно більшою ємністю, ніж вугільно-цинкові, мають марганцево-цинкові лужні неперезаряжаемие елементи, названі так само алкалінових. В якості катода в цих елементах працює цинковий стрижень, анод виготовлений з двоокису марганцю. Електролітом служить розчин лугу, який при розряді не виділяє газу (зауважимо, тільки не при короткому замиканні, при якому струм розряду досягає максимальної величини). Тому корпус елемента виготовлений герметичним і для складної електроніки небезпеки не становить.
Третій тип змінних неперезаряжаемих сухих елементів - літієві. Анод цих елементів виготовлений з металевого літію, а ізолююча паперова прокладка просякнута електролітом на основі органічних речовин. Літієві елементи відрізняються дуже великою енергоємністю, найнижчим показником саморозряду в неробочому (непідключеному) стані, здатністю віддавати максимальний струм за короткий проміжок часу (в інших типів елементів великий струм розряду призводить до руйнування металевого склянки і, відповідно, до втрати герметичності).
Літієві елементи, як і Лужні батарейки-Моделі, виробляються в корпусах формату ААА і АА, але частіше вони виконані в дисковому або в спеціальному циліндричному (наприклад, тип CR2) конструктиві. Дискові елементи застосовуються в персональних комп'ютерах як джерело резервного живлення для збереження інформації про установки базової системи вводу-виводу (BIOS) і підтримки ходу внутрішніх кварцових годин. Літієві елементи в циліндричних конструктивах застосовуються в якості основного джерела живлення в плівкових фотоапаратах, в яких мотор перемотування плівки і двигун фокусування об'єктиву в момент спрацьовування споживають струми великої величини. Недоліками неперезаряжаемих літієвих елементів є їх відносна дорожнеча і небезпечна експлуатація. Пошкодження корпусу елемента (удар або проколювання гострим предметом) призводить до швидкого розігріву і навіть до вибуху.
Залишається сказати, що ємність кислотних вугільно-цинкових сухих елементів не перевищує 600 (частіше 300), а алкалінових може досягати 2000 і більше mAh (міліампер на годину). Ємність стандартних літієвих елементів, які застосовуються в плівкових фотоапаратах, порядку 1000-1500 mAh. Але для власників плеєрів і тим більше стільникових телефонів це, швидше за все, не найактуальніша інформація. Телефони на змінних елементах живлення в кінці 90-х років випускала Motorola. Сьогодні подібної техніки начебто немає взагалі (але є багато іншої, яку ми не згадали - наприклад, аналогові та цифрові радіоприймачі, навігатори GPS, велокомп'ютери і так далі) ...
Тепер про акумулятор. У цифровій техніці використовуються тільки лужні акумулятори наступних чотирьох типів - нікель-кадмієві, нікель-металгідридні, літій-іонні та літій-полімерні. Свинцеві акумулятори з кислотним електролітом (автомобільні), незважаючи на високу енергоємність і довговічність, в цифровій техніці не використовуються. Але їх можна виявити в імпульсних блоках резервного (безперебійного) живлення для персональних комп'ютерів.
Нікель-кадмієві акумулятори (Ni-Cd) практично вийшли із вжитку (сьогодні випускає тільки з Sanyo), хоча вони мають відмінну енергоємністю і дуже довговічні (оскільки не схильні до ефекту старіння, як літієві акумулятори, тому їх можна купувати про запас). Це найбільш доступні за ціною акумулятори, але при цьому їх практичне використання ускладнене через прояви ефекту «пам'яті». Суть цього ефекту в тому, що якщо не до кінця розряджений акумулятор зарядити, то його місткість зменшиться до значення залишкового заряду. Щоб відновити такий акумулятор доведеться влаштувати йому тренувальний цикл заряду / розряду, тобто кілька разів повністю розрядити і повністю зарядити батарею.
Ефект «пам'яті», хай і в меншій мірі, але все ж виявляється і в перезаряджаються джерелах живлення іншого типу - в нікель-металгідридних акумулятори (Ni-Mh). Заява виробників про те, що нікель-металгідридні акумулятори повністю позбавлені від ефекту «пам'яті», спростовується практикою, особливо під час експлуатації не зовсім нових елементів. Щоб уникнути різкого зниження енергоємності нікель-металгідридних акумулятор слід час від часу піддавати тренуванні, то є розряджати його до мінімального значення напруги і потім повністю заряджати (краще всього щомісяця).
І нікель-кадмієві, і нікель-металгідридні акумулятори володіють достатньою для цифрової портативної техніки енергоємністю. Елементи формату АА, наприклад, випускаються ємністю до 3200 мАг. Комплект нікель-металгідридних акумуляторів при щоденному використанні прослужить близько 2 років, оскільки акумулятори цього типу витримують до 600 циклів заряду / розряду. Якщо акумулятори використовуються не так інтенсивно, термін їх служби збільшиться. Більш того, нові, ще жодного разу не використані акумулятори, або не дуже зношені елементи можна зберігати досить тривалий час без ризику зниження їх місткості. Для цього акумулятори треба повністю зарядити і покласти в темне прохолодне місце. Додамо, що нікель-металгідридні акумулятори найпоширеніший тип перезаряджаються елементів у форматі АА і ААА. Саме вони частіше всього працюють в цифрових фотоапаратах початкового рівня (для техніки Canon, наприклад, це камери з індексом «Аххх»), в цифрових плеєрах, диктофонах, радіоприймачах, мінідискові плеєрах.
А от купувати в запас літій-іонні акумулятори, якими забезпечені всі мобільні телефони, смартфони, цифрові фотоапарати середнього та старшого рівня, всі плеєри MP3 на основі вінчестерів і деякі на основі флеш-пам'яті, не варто. Цей тип акумуляторів володіє високою енергоємністю і відрізняється стабільністю параметрів у процесі експлуатації. Після року інтенсивної експлуатації літій-іонний акумулятор втратить не більше 30 відсотків від початкової ємності (що дуже добре в порівнянні з іншими акумуляторами). Він здатний витримати близько 1000 циклів заряду / розряду, але ... Але на його довговічності позначається не тільки інтенсивність експлуатації. Літій-іонний акумулятор деградує і при повній бездіяльності. Термін його служби зазвичай не перевищує 3 років.
Нарешті, новітній, що одержав поширення в останні роки, тип акумуляторів - літій-полімерні батареї. Вони володіють усіма перевагами літій-іонних акумуляторів, але при цьому менше за розмірами. Якщо батарея літій-іонних акумуляторів складається з тонких стандартних циліндричних елементів, то літій-полімерна батарея може бути будь-якої форми (причому, не тільки прямокутної). Проте, термін служби полімерних акумуляторів ще менше, ніж у літій-іонних, і рідко перевищує 2-2,5 року, при тих же 1000 циклах заряду / розряду.
Іноді виникає необхідність збільшити час роботи телефону (цифрового фотоапарата, іншого пристрою). Найпростіше це зробити, купивши другий акумулятор. Найчастіше азіатські виробники (LG, Samsung) вкладають у коробку з новим телефоном другий акумулятор (приклад - чудовий смартфон з 3-гігабайтним мікровінчестером Samsung SGH-i300). Як бути в цьому випадку? Як правильно зберігати другого батарею, щоб передчасно її не втратити? Тут ситуація зворотна зберігання нікель-металгідридних акумуляторів. Літієвий акумулятор краще тримати розрядженим, але лише до певної межі, не повністю. Якщо нікель-металгідридні акумулятори (як, до речі, і кадмієві) легко переносять глибокий розряд, для літій-іонних акумуляторів він згубний ...
Нарешті, кілька практичних рекомендацій. Якщо доводиться брати цифровий фотоапарат на зимовий пленер (або плеєр на зимову прогулянку, хоча з плеєром простіше, він знаходиться в теплому кишені), то краще за все замінити (якщо є можливість, звичайно) літієвий акумулятор нікель-металгідридних. Справа в тому, що нормальний температурний режим роботи всіх типів акумуляторів - від 0, до +40 ° С. При цьому підвищення температури не стільки небезпечно для акумулятора, скільки для самої техніки. А ось з пониженням температури ситуація інша. Нікель-металгідридні акумулятори здатні працювати при дуже низьких температурах (до -25 ° С і навіть нижче), втрачаючи при цьому значну частину ємності, але відновлюючи її при відігріванні. Літієві акумулятори обох типів при температурах нижче 0 ° С швидко втрачають енергію, а при -20 ° С саморуйнується з викидом лужного електроліту - тобто просто вибухають. Залишивши взимку стільниковий телефон в машині на ніч, вранці ви ризикуєте знайти його уламки, а заразом і попорченний електролітом салон (про небезпеку бризок їдкого електроліту для здоров'я людини і говорити не варто).
А чи можна зарядити неперезаряжаемий сухий елемент, якщо нема чим замінити сіла «батарею»? Можна, але не потрібно. Заряджати слід тільки малим струмом від іншого елемента або акумулятора, що зводить нанівець практичну користь від цієї процедури. Зарядка в звичайному мережному зарядний пристрій справа ризикована - «батарея» може запросто потекти (при цьому електроліт пошкодить схему зарядника). Крім того, звичайний сухий елемент може витримати дуже обмежене число зарядок, а довговічність такого «акумулятора» важко передбачити. Зазвичай це не більше 2-3 циклів ...