Литиевые аккумуляторы: немного теории и пара практических советов

Современный мобильный телефон – устройство многофункциональное. С его помощью можно звонить, писать SMS-сообщения, путешествовать по интернету, работать с электронной почтой, слушать музыку, играть и делать многое другое. Но, весь этот океан возможностей доступен до тех пор, пока в телефоне не разрядится аккумулятор. А можно ли увеличить время автономной работы от одной зарядки и срок жизни аккумулятора?
_______________________________________________________________________________________

Однако перед тем как переходить к рассмотрению основного вопроса, предлагаю вам небольшой исторический экскурс и краткий теоретический минимум. Основной принцип, лежащий в основе функционирования аккумуляторов, был открыт Луиджи Гальвани в 17 веке. Это открытие было совершено случайно, ведь целью экспериментов Гальвани было исследование реакций подопытных животных на различные внешние воздействия. Однако, именно результаты, полученные Гальвани, стали основой исследований другого крупного ученого – Алессандро Вольта, который дал этому явлению правильное теоретическое объяснение и создал первый в мире гальванический элемент, представлявший собой емкость с соляной кислотой, в которую были погружены цинковая и медная пластины.

Все гальванические элементы можно разделить на две группы – первичные и вторичные. Их принципиальным отличием является то, что вторичные элементы при определенном внешнем воздействии могут восстанавливать свои свойства. Как вы, наверняка, уже догадались, первичные гальванические элементы – это не что иное как батарейки, а вторичные – аккумуляторы. Процесс восстановления свойств вторичного гальванического элемента мы привычно называем «зарядкой». Существует несколько типов аккумуляторов, отличающихся используемыми сочетаниями материалов, при этом для современных портативных устройств чаще всего используются аккумуляторы на основе лития - литий-ионные и литий-полимерные. По своим потребительским свойствам литий-ионные и литий-полимерные очень похожи между собой, за исключением того, что в литий-полимерных аккумуляторах используется твердый или гелеобразный полимерный электролит, что позволяет придавать им различную форму и малую толщину.

Обязательный элемент аккумуляторов на основе лития – электронная схема, служащая для контроля заряда и защиты «банки» аккумулятора. Она выполняет две функции – защищает аккумулятор от перезаряда и переразряда. Рабочее напряжение для литиевого аккумулятора – 3,6…4,2 В. Переразрядом считается снижение напряжения аккумулятора ниже 2,9 В, а перезарядом – превышение им значения 4,3 В. При этом, в обоих случаях, электроника аккумулятора разорвет электрическую цепь между входным контактом аккумулятора и «банкой» (с точки зрения пользователя аккумулятор «умирает»). Кстати, именно это и происходит когда телефон долго лежит с разряженным аккумулятором, так как даже в выключенном состоянии телефон потребляет немного энергии, поэтому неиспользуемый телефон следует хранить либо с полностью заряженным аккумулятором, либо вообще вытащить из него батарею.

В каждом аккумуляторе на основе лития должна быть такая «электронная пластинка

Для восстановления работоспособности при перезаряде (в исправных телефонах это явление практически не встречается) – понадобится подождать пока напряжение на «банке» аккумулятора снизится до допустимых значений, а при переразряде – «толкнуть» батарею при помощи универсального зарядного устройства («лягушки»). Причем «лягушки» бывают двух видов – полуавтоматические и полностью автоматические, отличающиеся тем, что в устройствах первого типа понадобится вручную (нажав/отжав кнопку) задать правильную полярность выходного напряжения. Кстати, на практике именно полуавтоматические «лягушки» удобнее – полный автомат далеко не всегда способен «толкнуть» сильно разряженный аккумулятор. В то же время пытаться заряжать аккумулятор в обход схемы заряда не следует – он может выйти из строя и даже взорваться.

Полуавтоматическое зарядное устройство

Автоматическое зарядное устройство. Главное отличие – количество светодиодов (обычно на «автомате» их три, на полуавтомате – четыре) и отсутствие кнопок

Вообще – увлекаться универсальными зарядными устройствами не следует, а лучше заряжать аккумулятор, используя штатное зарядное устройство телефона. Схематически цикл зарядки литиевого аккумулятора приведен на схеме.

Основных этапов три. На первом из них идет заряд батареи максимальным током, до достижения на ней напряжения 4,1…4,2 В, при этом на дисплее телефона отображается значок зарядки аккумулятора. И именно длительность этого этапа указана в руководстве пользователя как время зарядки телефона.

На втором этапе идет «доводка» батареи, причем, несмотря на то, что на дисплее телефона уже светится сообщение «аккумулятор заряжен», этап доводки очень важен. На практике аккумулятор после «доводки» способен накопить до 30% больше энергии. Полной зарядкой аккумулятора считается момент, когда величина зарядного тока составит 0,03 (3%) от своего начального значения. В зависимости от емкости аккумулятора и параметров зарядного устройства длительность «доводки» может составлять от 45 минут до 3-6 часов. Кстати, при использовании универсальных зарядных устройств обычно выполняется лишь первый этап, а «доводка» не производится, поэтому аккумулятор, заряженный от «лягушки» проработает меньше, чем тот же аккумулятор, заряженный штатным зарядным устройством.

Третий этап – это компенсационный заряд, т.е. после завершения зарядки, оставаясь подключенным к зарядному устройству, аккумулятор восполняет энергию, потраченную на работу телефона. Этот этап необязателен, более того – он даже в определенной мере вреден для батареи, так как при подобной подзарядке могут накапливаться ошибочные данные в электронике управляющей зарядом.

Как правильно эксплуатировать аккумуляторы на основе лития? Ответ можно выразить в короткой фразе – «Используйте аккумулятор. Не слишком много. В основном для небольших приложений». Звучит довольно загадочно, поэтому рассмотрим смысл этого выражения более подробно.

Первое, о чем следует помнить – аккумуляторы на основе лития не любят сильного разряда. Более того, регулярный полный разряд аккумулятора – отнюдь не способствует его долгой и счастливой жизни. Гораздо более правильным является разряд батереи до уровня примерно в 20%. На индикаторе мобильного телефона обычно такому уровню заряда соответствует 1 деление. В тоже время не стоит пытаться все время держать аккумулятор заряженным. Если провести аналогию с занятиями спортом, то для аккумулятора хорошей тренировкой является регулярные пробежки на несколько километров, но марафон – его сильно выматывает, отсутствие нагрузки – способствует к образованию «жирка». Применительно к аккумуляторам «жирок» выражается в сокращении времени автономной работы.

В тоже время, периодически, с интервалом примерно раз в месяц, стоит доводить телефон до автоматического отключения с сообщением «Аккумулятор разряжен». Главное – сразу же поставить его на полный цикл зарядки (т.е. 6-8 часов, независимо от надписей на дисплее). Причем, необходимость подобных тренировок вовсе не физические свойства аккумулятора – для литиевых аккумуляторных батарей эффект памяти не характерен. Тренировки нужны для устранения «цифрового эффекта памяти», возникающего при регулярных подзарядках – во время цикла полного разряда-заряда в схеме управления электропитанием будут очищены ошибочные данные, накопившиеся при подзарядках. Кстати, по этой же причине сразу после покупки новый телефон следует подвергать 3-5 полным циклам перезаряда.

Особенно актуальна подобная тренировка для смартфонов, любящих подзаряжаться при синхронизации с компьютером. Однако еще раз подчеркну – тренировками тоже увлекаться не стоит – 1-2 тренировки в месяц более чем достаточны. Также не следует забывать тренировать аккумуляторы и других портативных устройств, особенно ноутбуков или нетбуков, которые постоянно подключены к блоку питания. Кстати, есть рекомендация, что при использовании ноутбука с постоянным подключением к сети следует вообще снимать с него аккумулятор, предварительно запитав его сетевой адаптер через источник бесперебойного питания.

Существует и одно устойчивое заблуждение связано с количеством циклов аккумулятора. Считается, что аккумулятор способен проработать определенное количество циклов перезарядки, независимо от глубины разряда. Для литиевых аккумуляторов этот тезис неверен. Во-первых, потому что два цикла, в которых батарея будет разряжена на 50%, для аккумулятора будут считаться как один, а во-вторых, потому что для литиевых батарей более критично не количество циклов, а возраст. Типичный срок службы аккумулятора на основе лития – 2 года, причем, независимо от того используется он или лежит на полке.

Хотя последнее утверждение тоже не стоит принимать как прописную истину – для оригинальных аккумуляторов возраст менее критичен, чем для их китайских аналогов. Возможно, это вызвано каким-то удешевлением технологий производства. Но факт остается фактом – при правильном уходе и через 5 лет использования фирменный аккумулятор может обеспечивать вполне приемлемую автономность, тогда как аккумулятор безымянного китайского производителя может начать «радовать» преждевременным разрядом уже через несколько месяцев.

Очень важным моментом для аккумуляторов на основе лития является соблюдение температурного режима. Идеальной для них является прохлада, тогда как жара и мороз – противопоказаны. Особенно тяжелый температурный режим у аккумуляторов ноутбуков и мощных смартфонов – помимо внешнего нагрева от элементов устройства, в них присутствует еще и внутренний нагрев, обусловленный большой потребляемой мощностью. Например, посчитайте, сколько потребляет двухядерный смартфон при просмотре HD-видео c фоновой загрузкой данных из интернет и работающим модулем GPS. Аккумуляторам в подобных устройствах приходится очень несладко. Но такова их судьба – иначе, зачем вообще нужны столь мощные девайсы?

Еще одна рекомендация касается запасных аккумуляторов – если аккумулятор не используется, то его следует зарядить примерно до половины (40…50%) и поместить в прохладное место, например, холодильник (но не в морозильное отделение).

Резюме:

К сожалению, ничего вечного не бывает – у каждой вещи есть свой срок службы, поэтому не следует думать, что соблюдение всех рекомендаций позволит аккумулятору оставаться как новому в течение многих лет. Для аккумуляторов производитель обычно указывает такой параметр как емкость через определенное время использования, например, «до 80% от начальной емкости через 1000 циклов». Конечно, эти данные во многом идеализированы, но соблюдая рекомендации по уходу за аккумулятором, есть шанс приблизиться к заявленным параметрам, что само по себе неплохо. В любом случае, рекомендации, приведенные в этой статье, не претендуют на роль истины в последней инстанции, поэтому если вам есть что дополнить или возразить – милости прошу в комментарии.

Источник MForum.ru