Архивы: по дате | по разделам | по авторам

Пята Ахиллеса

Архив
автор : Роман Косячков   14.03.2001

Проблемы использования и советы по уходу за источниками питания мобильных устройств.

Маленькая течь топит большой корабль.
Бенджамин Франклин (1706-1790)

Когда мы покупаем мобильное устройство, будь то сотовый телефон, PDA или ноутбук, вряд ли задумываемся над тем, что реальный срок его безотказной работы редко превышает год-полтора. Батареи - проблема из проблем, «Ахиллесова пята» любого из подобных устройств. С каждым годом они становятся все лучше и лучше, однако характеристики даже самых дорогих и продвинутых образцов аккумуляторных батарей все еще далеки от оптимальных. Тем не менее, несмотря на важность вопроса, многие ли из нас обращают внимание на тип аккумуляторных батарей, установленных в наших верных спутниках? Многие ли из нас знают хотя бы элементарные правила их обслуживания? Думаю, что нет. Конечно, время работы устройства от батарей интересует всех и является важнейшей его характеристикой. Однако различные типы аккумуляторов при обеспечении одного и того же времени автономной работы мобильного устройства обладают существенно разными потребительскими свойствами. Иногда, даже приблизительно зная, как будет использоваться мобильное устройство, можно не совершить заведомой ошибки и из различных вариантов покупки выбрать именно тот, что подходит вам наилучшим образом.

Батареи бывают разные как по своему конструктивному исполнению, так и по типу используемых физико-химических процессов. Наибольшее распространение получили герметизированные свинцово-кислотные (Sealed Lead Acid - SLA), никель-кадмиевые (NiCd), никель-металл-гидридные (NiMH), литий-ионные (Li-Ion) и литий-полимерные (Li-Polymer) аккумуляторные батареи. Батареи свинцово-кислотные из-за своих массо-габаритных характеристик в компьютерной технике используются в довольно ограниченных масштабах, к примеру, в источниках бесперебойного питания (UPS). Вес и размеры батарей в этом случае не столь критичны, а вот их дешевизна позволяет заметно снизить общую стоимость устройства. Что касается батарей остальных типов, то большинству пользователей, как правило, известно только, что никель-кадмиевые и никель-металл-гидридные батареи обладают «эффектом памяти» и первые из них уже вроде как устарели, а литий-ионные и, уж тем более, литий-полимерные батареи являются последним словом техники и самым разумным выбором для мобильных устройств. Сам неоднократно был свидетелем того, как именно тип используемой батарее склонял потенциального покупателя к покупке того или иного мобильного устройства. Если это по карману, потребители предпочитают батареи Li-Ion или Li-Polymer. Однако производители продолжают комплектовать свои изделия и другими типами батарей, зачастую предоставляя покупателю самому сделать выбор. К примеру, многие модели ноутбуков доступны как с литий-ионными (Li-Ion), так и с никель-металл-гидридными (NiMH) батареями. Безусловно, вариант с NiMH несколько дешевле. Но только ли в цене дело?

Разумеется, не только. Любая батарея характеризуется несколькими важными характеристиками. И начнем мы с ее внутреннего сопротивления. Чем ниже внутреннее сопротивление батареи, тем лучше ее нагрузочные характеристики. К примеру, в режиме ожидания сотовый телефон потребляет весьма незначительные токи, однако во время разговора они возрастают многократно, и в этом случае батареи с различной химией ведут себя по-разному. Наименьшим внутренним сопротивлением обладают никель-кадмиевые батареи, несколько большим - на основе лития, а лидируют, если можно так выразиться, никель-металл-гидридные. К чему это приводит на практике? При прочих равных условиях (одинаковой емкости и т. п.) в случае высоких потребляемых токов (к примеру, при большой длительности разговоров по сотовому телефону) у никель-металл-гидридных батарей напряжение упадет ниже порогового уровня в первую очередь, и, соответственно, устройство выдаст сигнал, что батарея разряжена. Вторыми «сдадутся» литиевые батареи. И только затем, много позже, такая же участь постигнет и никель-кадмиевые батареи. А ведь потребитель рассчитывал, что раз емкость всех батарей одинакова, то и время работы устройства от каждой из них будет сопоставимо. Ан нет, при высоких токах нагрузки оно различается в разы, и безусловный лидер здесь - «устаревшие» никель-кадмиевые батареи.

Другой важной характеристикой батарей является плотность энергии (Energy Density) заряженной батареи. Измеряется она в ватт-часах, отнесенных к килограмму массы батареи. Наибольшую плотность энергии имеют литий-полимерные батареи (150-200 Вт•час/кг), заметно уступают им литий-ионные батареи (100 Вт•час/кг), а никель-металл-гидридные батареи едва дотягивают до плотности энергии 60-80 Вт•час/кг. В явных аутсайдерах ходят никель-кадмиевые и свинцово-кислотные аккумуляторы - 40-60 и 30 Вт•час/кг соответственно. Как следствие, наименьшими размерами и весом при одинаковой емкости обладают литий-полимерные и литий-ионные батареи, несколько большими - никель-металл-гидридные, а все остальные - заметно им уступают. Литий-полимерные батареи обладают еще одним преимуществом: им можно придать практически любой форм-фактор, что, безусловно, очень важно для мобильных устройств.

Не стоит забывать и о минимальном времени заряда батарей. Оно варьируется от вполне приемлемых 1,5 часов у никель-кадмиевых батарей и 2-4 часов у никель-металл-гидридных и литий-ионных до почти критичных в повседневной эксплуатации 8-16 часов для кислотных и литий-полимерных. Это довольно важная величина, так как при интенсивной эксплуатации аккумуляторы мобильных устройств приходится заряжать раз в два-три дня, а то и ежедневно.

И, наконец, одна из важнейших характеристик батарей, о которой пользователь задумывается почему-то в последнюю очередь. Это - срок их службы. Для батарей с различной химией он иопределяется по-разному. Для одних батарей критичным является общее число рабочих циклов «заряд-разряд», для других немаловажное значение имеет просто общее время их эксплуатации. К примеру, никель-кадмиевые батареи выдерживают более 1500 циклов «заряд-разряд» и, более того, после восстановления могут проработать еще столько же. Если же взять общее время их эксплуатации, то при правильном периодическом обслуживании никель-кадмиевые батареи служат 3-4 года, а то и дольше. Никель-металл-гидридные батареи держат только 500 циклов «заряд-разряд», и срок их службы редко превышает два года даже при весьма аккуратном обслуживании. Наиболее популярные на сегодняшний день литий-ионные батареи можно заряжать-разряжать только 500-1000 раз. Довольно приличное число циклов, к сожалению, полностью никогда не выбирается. Дело в том, что литий-ионные батареи даже согласно заявлениям производителей имеют срок службы не более полутора-двух лет, а практика показывает, что большинство из них реально теряют свои эксплуатационные качества уже через год. Ситуация осложняется тем, что литий-ионные батареи очень трудно поддаются восстановлению. По крайней мере, в отличие от никель-кадмиевых и никель-металл-гидридных батарей предложений на рынке по восстановлению литий-ионных батарей очень немного. Что касается литий-полимерных батарей, то к их приобретению нужно подходить еще более осторожно. Число циклов «заряд-разряд» у батарей этого типа не превышает 150-200, и они также, наряду с литий-ионными, редко служат более года.

Скажем несколько слов по поводу «эффекта памяти» (правильнее - «эффекта циклической памяти»). Из рассматриваемых типов батарей он присущ только никель-кадмиевым и никель-металл-гидридным батареям. Суть его заключается в том, что, как правило, при эксплуатации пользователи редко дожидаются полной разрядки батарей перед тем, как поставить их на зарядку. Иногда и производители мобильных устройств напрямую способствуют этому, так спроектировав электронные схемы слежения за уровнем заряда в аккумуляторных батареях, что эти схемы выдают сигнал о полной разрядке задолго до фактического разряда батареи. Зачастую это связано с тем, что производители просто не могут подобрать на рынке для своего устройства аккумуляторную батарею с необходимыми эксплуатационными характеристиками и используют, как говорится, то, «что есть». В результате страдает потребитель. Так вот, «эффект памяти» заключается в том, что при неполном разряде батарей происходит укрупнение частиц рабочего вещества батареи, соответственно, общая площадь соприкосновения рабочего вещества с электролитом сокращается. Через довольно короткий промежуток времени (несколько месяцев) емкость никель-кадмиевого или никель-металл-гидридного аккумулятора может сократиться в несколько раз. Поэтому весьма важным для этих типов батарей является периодическое проведение процедуры обслуживания, которая заключается в полной разрядке, а затем в полной зарядке батарей, то есть в так называемой тренировке. Никель-кадмиевые батареи требуют «тренировки» ежемесячно, никель-металл-гидридные - раз в два-три месяца. Проводить «тренировку» батарей можно с помощью продвинутых зарядных устройств или же с помощью анализаторов аккумуляторных батарей. В этом случае деградация емкости батарей происходит, безусловно, однако уже не так быстро. При заметном уменьшении емкости никель-кадмиевые и никель-металл-гидридные батареи можно подвергнуть процедуре восстановления, заключающейся в очень глубоком разряде батареи, дробящем крупные частицы рабочего вещества на более мелкие. Для этого требуется специальное оборудование, из которого наибольшую известность в России получило оборудование канадской фирмы CADEX. К примеру, многие сервисные службы у нас в стране уже имеют анализаторы аккумуляторных батарей серии С7000, которые позволяют обслуживать никель-кадмиевые, никель-металл-гидридные, кислотные и даже литий-ионные батареи напряжением до 15 вольт и емкостью от 100 мА•ч до 20 А•ч. В частности, CADEX С7000 позволяет работать одновременно с четырьмя батареями разных типов, самостоятельно определяет основные параметры батареи и, в случае необходимости, производит ее тренировку или восстановление по специальной программе.

Как уже упоминалось выше, литий-ионные и литий-полимерные батареи не обладают «эффектом памяти» и, соответственно, не требуют обслуживания. Видимо, именно этот факт привел к тому, что у большинства пользователей сформировалось убеждение об их неоспоримом преимуществе по сравнению с другими типами батарей. Безусловно, отдельные и весьма весомые преимущества есть, однако этим батареям присущи и существенные недостатки.

Раз уж мы заговорили о пользовательских предпочтениях, то, возможно, следующие цифры могут изменить чьи-то устоявшиеся убеждения по поводу привлекательности того или иного типа батарей. Так, один цикл «заряд-разряд» обходится владельцу никель-кадмиевой батареи мобильного устройства в среднем в 4 цента, владельцу никель-металл-гидридной - уже в 14 центов, владельцу литий-ионной - в 20 центов, а стоимость одного цикла «заряд-разряд» литий-полимерной батареи составляет около 60 центов! Вот и получается, что приобрел пользователь, к примеру, КПК Compaq iPaq стоимостью порядка 600-700 долларов, имеющий как раз суперсовременную литий-полимерную батарею (емкости которой реально хватает на 10-12 часов работы устройства), и теперь он должен учитывать, что каждый раз, подключая свой КПК к электросети для подзарядки, он уменьшает его стоимость на 60 центов (0,1 процента). Немного, конечно, на первый взгляд. Так ведь это же каждая подзарядка! А они при интенсивной эксплуатации могут происходить почти ежедневно.

К сожалению, несмотря на целый ряд преимуществ, никель-кадмиевые батареи все реже и реже используются производителями мобильных устройств. Их массо-габаритные характеристики (на мой взгляд, в первую очередь), а также требовательность к частому периодическому обслуживанию делает никель-кадмиевые батареи неконкурентоспособными на большинстве рынков. Тем не менее, выбор все еще существует. Зная приблизительный режим использования вашего мобильного устройства, а также тот срок, на который вы его покупаете (на год-полтора, до морального устаревания или же настолько, насколько его хватит), можно оградить себя сразу, при покупке устройства, от последующих забот и разочарований. «Пята Ахиллеса» у разных устройств ведь тоже может быть разной!

[i38747]

Некоторые характеристики аккумуляторных батарей с разной химией для мобильных устройств*


Характеристика/тип химии

NiCd

SLA

NiMH

Li-Ion

Li-Polymer

Внутреннее сопротивление

Низкое

Низкое

Высокое

Среднее

Среднее

Число циклов «заряд-разряд»/срок службы, раз/лет

Более 1500

200-500

500

500-1000/1,5 года

100-150/1,5 года

Время заряда, ч

менее 1,5

8-16

2-4

3-4

8-15

Токи нагрузки

Высокие

Низкие

Низкие

Средние

Средние

Плотность энергии, Вт•час/кг

40-60

30

60-80

100

150-200

Месячный саморазряд, процентов

20

5

30

10

10

Обслуживание с целью поддержания емкости

ежемесячно

раз в 3-6 месяцев

раз в 2-3 месяца

не требуется

не требуется

Стоимость одного цикла «заряд-разряд» батарей для мобильных устройств (6-9 В), USD

0,04

0,1

0,14

0,2

0,6

Год выхода на рынок

1950

1970

1990

1991

2000


* При подготовке таблицы использовались данные из книги «Батареи в портативном мире» Исидора Бачманна («Batteries in a Portable World» by Isidor Buchmann), основателя и главы фирмы Cadex Electronics Inc.


© ООО "Компьютерра-Онлайн", 1997-2019
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на "Компьютерру" обязательна.