Аккумуляторы: мифы и легенды

Сегодня аккумуляторы присутствуют практически везде и без них уже сложно представить работу многих технических устройств, таких как телефоны и ноутбуки. Но почему-то люди редко задумываются над тем, что, в отличие от батареек с аккумуляторами нужно еще уметь обращаться. Продавцы, как правило, ограничиваются минимумом информации, а когда аккумуляторы выходят из строя, тогда только и возникают вопросы. Ну, а за ответами люди обычно обращаются к своим друзьям – так и рождаются мифы и легенды об аккумуляторах.

Я решил написать этот материал только потому, что многие люди покупают сотовые телефоны или ноутбуки и попросту гробят их батареи, т.к. наслушались всякой дребедени. Статья предназначена для опытных пользователей и, если вы таковыми себя не чувствуете, советую сначала изучить материалы, приведенные в конце статьи, особенно [2] и [4].

Никелевые аккумуляторы

Родоначальник этого рода аккумуляторов, никель-кадмиевые (Ni-Cd), появились давно и сейчас уже вышли из употребления, поэтому их я рассматривать не буду. А вот никель-металлогидридные (Ni-MH) используют до сих пор. Однозначно известно [2], что их преимуществами являются: большой срок эксплуатации (500-1000 циклов), высокая емкость и относительно невысокая стоимость, в то время как их недостатки: быстрый саморазряд (до 5% от максимальной емкости в сутки) и эффект памяти. Кстати о нем…

Эффект памяти

Об этом свойстве никелевых аккумуляторов ходят самые настоящие мифы. Ладно еще, Ni-Cd аккумуляторы, у них он был однозначно, с этим никто не спорит, но вот насчет Ni-MH аккумуляторов одни говорят, что есть, другие говорят, что нет…. На самом деле у Ni-MH есть эффект памяти, но он незначительный и варьируется в зависимости от производителя. Объясняю: у Ni-Cd емкость после неполного разряда вообще не восстанавливается, т.е. кристаллы блокируются намертво. У Ni-MH при неполном разряде емкость немного падает, но восстанавливается при полном цикле. Но вот это и зависит от производителя. Аккумуляторы матёрых фирм (Varta, Sanyo) можно недозаряжать помногу раз и емкость упадет, но после 1-2 полных циклов практически полностью восстановится. Кроме того, хорошие фирмы обычно делают запас емкости до 10-15 %, чтобы даже после года правильного обращения, емкость не упала ниже заявленной. То есть эффекта памяти у хороших аккумуляторов можно не бояться. Так же хорошие аккумуляторы медленнее теряют заряд, когда не используются. У фирм попроще (Panasonic, TDK, Duracell, GP) емкость может и не восстановиться, кроме того, независимо от бережности обращения с ними, после некоторого времени эксплуатации они выдают очень нестабильные характеристики в конце разряда и их емкость со временем сильно падает независимо от эффекта памяти. А все, что чуть дороже мусора, например BYD, которыми любят оснащать продаваемую технику, стоит брать только в расчете на то, что даже 10 циклов окупают затраты на батарейки. Более подробный список хороших и плохих аккумуляторов приведен в материале [1].

Однако и полные циклы не идут аккумулятору на пользу, т.к. он быстрее изнашивается. Чтобы достичь максимальной эффективности при эксплуатации аккумулятора, рекомендую использовать 80%-ный цикл с периодическим полным циклом. Например, если у вас фотоаппарат с хорошими аккумуляторами и вы израсходовали 20 % заряда, то лучше, не разряжая аккумуляторы, их зарядить, т.к. почти полный цикл изнашивает аккумулятор, а при заряде от 80 % до 100 % вы получите очень незначительный эффект памяти, от которого избавитесь полным циклом в другой раз.

Перезаряд и переразряд

Помню еще в каком-то бородатом году, свои первые аккумуляторы я угробил именно так. Ni-MH аккумуляторы боятся переразряда, т.е. их нельзя сильно разряжать (ниже 1 В на ячейку). Вся современная техника от этого защищена, т.е., если фотоаппарат или радиотелефон вырубаются, значит, их пора заряжать. Но, к сожалению, есть много умников, которые наслушались про эффект памяти и благими намерениями захотят так посильнее разрядить аккумулятор, например засунуть их в фонарик и “дожать до нуля”.

Но еще опаснее перезаряд. Опасен он не только из-за той же опасности потерять емкость, но еще и из-за опасности потерять аккумулятор, а, может быть, еще и здоровье. Считается, что при полном заряде возникающий обратный ток компенсирует ток заряда и, поэтому, ничего страшного не происходит. Однако использование дешевых отечественных или китайских зарядных устройств на практике показывает обратное – аккумуляторы очень быстро изнашиваются в хлам при перезаряде, например, если зарядник оставить на большее время, чем будет заряжаться аккумулятор. А вычислить заранее их емкость невозможно, особенно, после некоторого срока службы. Мало того, они могут так сильно нагреться, что могут взорваться – это не страшилки, это химическая реакция, сопровождаемая выделением водорода. Конечно, на такой случай, производители оставляют в корпусе отверстия для его выхода, но встречаются китайские экземпляры и без них. Поэтому, если заряд аккумуляторов не предусмотрен используемым устройством (беспроводные телефоны, беспроводные мышки и т.д.), очень советую брать дорогие зарядные устройства с микропроцессорами. Такие зарядники вовремя остановят заряд, не допустят перегрева, распознают неисправность и неправильную полярность, смогут отличить аккумулятор от батарейки (это полезно, если ими пользуются дети) и вообще продлят срок эксплуатации аккумуляторов за счет правильного заряда. Я рекомендую известные фирмы типа GP, Varta, Camelion.

Тренировка

Все продавцы техники рекомендуют тренировать аккумулятор перед использованием, т.е. делать несколько полных циклов для достижения максимальной емкости. Конечно, дело это полезное, но здесь главное не переусердствовать, т.к. полные циклы, как уже было сказано, не идут аккумулятору на пользу. Для Ni-MH достаточно 5 циклов для тренировки [3].

Хранение

Как известно, если аккумуляторами не пользоваться, они разряжаются из-за химических реакций. Если аккумуляторы редко используются, учитывайте следующее:

• Необходимо полностью использовать заряд хотя бы раз в три месяца; если аккумуляторы не используются больше полугода, необходима тренировка [5].
• Аккумулятор нужно хранить разряженным; все никелевые аккумуляторы любят разряженное состояние. Я рекомендую хранить почти полностью разряженные аккумуляторы, но и здесь ходят слухи, что лучше хранить при 40 % заряда [5].
• Все аккумуляторы лучше хранить в прохладном месте, т.к. при повышенной температуре быстрее будут протекать химические реакции, т.е. саморазряд; но нижний предел температуры для хранения или эксплуатации никелевых аккумуляторов – примерно -10⁰ С [2].
• Саморазряд может достигать 5 % в сутки.

Быстро или медленно

Для Ni-MH аккумуляторов оптимальный метод зарядки – постоянный ток с последующим подпитыванием слабым током по окончании заряда [5]. Медленная зарядка не рекомендуется. Нижний порог тока зарядки – дело темное, т.е. численно неизвестное, но можно быть уверенным, что с хорошим зарядным устройством над этим можно не думать. А вот при быстрой зарядке ситуация интереснее: ходят слухи, что с помощью очень большого тока зарядки можно зарядить аккумулятор до 200 % заявленной емкости. Лично я сомневаюсь. Единственное, что достоверно известно – это то, что при быстрой зарядке сильно изнашивается аккумулятор, поэтому ни очень малым, ни очень большим током лучше не заряжать – дольше прослужит аккумулятор.

Резюме

И тут применима старая истина – сколько платишь, столько и получаешь. Берите хорошие аккумуляторы, хорошие зарядные устройства и не допускайте грубых ошибок.

Литиевые аккумуляторы

Литиевые или литий-ионные (Li-ion) аккумуляторы в основном присутствуют в сотовых телефонах, ноутбуках, видеокамерах. Изделия дорогие, аккумуляторы тоже, поэтому и обращаться с ними нужно еще грамотнее, чем с никелевыми аккумуляторами. А вот в чем сила, т.е. истина, брат? Здесь, наверное, еще больше слухов и мифов. Во-первых, они начинают появляться сами собой хотя бы потому, что продавцы техники с Li-ion аккумуляторами особых напутствий не дают, говоря, что батарея “умная” и сама все сделает как надо. А вот и не сама. Ведь сколько есть случаев, когда владельцы новых ноутбуков за месяц батарею садили в хлам и потом платили бешеные бабки за новую батарею. Конечно, литиевые батареи потому и дорогие, что напичканы электроникой, но она, к сожалению, не спасает от дурака.

Переразряд

Как и в случае никелевых аккумуляторов, литиевые также сильно боятся перезаряда и переразряда. Но, поскольку эти батареи используются в интеллектуальных устройствах и комплектуются собственными зарядными устройствами, их электроника не допускает перезаряда – т.о. его можно не бояться. А вот переразряд сложнее контролировать, поэтому он и является самой типичной причиной досрочного выхода аккумулятора из строя. Конечно, в дорогих и сложных устройствах, например, в ноутбуках, отключение происходит до падения напряжения до критического значения. Но прецеденты указывают на то, что это аварийное отключение лучше рассматривать как экстренную меру, до которой, по возможности, лучше не доводить. Это самое главное правило – избегать полной разрядки, поскольку низкое напряжение может отключить цепь аварийной защиты. Бывает, что люди гробят батареи, увлекшись тренировкой. Тренировка, как я уже говорил, вещь хорошая, но для литиевых батарей достаточно 2-3 полных цикла [3].

Для литиевых батарей нет эффекта памяти, поэтому их можно заряжать когда угодно, так что после тренировки лучше не разряжать батареи до конца. Рекомендуемый нижний порог – 5-10 %. Критический нижний порог – 3 %.

Много неполных циклов или один полный

У литиевых батарей срок службы – примерно 300 циклов. Напомню, что полным циклом считается цикл полного заряда и полного (т.е. примерно до 3 % емкости) разряда, или наоборот. Если разрядить батарею до 50 %, а потом зарядить, то это будет 1/2 цикла, если до 75 % и зарядить – 1/4 цикла и т.д. Так вот, для телефонов и ноутбуков разница в пользе между полными и неполными циклами различна. В Интернете упорно утверждается, что куча народа заряжала телефоны при неполном разряде (т.е. каждый день дозаряжали телефон) и в итоге угробила их [3]. В то же время, для ноутбуков достоверно известно, что полные циклы быстрее изнашивают батарею, чем неполные [4]. Ситуация проясняется при детальном рассмотрении устройства Li-ion аккумуляторов (см. доп. материалы). Оказывается, многое зависит от контроллера. Именно он контролирует ток заряда, следит за состоянием батареи и т.д. Так вот, в ноутбуках контроллер расположен в самой батарее и корректируется системными утилитами, например калибровкой. В сотовых телефонах контроллер расположен в самом телефоне и так просто не корректируется. Хоть в литиевых батареях и нет эффекта памяти, но есть так называемый эффект “цифровой памяти” [4]. Дело в том, что электроника управления зарядом-разрядом, размещенная в самой батарее, работает независимо от устройства, батарею использующего. Внутренняя электроника следит за уровнем напряжения элемента, прерывает заряд по достижении установленной максимальной величины (с учетом изменения напряжения, обусловленного током зарядки и температуры батареи), прерывает разряд при достижении критической величины и сообщает об этом “наверх” (для этих целей производится большая номенклатура специализированных микросхем). Система же мониторинга батареи “наверху” вычисляет уровень заряда, основываясь на информации о моментах выключения заряда и разряда от батареи и показаниях системы измерения тока. Но если условия работы таковы, что полной разрядки до аппаратного отключения или полной зарядки не происходит, эти вычисления после нескольких циклов могут стать не вполне корректными – емкость батареи со временем падает, да и показания измерителя тока не всегда могут соответствовать реальности. Обычно отклонения не превышают одного процента на каждый цикл, если только в процессе эксплуатации не произошло серьезных изменений, связанных, к примеру, с выходом из строя одного из элементов батареи. Система мониторинга имеет возможность “обучаться”, то есть пересчитывать значение полной емкости батареи, но для этого нужно выполнить как минимум один полный цикл заряд-разряд до срабатывания аппаратных схем самой батареи. Вот и выходит, что при очень частых циклах контроллер сбивается, а, следовательно, неправильно вычисляет заряд батареи и осуществляет неправильную зарядку, в результате чего батарея портится. В отличие от ноутбука, телефон перекалибровать нельзя. Все, что остается в данном случае, это сделать пару полных циклов, чтобы привести контроллер в порядок. Я рекомендую, в идеале, совмещать полные и неполные циклы, придерживаясь принципа “золотой середины”. Лично я со своим сотовым так и делал – в результате, после 2-х лет эксплуатации падение емкости составило не более 40 %, что является нормой. Отчасти, время тоже не щадит литиевые аккумуляторы – они изнашиваются со временем независимо от эксплуатации; век их недолог и разумно менять аккумуляторы раз в 2-3 года.

Хранение

Если аккумулятор не используется, рекомендуется хранить его при 40 % емкости в прохладном месте. Нижний предел температуры для хранения и эксплуатации – 0⁰ С. Вообще литиевые аккумуляторы любят быть заряженными, т.е. их лучше и хранить и держать в заряженном состоянии, в отличие от никелевых. Но при длительном хранении максимальный заряд все же сильнее изнашивает батарею, поэтому оптимальным состоянием считается 40 % заряда [5].

Реанимация батареи

Вообще, если батарея сдохла, лучше купить новую, это самый логичный вариант, хотя и дорогой. Достоверных рецептов реанимации батарей я не встречал. Тут ходят настоящие легенды, особенно про ноутбуки, что люди реанимировали свой угробленный аккумулятор ноутбука и все у них замечательно. Одна из них звучит так: “Нужно полностью разрядить аккумулятор, оставить ноутбук на неделю; затем полностью зарядить аккумулятор и тоже оставить на неделю; через два месяца емкость должна восстановиться” [3].

Резюме

Для сотовых телефонов: совмещать полные и неполные циклы (в пропорции “ХЗ”).
Для ноутбуков: как можно меньше полных циклов (после тренировки).
Для всех: рекомендуется делать 80%-ные циклы; не допускать полного разряда (ниже 3 %).

Дополнительные материалы:

1. Журнал “Спрос”, № 4/2004, с. 12 (тест пальчиковых аккумуляторов);
2. Batteries: History, Present, and Future of Battery Technology (перевод Дмитрия Чеканова “Элементы питания: прошлое, будущее и настоящее” когда-то был доступен на 3DNews, сейчас найти не смог, видимо стерли, но у меня она валяется, так что, если кому-то понадобится переведенная статья, пишите, вышлю);
3. Правильная эксплуатация аккумуляторных батарей;
4. Lithium inside (Компьютерра);
5. http://www.batteryuniversity.com/