При покупке цифровой камеры, плеера или другого портативного прибора немаловажным
критерием выбора зачастую становится независимое питание устройства. Мы настолько привыкли использовать в быту химические источники тока, или, проще говоря, батарейки, что почти не обращаем на это внимания...
Рядовому потребителю зачастую совершенно безразлично, какие источники питания использует то или иное устройство, будь то плеер, фонарик или фотоаппарат.
Раньше батарейки и аккумуляторы были мало похожи друг на друга по внешнему виду. Но современные аккумуляторы типа AAA и батарейки можно различить только по маркировке, нанесенной на корпус аккумулятора. Маркировка необходима для правильного выбора питающего элемента.Современные мобильные устройства, как правило, не так критичны к типу питающих элементов, но в каждом правиле есть свои исключения! Появление переносной аудио-, видео- и другой аппаратуры потребовало увеличения энергоемкости питающих элементов, их надежности и долговечности.
В том случае, когда потребляемая мощность относительно велика, используются аккумуляторы, в основном кислотные, а также Ni-MH и Ni-Cd. Они применяются в ноутбуках, КПК, телефонах, цифровых фотоаппаратах, а также в системах аварийного освещения и еще во многих других энергоемких устройствах. Сейчас в магазинах и ларьках можно встретить великое множество аккумуляторов различного типоразмера и емкости, продаваемых под десятком торговых марок.
БАТАРЕЙКИ И ВСЕ-ВСЕ-ВСЕ
Перед тем как начать разговор об аккумуляторах, стоит сказать несколько слов о гальванических источниках тока одноразового действия, или, проще говоря, батарейках. По сути дела, батарейка — это контейнер, который может быть фактически любого вида и содержать электролит, абсорбируемый активным материалом сепаратора, и электроды (анод и катод), поэтому они называются «сухими» элементами. Этот термин употребляется применительно ко всем элементам, не содержащим жидкого электролита. Они применяются при малых токах и прерывистых режимах работы, а значит, отлично подходят для многих носимых устройств.
Существует несколько типов батареек: угольно-цинковые (самые распространенные), щелочные, ртутные, литиевые. Но не будем подробно останавливаться на каждом типе, так как на сегодняшний день гораздо удобнее и практичнее использовать аккумуляторы и аккумуляторные батареи.
Аккумуляторы — это фактически те же самые батарейки, только многоразового действия. Они состоят из двух электродов (положительного и отрицательного), электролита и корпуса. Основное отличие от батареек заключается в том, что аккумулятор может накапливать энергию как результат химической реакции окисления-восстановления электродов. При разряде аккумулятора происходят обратные процессы. Напряжение аккумулятора — это разность потенциалов между полюсами аккумулятора при фиксированной нагрузке. Для получения достаточно больших значений напряжений или заряда отдельные аккумуляторы соединяются между собой последовательно или параллельно в батареи.
Количество аккумуляторов, из которых состоит батарея при последовательном соединении, можно определить по несложной формуле N=Uп/Uа, где N — число аккумуляторных батарей, Uп — напряжение питания потребителя, Uа — напряжение одного полностью заряженного аккумулятора. Существует ряд общепринятых напряжений для аккумуляторных батарей: 2, 4, 6, 12, 24 В. Необходимое значение определяется тем устройством, для питания которого он предназначен. Если нужное напряжение не обеспечивается одним элементом, то аккумулятор собирается из нескольких, соединенных последовательно. Напряжение аккумулятора в процессе работы непостоянно, оно максимально сразу после окончания заряда, но в процессе хранения или работы уменьшается.
ВАЖНЫЕ ОСОБЕННОСТИ
Аккумулятор, как и любой другой электрический прибор, характеризуется несколькими основными параметрами: типом электрохимической системы, напряжением, электрической емкостью, внутренним сопротивлением, током саморазряда и сроком службы. Причем в зависимости от сферы применения важность параметров может меняться. Однако при неправильной оценке, игнорировании какого-либо параметра или преувеличении важности одного из них (как правило, емкости) можно оказаться в неприятной ситуации, когда снимать еще нужно долго, а заряд аккумуляторов уже на исходе.
Так что при выборе элементов питания нужно стараться получить максимально полную информацию о том типе аккумуляторов, которые планируется использовать. Номинальная электрическая емкость — это то количество энергии, которым аккумулятор теоретически должен обладать в заряженном состоянии. Данный параметр аналогичен емкости какого-либо сосуда, в конкретный аккумулятор можно «залить» лишь определенную дозу энергии.
Видимо, поэтому во многих устройствах со встроенными аккумуляторными батареями процесс заряда обозначается символом, напоминающим наполнение сосуда жидкостью. Определяется эта емкость не в момент зарядки, а при обратном процессе — разряде постоянным током в течение измеряемого промежутка времени до момента достижения заданного конечного напряжения. Отдаваемая емкость — это то максимальное количество электроэнергии, которого аккумулятор лишается при разряде до конечного напряжения.
Измеряется емкость в кулонах, ампер-часах (1 Ач = 3600 Кл) или миллиампер-часах (мАч). В условном обозначении типа аккумулятора приводится номинальная емкость, то есть емкость при нормальных условиях разряда (при разряде номинальным током при температуре 20°С). Реальное значение емкости нового аккумулятора на момент ввода его в эксплуатацию колеблется от 80 до 110% от номинального значения и зависит от фирмы-изготовителя, условий, срока хранения и технологии ввода в эксплуатацию.
Теоретически аккумулятор, например, номинальной емкостью 1000 мАч может отдавать ток 1000 мА в течение одного часа, 100 мА в течение 10 часов или 10 мА в течение 100 часов при условии эксплуатации в идеальных условиях. Однако в процессе работы емкость аккумулятора уменьшается со скоростью, напрямую зависящей от типа электрохимической системы, технологии обслуживания, используемых зарядных устройств, срока эксплуатации.
Внутреннее сопротивление аккумулятора 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, а значит, и большую пиковую мощность. В то время как высокое значение сопротивления приводит к резкому уменьшению напряжения на выводах аккумулятора при внезапном увеличении тока нагрузки. Такое уменьшение напряжения характеризует, казалось бы, неплохой аккумулятор не с лучшей стороны, потому что запасенная энергия не может быть полностью выдана в нагрузку. Внутреннее сопротивление аккумулятора также зависит от типа его электрохимической системы, емкости, числа элементов, соединенных последовательно, и возрастает к концу срока эксплуатации.
Еще одна немаловажная характеристика — 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 обычно используют величину потерянной аккумулятором 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 Ni-Cd-аккумуляторов считается допустимым саморазряд до 10% в течение первых 24 ч после окончания заряда, для Ni-MH-моделей — немного больше, а для Li-Ion он очень мал и оценивается за период в один месяц. Саморазряд аккумуляторов максимален именно в первые 24 ч после заряда, а затем значительно уменьшается. При этом саморазряд резко увеличивается при повышении окружающей температуры, повреждении внутреннего сепаратора аккумулятора из-за неправильного обслуживания или вследствие процесса старения.
Аккумулятор, как правило, считается вышедшим из строя после уменьшения его емкости ниже 80% от номинального значения. Впрочем, всегда есть возможность восстановить, например, Ni-MH-аккумулятор несколькими чередующимися циклами полного заряда и разряда, причем некоторые устройства умеют проводить эту тренировку в автоматическом режиме.
Если вы собираетесь возвращать к жизни аккумуляторы не в момент их полного разряда, а по обстоятельствам, лучше всего иметь именно такое зарядное устройство и раз в квартал проводить «тренировку» аккумуляторов. В любом случае, если емкость аккумулятора после многократной «тренировки» не восстанавливается, значит, цикл его жизни закончился и самое время купить новый.
НА ЗАРЯДКУ СТАНОВИСЬ!
Огромное влияние на продолжительность жизни аккумуляторов оказывает зарядное устройство, его качество и режимы работы. Заряд аккумулятора происходит, если к нему приложен потенциал, превышающий его напряжение. Ток заряда аккумулятора пропорционален разности приложенного напряжения и напряжения холостого хода.
Скорость заряда аккумулятора может быть определена по очень простой схеме: если емкость аккумулятора С заряжается за время t, то скорость заряда определяется отношением С/t. Так, если аккумулятор заряжается за 5 ч, то говорят, что он имеет цикл 5 ч. В зависимости от области применения аккумуляторы можно заряжать различными способами. При быстром заряде требуется от 4 до 6 ч, в то время как продолжительность разряда в штатном режиме варьируется от 10 до 15 ч.
На практике чаще всего используется быстрый заряд аккумулятора (до 90% емкости) с последующим автоматическим переключением на меньшую скорость заряда (до полной емкости). Широко распространенный метод питания Ni-MH-аккумуляторов заключается в том, что зарядное устройство обладает логикой для определения скорости прироста заряда. В процессе зарядки типичного аккумулятора напряжение растет равномерно, а при достижении полного заряда скорость прироста напряжения резко падает и даже может стать отрицательной, вне зависимости от начального уровня заряда батареи и каких-то других факторов.
Именно этот момент отслеживают «интеллектуальные» зарядные устройства с маркировкой «процессорный контроль зарядки». При выборе зарядного устройства нужно обращать внимание на количество каналов одновременного заряда. Все вышесказанное о процессорном контроле справедливо в том случае, когда это касается заряда каждого аккумулятора. Типичные зарядные устройства обладают одним, двумя или четырьмя каналами заряда под соответствующее число независимых процессов заряда. Когда требуется восполнить энергию в двух аккумуляторах одновременно, стоит присмотреться к 2-канальным зарядным устройствам, если четыре — лучше не скупиться и потратиться на полноценное 4-канальное зарядное устройство, ведь в итоге удастся сэкономить довольно много времени. Различное время заряда аккумуляторов будет отражено соответствующими индикаторами каждого канала. Количество каналов обычно указано в инструкции, но косвенно об этом можно судить также по количеству светодиодов на зарядном устройстве.
В любом случае стоит воздерживаться от установки в один канал аккумуляторов разных типов и разной степени разряженности. Наряду с процессорным контролем желательно, чтобы зарядное устройство имело встроенный термодатчик и таймер. Температурный контроль продублирует процессор в случае сбоя его работы и остановит зарядку при достижении полной емкости и росте температуры аккумулятора.
Есть некоторые серии зарядных устройств (GP PowerBank U-Smart, U-Smart 2, U-Smart 3 или GP Travel), которые в состоянии самостоятельно выявить бракованный или по врежденный аккумулятор. Еще лучше, когда зарядное устройство, ко всему прочему, обладает двумя и более режимами заряда. Если вы не торопитесь, можно выбрать медленный режим с малым током зарядки.
Кроме того, нельзя не упомянуть о весьма интересном зарядном устройстве производства фирмы Vegavolt — это универсальная интеллектуальная модель, которая позволит вам вернуть к жизни самые разные устройства, начиная от телефона и заканчивая цифровой фотокамерой. Диапазон выходных напряжений — от 3,6 до 12 В, при силе тока до 1 А. При этом габариты устройства позволяют ему свободно уместиться в кармане. А вес — всего 120 г.
Целую серию необычных зарядных устройств предлагает фирма Acme Power — эти весьма компактные модели используют солнечные батареи. Такое устройство позволит вам обрести настоящую мобильность и независимость от электросети (конечно, при условии солнечной погоды). Кроме функции подзарядки они обладают встроенными батареями, позволяющими наполнить энергией даже полностью севший МР3-плеер!
Выбор аккумуляторов и подходящего для них зарядного устройства — процесс не менее ответственный, чем покупка непосредственно техники, работающей с этими аккумуляторами.
С точки зрения экономии, если сверхбыстрый заряд не требуется, порой выгоднее приобрести не самое дорогое зарядное устройство, пренебрегая опасностью небольшого перезаряда, а оставшиеся деньги потратить на еще один комплект аккумуляторов.
В случае работы аккумуляторов в составе профессионального оборудования, там, где на первый план выходит надежность, лучше всего купить универсальную модель.
Затраты на «интеллектуальное» зарядное устройство, которое способно «пережить» не одно поколение аккумуляторов, окупятся в любом случае.