Про основні критерії оцінки акумулятора ноутбука

Акумулятори - це одне з основних пристроїв, що відрізняють ноутбук від настільної машини, хоча на роботі ноутбука як такого це не позначається, але все ж хочеться мати працюючу батарею, хоча б для того, що б не вимикаючи ноутбук перейти з кімнати в кухню.

Подивимося, які батареї бувають у принципі:
NICKEL-CADMIUM BATTERY - (або скорочено NiCd) нікель-кадмієві;
NICKEL METAL-HYDRIDE BATTERY - (або скорочено NiMH) нікель-метал гидридные;
LITHIUM ION BATTERY - (або скорочено Li-ion) літій-іонні акумулятори.
Останні найбільш часто зустрічаються, і вважається, що це найкращі акумулятори. Чи Так це?

Технологія виготовлення лужних нікелевих акумуляторів була запропонована в 1899, однак перший NiCd акумулятор з'явився в 1947 році. Свого часу ці акумулятори дійсно були чи не єдиними. Поява нових за електрохімічної системі акумуляторів хоча і призвело до зменшення використання NiCd акумуляторів, однак, виявлення недоліків нових видів акумуляторів призвело до відновлення інтересу до NiCd акумуляторів. NiCd акумулятор подібний до сильного і мовчазної працівнику, який інтенсивно працює і при цьому не приносить великих клопоту. Перше, що впадає в очі - це вага і габарити акумуляторів. NiCd акумулятор - найбільший і самий важкий, він приблизно в два рази товщі і важче, ніж NiMH. Для NiCd акумуляторів шкідливо перебування в зарядному пристрої протягом декількох днів. Фактично, NiCd акумулятори - це єдиний тип акумуляторів, який виконує свої функції краще всього, якщо періодично зазнає повного розряду. Всі інші різновиди акумуляторів електрохімічної системі воліють неглибокий розряд. Отже, для NiCd акумулятори важливий періодичний повний заряд, і якщо він не проводиться, NiCd акумулятори поступово втрачають ефективність-за формування великих кристалів на пластинах елемента, явища, званого ефекту пам'яті.
Поява NiMH обумовлено спробою подолання недоліків нікель-кадмієвих акумуляторів.

Переваги NiMH порівняно з NiCd:

• на 30 - 50 % велика ємність порівняно зі стандартними NiCd акумуляторами;
• менша схильність до ефекту пам'яті, ніж у NiCd. Періодичні цикли відновлення повинні виконуватися рідше;
• менша токсичність. NiMH технологія вважається екологічно чистою.

Недоліки:

• Число циклів: число циклів заряду / розряду для NiMH акумулятори приблизно дорівнює 500.
• Кращий швидше поверхневий, ніж глибокий розряд. Довговічність акумуляторів безпосередньо пов'язана з глибиною розряду.
• Швидкий заряд: NiMH акумулятор порівняно з NiCd виділяє значно більше тепла під час заряду. Крім того, NiMH акумулятор не може заряджатися так швидко, як NiCd; час заряду - зазвичай удвічі більше, ніж у NiCd.
• Саморозряд: І для NiMH і для NiCd акумуляторів характерний прийнятно високий саморозряд. NiCd акумулятор втрачає близько 10 % своєї ємності протягом перших 24 годин, після чого саморозряд укладається приблизно в 10 % на місяць. Саморозряд NiMH акумулятори - в 1,5-2 рази вище, ніж у NiCd.
• Місткість: ємність NiMH акумулятори приблизно на 30 % більше місткості стандартного (не дуже високої ємності) NiCd акумулятора того ж розміру.
• Ціна: ціна NiMH акумулятори приблизно на 30 % вище, ніж NiCd.

У 1970 році з'явилися перші комерційні екземпляри первинних літієвих джерел струму. Спроби розробити акумуляторні літієві джерела струму робилися ще на 80-е роки, але були невдалими з-за неможливості забезпечення прийнятного рівня безпеки при поводженні з ними. В результаті досліджень, проведених у 80-х роках, було встановлено, що в ході заряду і розряду перших літієвих батарей на поверхні літію формуються дендрити. Проростання дендрита до позитивного електрода і виникнення короткого замикання всередині літієвого джерела струму є причиною виходу елемента з ладу. При цьому температура всередині акумулятора може досягати температури плавлення літію. В результаті бурхливого хімічної взаємодії літію з електролітом відбувається вибух. Так, велика кількість літієвих акумуляторів поставлених в Японію в 1991 році, було повернуто виробникам після того, як в результаті вибухів елементів живлення стільникових телефонів, від опіків постраждали кілька людей.

Ще один тип популярних акумуляторів - Літій-Полімерні. Відміну від Li-ion закладено в самій назві і полягає в типі використовуваного електроліту, мається на увазі, що використовується сухий твердий полімерний електроліт, однак на сьогоднішній день технології не дозволяють зробити такий елемент, тому використовується гелеподібний електроліт, і в результаті ми отримуємо деякий гібрид. Такі акумулятори не відносяться ні до чистим li-ion ні до Li-pol, і правильніше було б називати літій-іонними полімерними, однак виробники для просування батарей називають їх літій-полімерними. Що стосується плюсів і мінусів li-pol, то вони точно такі ж як і у li-ion, тому далі ми будемо розглядати li-ion, бо вони найбільш поширені на сьогоднішній день.

До плюсів Li-ion акумулятора можна віднести відсутність ефекту пам'яті. Після досягнення повного заряду не потрібно тонкоструйный заряд, і Li-ion акумулятор може залишатися в зарядному пристрої поки не використовується.

Недолік Li-ion акумулятора в тому, що він схильний до старіння, навіть якщо не експлуатується. Погіршення ємності спостерігається приблизно після одного року, і акумулятор часто відмовляє на другому і третьому році. Тому не рекомендується зберігати Li-ion акумулятори протягом тривалого часу. Максимально насолоджуйтеся ними, поки вони нові. Максимальний термін служби, що заявляється виробниками елементів - становить 5 років. Ставши непридатним до експлуатації, Li-ion акумулятор не може бути відновлений з використанням циклів заряду - розряду, як у випадку з іншими типами акумуляторів. Єдино можливу ремонт це заміна елементів батареї, але і тут є деякі нюанси: ноутбучні літій-іонні батареї реалізуються у вигляді послідовної ланцюжка елементів, а збільшення ємності досягається паралельним з'єднанням ланцюжків. При послідовному з'єднанні акумуляторів виникає небезпека перезаряду найбільш слабких з них, при паралельному - істотною виявляється різниця їх внутрішнього опору: акумулятор з меншим опором буде заряджатися великим струмом. І те й інше катастрофічно негативно позначається на часі служби акумулятора. Всі елементи батареї повинні мати однакові параметри, тому часткова заміна пошкоджених елементів новими, не призведе до очікуваного результату. Елементи повинні бути ще й з однієї партії, елементи з різних партій мають різні параметри.
Згадану вище небезпека перезаряду, означає наступне: перезаряд може призвести до підвищення тиску в елементі і розгерметизації. Тому безпека експлуатації батарей завжди забезпечується системою зовнішньої електронної захисту від перезаряду і переразряда окремих акумуляторів. Вона включає контролери, які вимірюють напруга кожного акумулятора або блоку з паралельно сполучених акумуляторів, і ключ для розмикання електричного ланцюга при досягненні граничних величин напруги. Для контролю температури батареї використовуються термістори.

Ще до недоліків Li-ion акумуляторів можна віднести боязнь сильного розряду (переразряда). Харчується вищезгадана схема захисту безпосередньо від акумуляторів і тому якщо елементи повністю розряджені, схема перестає працювати і заряд елементів не відбувається, крім того глибокий розряд негативно позначається і на внутрішній структурі самих елементів. Вважається, що оптимальним діапазоном для роботи li-ion елементів є 20-100% заряду, вихід нижче 20% призводить до більш швидкого старіння елементів.

Термін служби Li-ion елементів обчислюється не тільки в роках служби, але і в циклах заряду розряду, як правило, до зниження ємності на 20% вони забезпечують 500 - 1000 циклів. Подальша поведінка елементів передбачити досить складно через велику кол-ва елементів в батареї, найчастіше відбувається плавне зниження ємності, іноді стрибкоподібне, тому системою захисту ведеться облік кількості циклів. На старих моделях батарей при досягненні певного значення циклів, система захисту закривала акумулятор, і користуватися ним не представлялося можливим. Можливість закриття батареї при досягненні певного кол-ва циклів залишається і сьогодні, просто к-ть циклів прописаних у батареї досить велика, і старіння елементів, а значить і падіння ємності відбувається раніше. Як правило, значення лічильника можна обнулити, однак не варто забувати, що користуватися таким акумулятором кілька не безпечно, елементи в батареї старіють нерівномірно, а значить, і заряджають і розряджаються теж нерівномірно.

З лічильником пов'язана інша складність, що вважати за цикл заряду-розряду? Повний розряд і повний заряд? Але ж повністю розряджати не рекомендується. А читати чи циклом короткочасне відключення від мережі? Більшість сучасних батарей не заряджаються, якщо заряд в даний момент більше 90-95%, це дозволяє уникнути надмірно високих показників циклів заряд-розряду. Цифра 90%-95% умовна - на деяких ноутбуках її можна відредагувати спеціальними утилітами.

Що стосується умов хранений, то однозначної інформації з цього питання немає, найбільш поширеною є думка, що треба зберігати при заряді в 40% періодично (раз в два-три місяці) дозаряжая до цього значення.

В основному Li-ion акумулятори найкраще функціонують при кімнатній температурі. Робота при підвищеній температурі драматично скорочує термін їх служби.
При низьких температурах, ефективність акумуляторів знижується. Температура мінус 20°C є межею, при якому Li-ion акумулятори припиняють функціонувати.

Отже підведемо підсумки:

1. NiCD:
   Особливості:
   - ефект пам'яті (зниження ємності акумулятора без періодичного повного розряду);
   - велика вага;
   - менша ємність при тих же розмірах (в порівнянні з NiMH-акумуляторами);
   + швидкий заряд (в порівнянні з NiMH-акумуляторами);
   + менший саморозряд (в 1,5-2 рази в порівнянні з NiMH-акумуляторами).
   Умови експлуатації та зберігання:
   - необхідність повного циклу розряду-заряду (щоб уникнути ефекту пам'яті).
   
2. NiMH:
   Особливості:
   - повільний заряд (в порівнянні з NiCd-акумуляторами);
   - більший саморозряд (в 1,5-2 рази в порівнянні з NiCd-акумуляторами);
   - перевага поверхневого повного розряду;
   + велика на 30% ємність при тих же розмірах (в порівнянні з NiCd-акумуляторами);
   + відсутність ефекту пам'яті;
   + менша вага (в порівнянні з NiСd-акумуляторами).
   Умови експлуатації та зберігання:
   - не піддавати глибокого розряду (тримати заряд на рівні мінімум 20%);
   - не залишати на тривале зберігання розряджену батарею.
   - не піддавати впливу температур нижче або рівних -20°C і підвищених температур;
   - зберігати і використовувати при кімнатній температурі.
   
3. Li-Ion:
   Особливості:
   - схильний до старіння навіть якщо не використовується;
   - перевага поверхневого повного розряду;
   + відсутність ефекту пам'яті;
   + невелика вага та виконання в довільному обсязі.
   Умови експлуатації та зберігання:
   - не піддавати глибокого розряду (тримати заряд на рівні мінімум 20%);
   - не залишати на тривале зберігання розряджену батарею.
   - не піддавати впливу температур нижче або рівних -20°C і підвищених температур;
   - зберігати і використовувати при кімнатній температурі і рівні заряду 40% періодично дозаряжая.