Аккумуляторы - автономные источники питания для мобильных

Во всех мобильных устройствах, таких как MP3-плеер, цифровой фотоаппарат, мобильный телефон, диктофон и т.д., применяются автономные источники питания в виде батареек или многократно заряжаемых аккумуляторов. Такой источник питания - это, по сути, металлическая банка с химическими элементами (батарея), в которой протекают электрохимические реакции, производящие электроны. Электроны являются носителями электрических зарядов и тока.

Если взять в руки любую батарейку или аккумулятор, то сразу можно увидеть два электрода. Один электрод помечен как "+" (положительный), а другой - "-" (отрицательный). Электроны собираются на отрицательном электроде, и если его соединить проводом с какой-то нагрузкой, которая перемещается между отрицательным и положительным электродами, то электроны будут перемещаться в сторону положительного электрода, создавая электрический ток. Электроды создаются в результате химической реакции. Их скорость создания зависит от внутреннего сопротивления батареи.

Первая батарея была создана Алессандро Вольтой еще в 1800 году. Он собрал пластины из цинка и серебра, переложив их промокательной бумагой, пропитанной кислотой и водой. Эта конструкция была названа гальваническим набором.

Современные автономные источники электропитания используют разнообразные электротехнические схемы. Приведу наиболее распространенные из них:

• щелочная (Alkaline). Электролит - щелочной, а электроды - цинк и окись марганца;
• литиевая (Lithium). Литий используется во вспышках цифровых фотоаппаратов;
• литий-ионная (Lithium-Ion);
• кадмий-никелевая (Nickel-Cadmium). В Ni-Cd-аккумуляторе электроды - окись никеля и кадмия, а электролит - окись калия.

Батареи могут быть соединены как последовательно, для достижения большего напряжения, так и параллельно, чтобы получить больший ток. Например, при параллельном соединении 4 элементов (банок) в аккумуляторе или батареек по 1,5 В. На выходе будут те же 1,5 В, а общий ток будет равен сумме токов каждого элемента питания. При последовательном соединении - общее напряжение на выходе будет равно сумме напряжения каждого элемента, т.е. 6 В.

Емкость - это основной показатель работы автономного источника питания. Она выражается в ампер-часах (А * ч) (миллиампер-часах - мА *ч, или mA * h). Этот показатель показывает, сколько может проработать батарейка или аккумулятор без подзарядки. Например, емкость в 1000 миллиампер-часов может быть исчерпана при токе в 10 мА за 100 часов, а при токе 50 мА за 20 часов.

Рабочая емкость никель-кадмиевых, так и никель-металлогидридных аккумуляторов уменьшается за счет так называемого эффекта памяти. Его суть состоит в том, что аккумулятор отдает только заряд, полученный при крайней подзарядке. Этот эффект развивается при многократной подзарядке недозаряженных батарей.

На сегодняшний день наибольшее распространение получили аккумуляторы 5 различных электрохимических схем:

• никель-кадмиевые (Ni-Cd);
• никель-металлогидридные (Ni-MH);
• литий-ионные (Li-Ion);
• свинцово-кислотные (SLA Sealed -Lead Acid);
• литий-полимерные (Li-Polymer).

Основными свойствами для всех вышеперечисленных источников автономного питания являются не только небольшой объем и масса, но и продолжительное время работы. К основным параметрам аккумулятора относят:

• число циклов заряд/разряд;
• скорость подзарядки и самозарядка;
• энергетическую плотность.

Ni-Cd-аккумуляторы применяются в аппаратуре уже более 50 лет. Они достаточно дешевы. Только Ni-Cd-аккумуляторы могут выдержать длительное нахождение на холоде, практически не разряжаясь. Основной недостаток Ni-Cd - это упомянутый выше эффект памяти. Он проявляется в уменьшении полезной емкости аккумулятора. Хранить Ni-Cd аккумуляторы рекомендуется разряженными, и перед каждой подзарядкой необходимо полностью их разряжать.

Ni-MH-аккумуляторы в данный момент уже полностью сменили Ni-Cd-аккумуляторы. Никель-металлогидридные аккумуляторы отличаются от никель-кадмиевых тем, что у них несколько меньшая склонность к эффекту памяти, при тех же габаритах.

Li-Ion-аккумуляторы были запущены в промышленное производство всего 15 лет назад. Они считаются и по сей день одними из самых перспективных источников автономного электропитания, но их стоимость одна из самых высоких. При одинаковых габаритах литиевые батареи работают втрое дольше по сравнению с Ni-Cd-аккумуляторами и вдвое дольше по сравнению с Ni-MH-аккумуляторами, и у них отсутствует эффект памяти. К недостаткам Li-Ion-аккумуляторов можно отнести наличие эффекта старения (ухудшается емкость, примерно через год использования), они требуют использования исключительно оригинальных ("родных") зарядных устройств.

Li-Polymer-аккумуляторы - одна из последних разработок в литиевой технологии. По конструкции они схожи со своими предшественниками, но используют гелиевый электролит, обладают еще более высокой энергетической плотностью (до 160 Вт * ч/кг) и малым током разряда, а количество циклов "заряд/разряд" достигает 1000. Они компактные и очень легкие.

SLA-аккумуляторы - самые дешевые источники многократного использования. Они характеризуются относительно невысокой энергетической плотностью (30 Вт * ч/кг). Они относительно тяжелые, но имеющие большую мощность.

В процессе работы аккумуляторов, следует придерживаться определенных правил эксплуатации.

1. Новые аккумуляторы, как правило, поставляются в разряженном состоянии, поэтому их следует перед использованием полностью зарядить.
2. Чтобы продлить срок службы Ni-Cd и Ni-MH-аккумуляторов, их необходимо полностью разряжать перед постановкой на зарядку.
3. Не следует оставлять аккумулятор в теплых или холодных местах. Сильно переохлажденный аккумулятор может временно не работать, даже если он полностью заряжен. Предельные температуры для Ni-Cd и Ni-MH аккумуляторов от -20 до +45 градусов Цельсия. Для Li-Ion - от 0 - до +45 градусов Цельсия.
4. Не рекомендуется заряжать холодный или теплый аккумулятор: рекомендуемая температура 15-25 градусов Цельсия.
5. Желательно использовать зарядное устройство из комплекта поставки вашего устройства.