Какво трябва да знаем за батериите, за да им осигурим дълъг живот
За да работи дълготрайно и безпроблемно една батерия, трябва да се спазват няколко прости правила. Нека разгледаме предимствата и недостатъците на различните технологии, както и грижите, които трябва да полагаме за тях. Именно благодарение на тези грижи ще можем да се радваме на дълъг и безпроблемен живот и използване на нашите акумулаторни батерии.
В категорията на презареждаемите източници на енергия попадат доста типове батерии, като се започне от автомобилните акумулатори (представляващи просто по-големи батерии) и се стигне до разнообразните изключително миниатюрни батерии тип ААА или дори по-малки. Често експлоатацията на всяка една такава батерия е безпроблемна, но рано или късно идва моментът, в който тя просто достига края на своя живот и трябва да бъде заменена. Съществуват няколко начина тази продължителност на експлоатация да бъде значително увеличена, стига да се спазват няколко важни съвета.
Освен тези съвети дълготрайността на използване на всяка една батерия зависи също така и от правилното й подбиране. Това, което имам предвид, не е поставянето на батерия с максималната възможна мощност, а подбирането на технологично правилната батерия. За да изясня какво точно имам предвид, нека разгледаме различните видове натоварване по време на заряд и разреждане, на които е подложена всяка една батерия по време на използването си.
Връзката капацитет - натоварване
Един не много известен факт е, че повечето видове батерии имат различно поведение в зависимост от това колко са натоварени. Казано по-просто, ако се опитаме да извлечем много бързо максимума от една батерия, ще получим много по-малко, отколкото ако се опитаме да го направим бавно. Вероятно всеки е забелязал, че използването на обикновени цинково-въглеродни батерии за зареждане на светкавицата на дигитален фотоапарат ги изтощава изключително бързо. В същото време използването на алкални аналози позволява доста по-дълга и безпроблемна работа с нея. Това се дължи именно на връзката капацитет - натоварване вследствие на вътрешното съпротивление на елементите на батерията. Конкретно що се отнася до класическите алкални батерии, тази връзка е следната: колкото повече енергия за единица време се опитваме да извлечем от елемента, толкова по-голям процент от нея ще загубим под формата на топлина. Същото важи и за акумулаторните батерии, ето защо производителите се стремят да използват в тях материали с максимално висок коефициент на проводимост.
Тъй като в случая разглеждаме акумулаторните батерии, нека се върнем към тях. Подбирането на подходяща по капацитет батерия означава съобразяването и с дейността, за която тя ще се използва. Обикновено, когато става въпрос за лаптоп, нямаме голям избор, тъй като производителят вече е направил това вместо нас. Когато обаче избираме батерии за своя дигитален фотоапарат, добре е да се съобразим с тези условия. Елементарното купуване на батерии с максималния възможен капацитет не винаги е добра идея, защото след като се изтощят, те се зареждат значително по-дълго време. Само за пример ще посоча два типа батерии – NiMH с капацитет 1600 и 2300mAh. При използване във фотоапарат, без светкавица, в зависимост от самия апарат първите ще издържат около 2/3 от времето, което биха издържали вторите. За сметка на това зареждането на първите батерии ще отнеме 12 часа, докато зареждането със същото зарядно устройство на вторите – 28 часа. В този ред на мисли е добре да се съобразим с това колко често бихме зареждали батериите и какъв капацитет ще е най- удачен за нас.
NiMH срещу Li-Ion/Polymer
Както вече споменахме, Li-Ion батериите навлизат все по-широко в употреба. Това се дължи на няколко основни предимства, които графично са показани на фигурата :
На тази диаграма виждаме графично представени процесите, протичащи в една NiMH батерия с течение на времето. Броят цикли на зареждане на батерията е в пряка зависимост както от нейния капацитет (изразен в проценти от 100%), така и от нивото на саморазреждане (отново в проценти), повишаващо се в хода на употребата й. Логаритмичното повишаване на нивото на саморазреждане става след появата на третата характеристика в схемата – вътрешното съпротивление.То се появява с течение на времето, като към края на живота на батерията достига изключително високи нива и комбинирайки се с повишеното ниво на саморазряд, прави елемента почти неизползваем. Видно е, че след определен момент на батерия с подобна технология не може да се разчита, тъй като постоянното й зареждане става неоправдано от гледна точка на автономността, която тя получава като захранващ източник.
Съвсем по друг начин стоят нещата с Li-Ion/Polymer батериите, където в хода на употребата им нивото на саморазряд не се повишава, а и поначало при тази технология то е наполовина или по- малко, сравнено с нивото при NiMH.
Що се отнася до капацитета на този тип батерии, до края на живота им той намалява изключително малко, допринасяйки за пълноценната им използваемост. Вътрешното съпротивление при Li-Ion/Polymer батериите не се появява в хода на употребата, а е постоянно присъстваща характеристика – въпреки това с течение на времето то не се променя драстично. В крайна сметка става ясно, че при тази технология ограниченото време на живот се обуславя не от това, че батерията след време става неизползваема, а от самите химически процеси в нея, които след определен момент водят до края на живота й. За сметка на по-късия живот обаче Li-Ion/Polymer елементите могат да се използват пълноценно през почти целия си живот, а в допълнение към това са и значително по-леки от NiMH събратята си.
Li-Ion, Li-Polymer и memory ефектът
В последно време широко навлязоха батериите от Li-ion или Li-Polymer тип, които предлагат както по-високо съотношение тегло - енергия, така и липса на т.нар. memory ефект. На практика memory ефектът може да се наблюдава единствено при морално остарелите вече NiCd батерии, при които беше от значение кога батерията се зарежда – при частично или пълно разреждане. В зависимост от това колко често батерията се зарежда след частично изтощаване, в клетките, които не са били използвани (изтощени), протичат химични процеси, които ги правят неизползваеми.
В съвременните NiMH и Li батерии този момент липсва, но се наблюдават редица други ситуации, имащи като краен резултат нещо, силно наподобяващо memory ефекта. Сред най-често срещаните проблеми при тях е понижаването на напрежението на напълно заредена батерия вследствие на често системно презареждане. Това се дължи на факта, че електролитът на батерията образува фини кристали по плочите на катода или анода, ефективно намалявайки тяхната активна повърхност. Макар батерията все още да разполага със същото количество енергия, каквото би имала като нова, за следящата логика (например на мобилния телефон) пониженото напрежение изглежда, сякаш батерията е почти напълно изтощена.
Друг често срещан проблем при акумулаторните батерии е честото стигане до дълбок разряд (deep discharge). Тъй като всяка една акумулаторна батерия е съставена от определен брой клетки с различен капацитет – всяка от тях се нуждае от различно време за отдаване на енергията си. Така при настъпване на deep discharge някои от клетките достигат нулева позиция преди другите и „обръщат поляритета си“. Казано по просто, клетките с все още оставаща енергия в себе си започват да зареждат напълно изтощените. По този начин батерията губи от своя ефективен капацитет и започва редовно да „пада“ по-бързо от очакваното. Заедно с предходния разгледан случай deep discharge е вторият по честота срещан проблем, особено при батериите на мобилни телефони и преносими компютри.
Тук ще направя кратко отклонение, за да разгледам една характерна особеност на Li-Ion/Polymer батериите. Поради технологията на отдаване на енергията в този тип акумулатори пълното им изтощаване ще доведе или до нагряване на елемента до необратимото му унищожаване, или до пожар или експлозия. По тази причина производителите влагат в батериите схема, наблюдаваща нейното напрежение и оставащата в нея енергия. При достигане на ниво, близко до критичния минимум, схемата автоматично изключва батерията, в резултат на което тя изглежда „напълно изтощена“. Ако си спомните миналогодишните проблеми на доста производители на лаптопи с техните батерии, ще откриете, че тази микросхема никак не е маловажна за правилното функциониране на системата.
Що се отнася до най-разпространените в момента батерии – Li-Ion/ Polymer, друга често пренебрегвана тяхна характеристика е стареенето и ограничения брой цикли зареждане/разреждане, който имат. Животът на една батерия от този тип е силно ограничен във времето и правилната й експлоатация зависи от две неща – температура на съхранение и заряд, с който се съхранява. Връзката между тези два параметъра е представена нагледно на фигурата :
Тук можем да видим какъв ще е капацитетът на батерията след определен период от време при различни условия на съхранение, представен в проценти, в сравнение с пълния капацитет при нов продукт. Видно е, че съхраняването на батерия, заредена на около 40% от капацитета си, е много по-щадящо за елементите й в сравнение със съхраняването на заредена на максимума си.
Сред митовете за акумулаторните елементи (обикновено главно за лаптопите) е и един доста разпространен, гласящ следното: „Съхраняването на батерия вместо постоянното и използване в лаптопа удължава нейния живот.“ Това не е така по две причини, първата от които е именно ограниченият живот на химическите елементи в батерията, често пъти възлизащ едва на 2 до 3 години. Казано по-просто – батерията така или иначе ще „умре“, така че по-добре я използвайте, докато можете. По важно- то обаче е, че този тип батерии имат краен брой цикли на зареждане/разряд, при чието достигане те стават неизползваеми. Тези цикли обаче не касаят случаите на частично изтощаване на батерията с последващото й зареждане, а единствено и само случаите на пълното й изтощаване. Ето защо за една Li-Ion/Polymer батерия е много по-щадящо всекидневното й минимално изтощаване и зареждане, отколкото поставянето й в килера за една година, при което тя често пъти бива напълно „изцедена“. Впрочем един важен съвет – ако е възможно, стремете се да избягвате максимално пълното изтощаване на Li-Ion/Polymer батериите. Всеки такъв цикъл намалява значително дълготрайността на този тип батерии, а и за тях не е вредно постоянното дозареждане.
Ако все пак ви се наложи да съхранявате батерията си отделно от лаптопа, имайте предвид следните няколко съвета: никога не оставяйте елемента за съхранение напълно зареден – далеч по-полезно е той да съдържа около 40 до 50% от заряда си. Оптималната температура, при която е добре да се складира батерията, е около нулата, но тъй като това трудно може да се осигури в домашни условия, старайте се поне тя да не превишава 25 градуса по Целзий. Проверявайте нивото на батерията на всеки няколко месеца, а още по-добре – ежемесечно и ако има нужда, дозаредете елемента.
