Компьютерра - Журнал "Компьютерра" №722

Li-Ion отличаются большой энергоемкостью (110–160 Втч/кГ) и малым саморазрядом - менее 10% за месяц, причем около трети этой величины обусловлено потреблением встроенных схем защиты. Схемы защиты нужны потому, что эти аккумуляторы совершенно не выносят перезаряда и при нарушении режима взрываются без предупреждения. В 2006 году нашумела история с Sony (которая производит до 90% всех Li-Ion в мире), умудрившейся подставить немало компьютерных брэндов, от Apple до Acer, выпустив на рынок почти 10 млн. батарей, склонных к самовозгоранию.

Li-Ion также плохо относятся к низким температурам. Все эти качества и обусловили область применения литийионных аккумуляторов - для мобильных устройств с собственным зарядным устройством (сотовые телефоны, ноутбуки и пр.). Правда, есть сведения, что несмотря на низкую перегрузочную способность, изготовители электромобилей тоже нацелились на этот тип батарей.

Литий-полимерные (Li-Pol) аккумуляторы - разновидность Li-Ion, которая отличается в худшую сторону тем, что совершенно не выносит низких температур (ниже 0 градусов отказываются работать) и имеет меньшую долговечность (100–200 циклов заряд-разряд). Зато у них "твердый" электролит, похожий на пластиковую пленку, что позволяет делать батареи очень тонкими (до 1 мм), гибкими и даже произвольной формы.

Недавно проскочила новость, которая может радикально изменить ситуацию в области мобильных устройств, - группа ученых из Стэнфордского университета изобрела способ изготовления Li-Ion-элементов с использованием кремниевых нанотрубок, который якобы позволит повысить их емкость в десять раз (!) без ущерба для долговечности. Конечно, очень приятно иметь ноутбук, работающий в автономном режиме не три-четыре часа, а тридцатьсорок. О том, действительно ли эта технология осуществима, или это очередной пиар с целью выбивания грантов, мы узнаем в ближайшие несколько лет.

Под конец добавим еще пару слов о взаимоотношениях аккумуляторов и обычных одноразовых "батареек". Одноразовые и многоразовые электрохимические источники имеют не во всем пересекающиеся области применения. Если в малопотребляющих устройствах долговременного хранения имеет смысл использовать именно батарейки, то аккумуляторы для того же телевизионного пульта решительно не подойдут, разве что на пару недель на подмену, если лень сразу дойти до универсама.

Аккумуляторы, как мы знаем, к хранению относятся плохо: уже через год заряженный NiMh-аккумулятор может потерять до 80% запасенной энергии, а лучшие щелочные (alkaline) батареи могут без проблем храниться лет семь-восемь (а на деле и существенно дольше).

Большинство стандартных типоразмеров батареек имеют свои эквиваленты в виде аккумуляторов. Чтобы не перепутать, ищите на аккумуляторах надпись "Rechargeable" ("перезаряжаемые") - иногда она делается довольно маленькими буковками. В пальчиковых аккумуляторах на тип обращать внимания особенно ни к чему: на практике вы встретите только NiMh.

При покупке таких устройств, как цифровые камеры или GPS-навигаторы, использующих стандартные пальчиковые элементы питания (а не проприетарные батареи), обязательно купите и аккумуляторы. Одними батарейками вы не обойдетесь! Комплект пальчиковых аккумуляторов окупает себя уже после четырех-пяти перезарядок (посчитайте сами, с учетом того, что батарейки требуются непременно "алкалайновые", то есть более дорогие), а дальше начинается чистая прибыль, да и неудобно таскать с собой запасные килограммы щелочи, цинка и марганца.

Единственное возможное исключение - приборы, которые отличаются экстремально большими пиковыми нагрузками, при одновременном ограничении на величину напряжения: у пальчиковых аккумуляторов напряжение на 0,2–0,3 В ниже, чем у батареек. Так, некоторые дешевые фотовспышки с аккумуляторами не отрабатывают и половины того, на что способны со щелочными батарейками.

Опыт показывает, что в единицах энергии путаются даже опытные железячники. Потому стоит сказать несколько слов в порядке ликбеза. Для начала нужно твердо вызубрить, что мощность есть количество энергии в единицу времени. Если энергию измерять в джоулях (Дж), то мощность получится в джоулях в секунду (Дж/с), каковая величина получила отдельное название ватт (Вт или W [По фамилии изобретателя паровой машины Уатта. В русском языке "W" в начале фамилии может передаваться и как "У", и как "В": доктор Ватсон, но первооткрыватель ДНК Уотсон (и тот и другой - Watson)]). Разницу между энергией и мощностью легко проиллюстрировать на примере фотовспышки, которая развивает мощность до нескольких киловатт, но всего на 1/1000 долю секунды. Итого, энергия затрачивается при этом мизерная, эквивалентная той, что выделяется при горении всего лишь одного (не поверите!) миллиграмма бензина.

Уяснив, таким образом, понятие мощности, можно перейти к основным способам измерения электрических параметров источников питания. Так, надпись на компьютерном блоке "350 W" означает его мощность, то есть что он может питать нагрузку такой (или меньшей) мощности. Здесь все просто и очевидно. Куда сложнее обстоит дело с автономными (читай - электрохимическими) источниками. Для них важна не столько мощность, сколько общее количество запасенной энергии, которое определяет продолжительность работы девайса. Эту энергию можно расходовать по крупицам (в наручных часах с ЖК-дисплеем) или расточительно (на цветной TFT-экран какого-нибудь смартфона), но меняется только время работы, а количество израсходованной энергии остается постоянным.

Считать энергию можно, разумеется, в официальных джоулях, но на практике это неудобно. Удобно считать, например, в ватт-часах - подчеркиваю, что это не ватты в час, то есть не дробь, а именно ватт-часы, то есть произведение энергии на время. Это следует из определения мощности - если ее умножить на единицу времени, то получим опять энергию. Емкость в 50 Втч означает, что нагрузка в 50 Вт будет работать ровно 1 час, или нагрузка в 10 Вт будет работать 5 часов. В ватт-часах принято считать емкость, например, аккумуляторов для ноутбуков. Кстати, и в быту электроэнергию измеряют в тех же величинах - вы платите за израсходованные киловатт-часы.

Для батареек и пальчиковых аккумуляторов все еще хитрее. Их емкость принято считать в миллиампер-часах (мАч). Откуда взялась эта единица и как она связана с энергией? Самым непосредственным образом: еще Джоуль установил, что мощность в электрических цепях есть произведение тока на напряжение, то есть амперов на вольты, которые в случае постоянного тока дадут те же ватты (с переменным током немного сложнее, но сейчас нас это не интересует). И если мы поделим ватт-часы на вольты номинального напряжения источника (каковые для батареек есть, грубо говоря, величи- на постоянная и равная примерно 1,5 В), то получим ампер-часы. Измеренная в них емкость источника более-менее пропорциональна истинной емкости в единицах энергии. Таким образом, аккумулятор на 2000 мАч может отдавать ток 2000 мА (2 А) в течение часа, что эквивалентно емкости приблизительно в 3 Втч.

Предупреждаю законный вопрос: а к чему весь этот разнобой? Ответ элементарный: миллиамперы куда проще измерять, чем ватты, которые нужно еще рассчитывать. Возьмите тестер, включите его на измерение тока и замкните через него батарейку на лампочку от карманного фонарика. Отметив средний потребляемый ток в миллиамперах и умножив его на время в часах, через которое лампочка погасла, вы и получите емкость батарейки в мАч (при данном характере нагрузки - чем выше ток, тем больше потери внутри элемента и, соответственно, тем меньше его видимая емкость). Правда, для одноразовых батареек такой способ напоминает известный анекдот про то, как Василий Иванович проверял спички, но ведь достаточно испытать одну батарейку для каждой их разновидности - отличаться результаты практически не будут, куда больше повлияют условия проведения опыта: мощность нагрузки и температура окружающей среды. Величина мАч получила практическое распространение не только ввиду простоты измерения, но и еще по одной причине: разработчика электронных приборов ватты не интересуют (это пусть у маркетологов голова болит), зато он всегда точно знает потребляемый тем или иным узлом ток. И рассчитать время работы оказывается гораздо проще.

1 Правильнее, конечно, называть и те и другие электрохимическими элементами (первые - перезаряжаемые, вторые - одноразовые). Слово "батарея", вообще говоря, относится к случаю, когда несколько таких элементов соединены вместе

Свежая струя

Авторы: Михаил Карпов, Салтыков Павел

Что вы обычно делаете в самолете или поезде?