Элементы питания. Прошлое, будущее и настоящее

Ноутбуки

Современные ноутбуки очень противоречивы в требованиях к элементам питания. Во-первых, им нужна максимальная емкость. Во-вторых, ноутбуки требовательны к размерам и весу аккумуляторов. Выполнить всё это разом не является возможным, поэтому, как правило, приходится выбирать компромиссное решение.

Большинство ноутбуков использует один из трех популярных типов подзаряжаемых батареек - никель-кадмиевые, никель-металлгидридные или литий-ионные. Производителей таких аккумуляторов не так и много. При выборе же в основном руководствуются соотношением времени работы и цены. Никель-кадмиевые элементы, как правило, наиболее дешевые, но и энергии они вырабатывают меньше. Литий-ионные батарейки могут работать вдвое дольше, но стоят на 50-75 процентов дороже. Никель-металлгидридные считаются золотой серединой.

Как правило, выбирать приходится из того, что предлагает производитель компьютеров - ведь именно он разрабатывает дизайн отсека для батареек. Производители могут создавать такие отсеки индивидуально для каждой модели ноутбука. Хотя разработка такого персонального отсека имеет свои преимущества - например, такое решение позволяет производителю ноутбука оптимальным образом использовать имеющееся в компьютере место - это сковывает потребителя в выборе батареек. Обычно стоимость таких батареек крайне велика.

Заметьте, большинство ноутбуков использует аккумуляторы стандартных размеров. Производители компьютеров покупают аккумуляторы точно так же, как и вы. Поэтому вы можете открыть батарейный отсек и поменять аккумулятор на новый. Но, как правило, в этом случае вы теряете гарантию как на батарейку, так и на ноутбук.

Уровни продаж наиболее популярных ноутбуков достаточно высоки, так что совместимые источники питания от сторонних производителей также находят свой спрос. Из этого вы можете извлечь свою выгоду. Но учтите, что химические процессы накладывают свои ограничения на зарядные устройства, и если вы захотите использовать более мощные элементы на другой химии, удостоверьтесь, что ваше зарядное устройство сможет подзарядить такие элементы. Не стоит рисковать и ставить в ноутбук элементы питания, не рекомендованные производителем компьютера.

Батарейки материнской платы

Для того чтобы компьютер не забывал время в момент выключения, в большинстве систем имеются маленькие встроенные батарейки. Каждый производитель компьютеров по-своему смотрит на эти батарейки. Наиболее часто используются заменяемые кнопочные элементы, в основе которых - литий, и второй вариант - интегрированные модули со встроенными элементами.

Обычно на материнской плате можно встретить литиевые батарейки. Присмотритесь и заметите крошечные металлические кругляши. В большинстве гнезд батарейки придерживает металлическая защелка, одновременно выступающая в качестве контакта на аноде. Чтобы заменить батарейку, можно высвободить её из гнезда с помощью отвертки. На её место нужно вставить новую, только удостоверьтесь, что она плотно попала на своё место.

Что касается модулей, то чаще всего встречаются интегрированные модули от Dallas Semiconductor. Некоторые производители, чтобы сделать их заменяемыми, устанавливают их в гнезда. Но в большинстве случаев эти модули припаяны к плате. Теоретически, литиевые элементы, используемые в модуле, должны непрерывно проработать в течение десяти лет, и предполагается, что компьютер дольше не живет. Поэтому, теоретически, вам не придется их менять.

Когда такая батарейка садится, компьютер, как правило, сам предложит вам её поменять. Если ваш компьютер регулярно забывает название диска, или каждый раз у вас неправильное время, скорее всего, наступил момент поменять батарейку.

Системы обеспечения бесперебойного питания

Так как вес в таких устройствах роли не играет (в отличие от цены), то чаще всего используются свинцовые аккумуляторы. Чтобы обеспечить максимальное удобство в обслуживании таких устройств, в большинстве систем бесперебойного питания применяется желеобразный электролит.

Зарядные устройства в этих системах достаточно сложны и превосходно выполняют свою работу подзаряжая (свинцовые аккумуляторы от непрерывной подзарядки малым током даже восстанавливаются) и предохраняя их от полного разряда. Лучшие системы бесперебойного питания периодически проверяют аккумуляторы, хватит ли их емкости для обеспечения работы на определенное время.

Если вы пользуетесь источником бесперебойного питания, помните, что срок службы аккумулятора в нем ограничен. Через несколько лет желеобразный электролит уже не сможет обеспечить работы устройства даже на короткое время.

Если не проверять периодически работоспособность аккумулятора, то незаметный выход их из строя может оказаться большим сюрпризом для вас - источник бесперебойного питания проработает не дольше нескольких секунд и тут же выключится. Проблема заключается в том, что элементы с желеобразным электролитом способны удерживать заряд всё время срока службы. Тем не менее, после трёх-пяти лет службы, они могут внезапно дать о себе знать - батарея может выти из строя уже через несколько недель после первого ухудшения. Неделю устройство ещё как-то проработает, а на следующую - откажет.

Заметим, что такие аккумуляторы изнашиваются в независимости от того, активно ими пользовались, или нет. Они портятся даже если их не использовать вовсе. Хотя при повторяющихся сильных нагрузках срок их службы укорачивается быстрее.

Чтобы предотвратить такого рода неприятности, в хороших системах обеспечения бесперебойного питания автоматические механизмы периодически проверяют емкость аккумулятора. Не следует пренебрегать сигналом о неисправности батареи. Следует немедленно её заменить.

Заметим, что основную долю в стоимости таких систем составляет стоимость непосредственно аккумулятора. Если же вы захотите купить аккумулятор, чтобы заменить испортившийся, он обойдётся вам ещё дороже.

В некоторых случаях бывает дешевле купить новую систему бесперебойного питания, чем поменять аккумуляторы в старом - особенно когда эту работу выполняют квалифицированные мастера. В больших и более дорогих устройствах, как правило, предусмотрены детали, облегчающие процесс замены аккумулятора. Например, в некоторых устройствах предусмотрен выдвижной отсек.

Периферийные устройства

В большинстве таких устройств используются батарейки стандартных размеров. Это позволяет вам найти оптимальное с экономической стороны решение.

Отметка "heavy-duty" на углецинковых элементах это не пускание пыли в глаза. Таким способом помечают батарейки, используемые в фонариках и игрушках с моторчиками. В подобных приложениях с высоким потреблением электроэнергии такие элементы по сроку службы значительно превосходят обыкновенные. Когда же потребности в высоких токах не возникает (например, в настенных часах), преимущество таких элементов незначительно. И с экономической точки зрения традиционные элементы могут оказаться значительнее эффективнее. То же самое относится и к элементам с отметкой "super heavy-duty".

Всё вышеизложенное не относится к литиевым элементам. Для устройств, потребляющих высокие токи, лучше использовать совместимые по напряжению (1,5 В) литий-сульфидные элементы. Но в маломощных устройствах, они работают хуже, чем батарейки других типов. Их размеры не отличаются от обычных щелочных элементов. Впрочем, некоторые типы литиевых элементов превосходно работают и в маломощных устройствах, например, в компьютерах используются кнопочные литиевые элементы напряжением в 3 Вольта.

В устройствах, где тип элементов не важен (подзаряжаемый или одноразовый), если устройства должны работать много и долго, лучше использовать подзаряжаемые элементы. Несмотря на то, что они и стоят в 5-10 раз дороже обыкновенных элементов, их можно подзаряжать сотни раз. Хотя в старых подзаряжаемых элементах емкость и меньше, чем в неподзаряжаемых, современные никель-металлгидридные элементы таким недостатком не обладают.

Тем не менее, подзаряжаемые элементы не стоит использовать в маломощных или в редко работающих устройствах. Высокая скорость саморазряда большинства подзаряжаемых элементов делает их малоудобными (скорее всего, вам придется подзаряжать их каждую неделю, в независимости от того, пользовались вы ими, или нет). Редко работающие устройства, например фонарики, требуют элементов, скорость саморазряда которых невысока - чтобы не случилось так, что в нужный момент в аккумуляторах не осталось энергии.

Каждый производитель при производстве элементов проводит свои экспертизы. Отличия в элементах различных марок едва уловимы, но они могут играть важную роль в определенных приложениях. Например, производитель цифровых фотоаппаратов может порекомендовать пользоваться только определенным типом щелочных элементов. Журнал PC Magazine проводил своё исследование работы различных типов щелочных элементов на различных фотоаппаратах. Тесты показали огромную разницу в количестве снимков. Если сомневаетесь, сравните срок службы элементов различных марок в таких устройствах.

Внутреннее сопротивление ограничивает ток, производимый батарейкой. Сопротивление углецинковых элементов сравнительно велико, поэтому эти элементы могут вырабатывать довольно невысокие токи - порядка нескольких сот миллиампер. Свинцовые, никель-кадмиевые, и никель-металлгидридные элементы обладают невысоким внутренним сопротивлением и могут вырабатывать токи огромной величины.

Если замкнуть электроды таких батарей - то предмет, которым вы произведёте это замыкание (провод, полоска металла, монета в кармане), станет нагреваться вследствие своего сопротивления. Например, если замкнуть электроды заряженного автомобильного аккумулятора гаечным ключом, вы можете его расплавить. Если же по неосторожности замкнуть электроды никель-кадмиевого аккумулятора для ноутбука, можно устроить пожар. Будьте осторожны при обращении с аккумуляторами и не замыкайте их.

Практически во всех подзаряжаемых элементах при чрезмерной подзарядке из-за электролиза вырабатывается водород. В герметичных элементах, используемых в современных компьютерах и сотовых телефонах, возможность воспламенения и взрыва водорода сведена к минимуму. Но такой шанс, хотя и небольшой, все ещё есть. Во всех таких аккумуляторах предусмотрены вентиляционные клапаны, которые открываются под сильным давлением, возникающим внутри элемента в результате электролиза. Шанс, что выходящий водород загорится, невелик. Тем менее вероятно, что произойдёт взрыв.

Намного опаснее закупорить эти вентиляционные отверстия - в результате давление внутри элемента будет повышаться, что может привести к взрыву элемента даже без загорания газа. Никогда не затыкайте вентиляционные отверстия в подзаряжаемых элементах.

Обычные элементы, как правило, герметичны. При сильном нагревании используемые внутри материалы могут испортиться и даже закипеть. Внутри элемента может образоваться давление, достаточное для взрыва. При попытке заряда неподзаряжаемого элемента, как и при его сжигании, может случиться взрыв.

Практически во всех батарейках в той или иной степени содержатся вредные вещества. Свинец и кадмий являются токсичными металлами. Литий быстро вступает в химические реакции. Чистый литий, к примеру, может самопроизвольно вступать в реакцию с атмосферным кислородом и самовоспламениться. А при попытке потушить такой огонь, литий может вступать в реакцию и с водой. Хотя ртуть уже не используется в большинстве элементов, даже марганец, применяемый в углецинковых элементах, считается опасным.

Все батарейки, так или иначе, представляют экологическую опасность. Поэтому старайтесь их правильно эксплуатировать. Некоторые производители начинают создавать средства по переработке использованных батареек. Не забывайте об экологии, пользуйтесь теми батарейками, которые можно отдать на вторичную переработку.