Как правильно заряжать литий-ионный аккумулятор телефона, ноутбука и других устройств
Как продлить жизнь аккумулятора?

Предисловие.

Вопрос, как правильно заряжать литий-ионные аккумуляторы (и, соответственно, телефоны, планшеты, фотоаппараты и другие мобильные устройства), стал крайне актуальным в наши дни.

Это и понятно: от этого зависит и время работы устройства от одной зарядки, и, зачастую, срок жизни всего устройства в целом (если аккумулятор - несъёмный).

 И, хотя общее управление процессом зарядки осуществляют контроллеры, встроенные либо в "зарядку", либо в заряжаемое устройство, от пользователя тоже кое-что зависит. Правильно заряжая (и расходуя) аккумулятор, пользователь может существенно продлить время его здоровой и счастливой жизни.

 Сначала - небольшой научный  экскурс, каково номинальное напряжение литий-ионных аккумуляторов, и как измеряется в мобильных устройствах процент их заряда.
 

Глава 1. Теория вопроса. Пределы заряда и разряда литий-ионных (Li-ion) аккумуляторов. Что и как показывают индикаторы заряда?

 Стандартный одиночный литий-ионный (или литий-полимерный, Li-pol) аккумулятор (ячейка) имеет номинальное напряжение около 3.7 Вольт с разбросом в пределах 3.6 - 3.8 Вольт.

Данный номинал напряжения примерно соответствует зарядке на 50%. Свежезаряженный аккумулятор обычно имеет напряжение около 4.2 В; а за полностью разряженный принимается аккумулятор с напряжением 3.0 - 3.2 В.

На самом деле, аккумулятор можно разрядить и ниже 3 Вольт, но это уже опасно для его жизни и здоровья.

То же самое касается и заряда: выше 4.2 Вольт тоже зарядить можно, но это тоже опасно; причём уже не только для аккумулятора, но и для окружающих людей (аккумулятор при сильной перезарядке может стать огне- и взрывоопасным предметом).

 В наиболее типовом случае рабочая область напряжений литий-ионного аккумулятора в процессе работы составляет от 3.2 до 4.2 Вольт (нижнее значение менее 3 В используется редко).

 В устройствах с литий-ионными аккумуляторами при индикации уровня заряда за ноль принимают нижний порог напряжения (т.е. 3.2 В, а не ноль(!) Вольт); а верхний порог (4.2 В) принимается за 100%; промежуточные значения линейно аппроксимируются.

Смартфоны показывают уровень заряда аккумулятора в виде столбика, часто сопровождаемого цифрами процента заряда.

Многие смартфоны также рисуют и графики разряда и последующего заряда аккумулятора. "Правильный" график под равномерной тестовой нагрузкой выглядит так (взят из обзора Asus Zenfone 3 Zoom):

Здесь всё правильно и красиво: линейный спад заряда и последующее линейное нарастание с небольшим замедлением к концу процесса (уровни 4.2 V и 3.2 V проставлены автором статьи).

В некоторых смартфонах аппроксимация не столь точная, тогда там получаются вогнутые или выпуклые кривые (пример взят из обзора BQ-6001L Jumbo):

Для таких смартфонов пользователю уже надо учитывать, что к концу разряда проценты падают быстрее, и выключение телефона может наступить раньше, чем думает пользователь. :)

Бывают и совсем "кривые" случаи, когда кривая расхода может падать в конце почти мгновенно процентов на 20 (смартфон Zopo Hero 1):

Здесь пользователь уже сразу должен от показаний индикатора заряда отнимать эти 20%, чтобы не остаться неожиданно без связи. Кстати, кривая заряда тоже имеет аналогичный скачок, но вверх (в конце заряда).

Вред излишнего заряда литий-ионных аккумуляторов хорошо показан на следующем графике (взят из этой статьи):

Здесь хорошо видно, что при заряде свыше 4.2 Вольт количество возможных циклов заряда/разряда резко падает.

Для многоэлементных аккумуляторных батарей с последовательным соединением ячеек всё сказанное выше тоже действительно, но с умножением напряжения на количество последовательно подключенных ячеек.
 

Глава 2. Вредные факторы, влияющие на срок службы литий-ионных аккумуляторов и способы борьбы с ними

Самое главное для продления жизни аккумуляторов - не делать того, что они "не любят". А не любят они пять вещей: перегрев, переохлаждение, перезаряд, переразряд и превышение допустимого тока заряда/разряда.

 Сначала разберёмся с наиболее "простыми" случаями.

 1. Самый простой случай - это переразряд, поскольку в жизни с этим случаем встретиться крайне сложно.

Контроллеры питания, встроенные  в мобильных устройствах, очень чётко предотвращают переразряд. Как правило, при падении напряжения ниже 3.0 - 3.2 В на ячейку аккумулятора, они мобильное устройство просто-напросто отключают.

 Но пользователю, конечно, лучше не доводить мобильное устройство до такого состояния, и вовремя его подзарядить. Это тоже поможет "долголетию" аккумулятора!

2. Следующая ситуация, с которой по жизни трудно столкнуться, это - перезаряд. Здесь тоже срабатывает контроллер аккумулятора, не давая напряжению на аккумуляторе подняться выше предельно-допустимого.

Но бывают в этом отношении и неприятные исключения. Обычно они встречаются в тех случаях, когда, согласно конструкции изделия, аккумулятор для зарядки нужно отключить от устройства, с которым он работает, и "автономно" подключить к зарядному устройству.

Такой способ зарядки означает, что контроллер аккумулятора находится в зарядном устройстве, а они, в свою очередь, иногда имеют "неполноценную" конструкцию с завышенным напряжением на выходе.

В этом случае крайне желательно проверить напряжение на выходе "зарядки" на холостом ходу. Если оно превышает 4.3 В, то использование такой зарядки будет вредным для аккумулятора.

 Что касается в целом вопроса, до какого уровня лучше заряжать аккумулятор, то лучше его немного недозаряжать, остановившись на уровне 90-95% (хотя особой критичности этого фактора нет). В некоторых марках телефонов (напр., Sony) в процессе заряда индикаторный светодиод переключается с красного на зелёный не при 100%, а при 90%. Такие телефоны после переключения цвета на зелёный можно отключать от зарядки, не дожидаясь уровня заряда в 100%.

Остальные "вредные" ситуации - более "жизненны" и реально могут встретиться.

3. Переохлаждение - частая ситуация, но, к счастью, не выводящая аккумулятор из строя "навсегда".

Наиболее критичным является охлаждение аккумулятора ниже нуля градусов (по Цельсию).

В этом случае падает одновременно и напряжение на аккумуляторе, и его ёмкость. Многие устройства автоматически отключаются.

Но эти неприятности - не навсегда. После прогрева аккумулятора до нормальной температуры все его свойства восстанавливаются; и даже возвращается куда-то исчезнувший было заряд.

 Избежать переохлаждения можно естественными способами. Малогабаритные устройства (телефоны и т.п.) - держать в карманах "ближе к телу"; крупногабаритные (ноутбуки и т.п.) - обернуть на время транспортировки теплоизолирующим материалом.

4. Более серьёзная и опасная проблема - перегрев.

Перегрев может возникать как из-за высокой температуры окружающей среды, так и из-за нагрева самого устройства в процессе работы; или и то, и другое одновременно. Кроме того, аккумулятор нагревается и в процессе его зарядки.

 Нагрев аккумулятора свыше 40 градусов - не желателен, а свыше 60 градусов - опасен. И, в любом случае, такой нагрев сокращает срок жизни аккумулятора; независимо от того, работает ли аккумулятор на нагрузку, или просто "лежит".

В деле спасения аккумулятора от перегрева есть много как очевидных способов, так и "тонкостей".

Краткий список способов уменьшения нагрева:

- не класть устройство (например, телефон) на освещенное прямыми солнечными лучами место;

- не класть рядом с нагревательными приборами, а также на любые тёплые предметы (например, на компьютер);

- не класть в места с затруднённой вентиляцией;

- не заряжать сильным током ("тонкости " этого вопроса будут рассмотрены чуть далее).

Кроме того, при высокой вычислительной нагрузке (например, в играх) благоразумным будет извлечь телефон из чехла (обложки), поскольку чехол затрудняет теплоотвод.
 

Для производительных ноутбуков при интенсивной нагрузке есть смысл использовать охлаждающие подставки.

5. Переходим к разбору следующего "вредного" пункта - зарядке аккумулятора слишком высоким током.

Хотя, как уже говорилось выше, процесс заряда контролируется соответствующим контроллером, пользователь тоже имеет возможность повлиять на течение этого процесса.

Снижение тока заряда одновременно и уменьшит нагрев аккумулятора, и более равномерно будет воздействовать на разные участки рабочего вещества аккумулятора.

Сама возможность превышения допустимого тока часто возникает из-за упрощенной работы контроллера, не слишком точно настроенного под применённый аккумулятор. Также некоторое значение может иметь и разброс выходного напряжения зарядного устройства (обычно +/- 5%).

Очень сильное значение может иметь длина и толщина жил соединительного кабеля между зарядным устройством и аккумулятором. И не всегда чем кабель лучше - тем лучше. :)

Снизить ток заряда можно, по существу, двумя способами: использованием более длинного или более тонкого кабеля; а также применением вместо зарядного устройства с "быстрой зарядкой" обыкновенного зарядного устройства.

В некоторых статьях рекомендуют с этой же целью применять зарядное устройство с меньшим выходным током. Это, уважаемые читатели, бред! Дело в том, что обозначенные на зарядных устройствах напряжение и ток на выходе имеют разный смысл.

Для напряжения указано номинальное значение; а для тока - предельно-допустимое значение. Применив более слабое по выходному току ЗУ, чем того требуют спецификации заряжаемого устройства, пользователь нарушит допустимый режим по току, и ничего хорошего из этого не выйдет (последствия зависят от наличия схемы защиты от перегрузки и качества её работы).

Для смартфонов и других устройств с поддержкой быстрой зарядки (QC) не следует сочетать удлинение кабеля с зарядкой от "обычного" зарядного устройства. Дело в том, что смартфоны с поддержкой "быстрой зарядки" - слишком "умные" и проверяют качество зарядного устройства перед собственно зарядкой. Из-за этого они могут принять зарядное устройство с удлинением кабеля за недостаточно мощное и могут совсем отказаться заряжаться. Пример такой ситуации описан в обзоре маломощной солнечной панели.
 

Вернёмся к вопросу о применении более длинного кабеля для снижения тока заряда.

В наиболее распространённом случае, когда зарядное устройство для телефона имеет стандартный USB-выход на 5 Вольт, этот вопрос решается легко: достаточно приобрести USB-удлинитель на 1-3 метра и дополнительно его подключить между ЗУ и штатным зарядным кабелем телефона.

Применять эту хитрость смысл есть в том случае, когда зарядка телефона осуществляется в "неспешном" порядке (например, так можно оставить заряжаться на ночь).

Если же стоит обратная задача - зарядить телефон как можно больше за ограниченное время, то, наоборот, надо воспользоваться как можно более коротким кабелем. Например, можно использовать штатный кабель от какого-либо повербанка (power bank): они там имеют длину 15-30 см.

В случаях, когда Вы являетесь владельцем телефона с "быстрой зарядкой", можно продлить жизнь аккумулятора, отказавшись от её использования в "неспешных" случаях. Для этого достаточно использовать вместо ЗУ с "быстрой зарядкой" обычное ЗУ на 5 Вольт и на такой же максимальный ток, какой обозначен на устройстве с "быстрой зарядкой" (обычно -  2 Ампера).

Дополнительно о вреде "быстрой зарядки" можно прочитать в этой небольшой статье на портале ixbt.
 

Для продления срока жизни повербанков, ноутбуков и других устройств с высоким потреблением рекомендуется не допускать в процессе работы  снижения уровня заряда ниже 30% (вовремя подзаряжать).

Это связано с тем, что при низком уровне заряда внутренний аккумулятор повербанка вынужден отдавать более высокий ток (что повышает температуру устройства и сокращает срок службы аккумулятора). Это происходит просто по законам физики.

Например, если повербанк должен отдать мощность 10 Вт при 100% заряда (напряжение на аккумуляторе 4.2 В), то потребляемый ток составит 10 Вт/4.2 В=2.38 А.

Если же повербанк должен отдать ту же мощность при приближении уровня заряда к нулю (3.2 В), то ток составит уже 10 Вт/3.2 В=3.125 А. На самом же деле ток может оказаться ещё выше, так как при работе с более низкими напряжениями ухудшается КПД встроенных преобразователей повербанка.
 

Отдельно и особо надо рассмотреть вопрос и о "модных" портативных аккумуляторах (повербанках) с солнечной батареей.

В этих "модных" повербанках (power bank) соединены вместе все способы укорочения жизни аккумуляторов.

Во первых, зарядка на прямых солнечных лучах приводит к повышенному нагреву аккумуляторов (примерно на 20-40 градусов выше температуры окружающей среды).

А во-вторых, зарядка от солнечных элементов там часто делается напрямую, минуя контроллер, что может привести и к перезаряду аккумуляторов.

В связи с этим крайне не желательно заряжать такие устройства с помощью солнечной батареи. Если уж у Вас оказался повербанк с солнечной батареей, заряжайте его всё равно "обычным" способом, т.е. от сетевого адаптера.

А возможность зарядки от солнечной батареи пусть останется на случай чрезвычайных обстоятельств в походе. Но и в этом случае надо иметь в виду, что встроенная солнечная батарея имеет малую площадь и потому отдаёт очень малую мощность (в типовом случае - 1 Вт с одного кв. дециметра поверхности на прямом солнце). Для полной зарядки повербанка от встроенной солнечной батареи может потребоваться несколько дней!

И, в заключение этой главы, пара рекомендаций о хранении неиспользуемых (резервных) аккумуляторов и редко используемых (повербанках и т.п.).

Специалисты не рекомендуют оставлять на хранение полностью заряженные аккумуляторы. Желательно оставлять их на хранение с уровнем заряда 40-60%. А когда дело дойдёт до их применения, то  непосредственно перед применением зарядить до номинала.

Ну, и совсем идеальное их хранение - это в сухом прохладном месте; например - в холодильнике при температуре от нуля до 5 градусов выше нуля (если позволяет место).

Дополнение от 26.05.2019: есть сильное подозрение, что беспроводные зарядки тоже могут вредить аккумуляторам. Подробности - на  iguides.ru.

Дополнение от 11.07.2019: в Интернете появилась база тестов аккумуляторов (не только литий-ионных); расположена на сайте http://telnov.wiki/.

     Ваш Доктор.
  20 января 2019 г.

      Порекомендуйте эту страницу друзьям и одноклассникам                      

   Другие статьи цикла "Как устроен смартфон":

 - Что такое USB OTG в смартфоне и планшете?
 

 - Навигация (GPS, ГЛОНАСС и др.) в смартфонах и планшетах. Источники ошибок. Методы тестирования.
 

 - Вскрытие (разборка) камеры смартфона. Устройство камеры смартфона (мобильного телефона)
 

 - Съемка камерой мобильного телефона (смартфона). Параметры камер мобильных телефонов. Основные характеристики, проблемы и примеры дефектов на снимках. Как выбрать смартфон с хорошей камерой?
 

 - Фотосъемка в режиме HDR (High Dynamic Range) в смартфоне. Что это такое, какая польза и когда можно использовать?
 

 - Вскрытие (разборка) литий-ионного аккумулятора

   В комментариях запрещены, как обычно, флуд, флейм и оффтопик.
  Также запрещено нарушать общепринятые нормы и правила поведения, в том числе размещать экстремистские призывы, оскорбления, клевету, нецензурные выражения, пропагандировать или одобрять противозаконные действия. Соблюдение законов - в Ваших же интересах!

  Комментарии вКонтакте: