Власний досвід використання акумуляторів в навігаторах GPS.

Бажане і дійсне.

Як ні багато зламано списів з приводу вибору найкращого акумулятора для харчування навігаторів GPS, хотілося б ще раз розглянути це питання. Тепер вже з точки зору особистого досвіду використання. Тільки сам питання треба трохи розширити - не якийсь саме акумулятор є найкращим, а як вибрати потрібний акумулятор з усього розмаїття на прилавках магазинів. Причому в даній статті я не буду розглядати якісні показники акумуляторів різних виробників. Питання тут поставлений трохи по іншому. Але про це пізніше. Для початку давайте визначимо яким повинен бути ідеальний (але все таки цілком реальний в майбутньому) акумулятор. При цьому я приведу крім самої характеристики її бажану величину і причину, за яку цей параметр відповідає.

Характеристики ідеального акумулятора.

Тепер давайте подивимося, що у нас є в дійсності. Я візьму для прикладу одні з найпоширеніших нікель-металгідридних акумуляторів типорозміру АА заявленої ємністю 2300мА / ч виробництва GP. Всі характеристики наведені для акумуляторів тільки зазначеної ємності. Деякі характеристики були обчислені самостійно і можуть відрізнятися від заявлених виробником. Вони також розрізняються для різних типів і партій в залежності від різних факторів. Характеристики знімалися з акумуляторів, що прослужили 8-10 місяців. Тобто з самими що ні на є робочими характеристиками. Вимірювання проводились на базі Відділу головного метролога одного з військових заводів. У таблиці дані результати вимірювань. Дані вимірювань і методики визначення параметрів тут не наведено для економії Вашого і мого часу.

Характеристики реального акумулятора.

№

Розбір польотів

Давайте трохи докладніше розглянемо отримані характеристики і наведемо їх до нашої вихідної задачі - харчування навігатора GPS. Отже, в загальному, характеристики реального сучасного акумулятора, багато в чому відповідають або близькі до характеристик нашого ідеального акумулятора. Це виразно радує. Але поспішати не варто.

Перша характеристика, на яку всі звертають увагу в першу чергу - це ємність. Вона показана на всіх акумуляторах найбільшими цифрами. Це відразу насторожує - чому тільки ємність? У акумулятора багато інших, не менш важливих, характеристик. Дану ситуацію можна порівняти наприклад з такою. Ви приходите в магазин, що торгує комп'ютерними комплектуючими і хочете купити процесор. Подивившись на прилавок, Ви бачите цілу лінійку процесорів. АЛЕ! У характеристиках вказані тільки їх частоти. Без урахування платформи, технологій, типів і ін. Вибрати те, що потрібно, практично неможливо. Однак, погодимося, що чим більше ємність, тим краще. Це поки! Далі я спробую трохи розібратися з цим твердженням, щодо нашої ситуації. До речі нагадаю, що в реальному, повністю зарядженому, акумуляторі, як правило, не більше 80% від заявленої ємності. Це вважається нормальним.

Далі підуть більш "таємні" характеристики. Наприклад число циклів "заряд / розряд". І хоча на упаковці від акумуляторів, все ж гордо виведена улюблена багатьма цифра 1000, але спокушатися не варто (Рис.1). На малюнку дано варіант виробника, тобто ідеальний випадок. Але і тут більше 500 циклів дати вони не ризикнули.

Рис.1 Зниження ємності від кількості циклів "заряд / розряд".

Цей параметр настільки невловимий і неконкретний, що обчислити його в реальності, а не на математичній основі, мабуть не вдасться нікому. І мені в тому числі. Тут найголовніше умова - суворо дотримуватися всіх режими цих самих "зарядок" і "разрядок". Адже якщо Ваш цифровик або навігатор показує, що акумулятор розряджений, то це зовсім не означає, що це насправді так. Просто сумарне напруга на елементах не забезпечує працездатності даного пристрою. Для самого акумулятора до повного розряду може бути ще дуже далеко. Те ж і з зарядом. Навіть складніше. Але розповідь про це в статті про зарядні пристрої.

Внутрішній опір в нашому випадку не грає будь-якого значення, так як струм споживання навігаторів незначний і, як правило, не перевищує 200мА. Цей струм, при харчуванні 2,4 В, приблизно відповідає навантаженню 12Ом. Внутрішній опір акумулятора - близько 1 Ом (на 2 елемента) - допускає струм до 2400мА. Це в ідеалі, але цей приклад все одно дає уявлення про запас по максимальному вихідному струму. Приймемо значення внутрішнього опору акумулятора, як повністю задовольняє нашим вимогам. Наостанок одне зауваження. Зазначені мною 200мА характерні для навігаторів з функціями електронного компаса і барометричного висотоміра. Моделі без цих функцій зазвичай обходяться струмом споживання від 70мА до 120мА. Що ще більш розширює межі допустимого внутрішнього опору джерела живлення.

З саморазрядом все набагато складніше. Самою загальною причиною саморазряда є наявність опору між анодом і катодом. Роль діелектричної прокладки в даному випадку виконує сепаратор. Грубо кажучи, чим вище опір сепаратора, тим менше саморазряд. Якщо сепаратор пошкоджений, або в результаті технологічної помилки при виробництві або того ж "ефекту пам'яті", то ми маємо безперервне зниження ємності в залежності від часу, що пройшов після зарядки. Причому цей ефект буде проявлятися в будь-якому режимі експлуатації і зберігання. Особливо треба сказати про понад великих ємностях. Тут для збільшення ємності, крім інших способів, застосовується максимальне зменшення товщини сепаратора. Звідси і збільшений саморозряд.

" ефект пам'яті "Є для багатьох досить дивним і незрозумілим явищем. Воно викликано однієї простої і одночасно складною причиною - неповної розрядкою акумулятора перед початком чергової зарядки. Суть явища полягає в утворенні великих кристалів на поверхні електродів, що знижують ефективність обміну іонами з електролітом. Простий цю причину можна назвати тому, що на перший погляд тут все зрозуміло. Треба всього лише дочекатися повного розряду, а потім починати заряджати. а складності починаються коли постають питання - як оцінити поточний стан, як і чим розряджати, до якого значення і т.п. Насправді питання контролю залишилася енергії і розряду до необхідних величин один з найскладніших. Складність полягає не в теорії цих процесів, тут як раз все зрозуміло, а в практичній реалізації цього режиму. Адже потрібно не просто підключити навантажувальний резистор для забезпечення певного струму розрядки, але й постійно стежити за напругою на акумуляторі. перерозрядження не менше шкідлива для акумулятора ніж недоразрядка. На загальну думку, "ефект пам'яті" є головним винуватцем передчасного виходу з ладу нікель-кадмієвих та нікель-метал гідридних акумуляторів. Його частка становить від 70% до 90%. Тут справа в тому, що "ефект пам'яті" є прямим винуватцем погіршення всіх перерахованих вище характеристик.

Отже ми розібрали всі основні фактори, що характеризують якість акумуляторів. Тепер спробуємо розібратися який саме акумулятор нам підходить найбільше і що практично ми можемо зробити для збереження протягом тривалого часу його первинних параметрів.

Почнемо з процесу підтримки акумулятора в робочому стані. Переважна більшість людей, використовуючи акумулятор, вважають за краще орієнтуватися на індикатори розташовані в використовуваних пристроях. "Палкомери", як кажуть про ці індикатори. Дуже точна назва. Так як вони показують зовсім не стан заряду акумулятора, а діапазон напруг, допустимий для нормальної роботи пристроїв, що їх містять. Як правило, вони розраховані на застосування не акумуляторів, а звичайних елементів живлення. Тому, якщо в цьому пристрої застосовується 4 елементи живлення, то при застосуванні простих батарейок початкова сума напруги виходить 1,5 В * 4шт = 6В, а при застосуванні акумуляторів 1,2В * 4шт = 4,8В. Відчуйте різницю. Йдемо далі. Якщо для електронних компонентів нашого пристрою мінімальна напруга, при досягненні якого воно вимикається, становить 4,5 В, то в першому випадку різниця між максимумом і мінімумом складе 1,5 В, в другому всього 0,3В. Після досягнення цієї межі пристрій вимикається, але акумулятори ще далеко не розряджені. Для їх розрядки до потрібного значення може знадобитися ще кілька годин при тому ж навантаженні. І це недалеко від реального стану справ. І хоча нормальні сучасні акумулятори розраховані і на таку роботу (Рис.2), вони вимагають суворого дотримання режимів експлуатації.

Рис.2 Графік напруги розрядки.

Якщо взяти навігатори, то деякі з них мають вибір застосовуваного джерела живлення. Це дає дуже велика перевага. На малюнку 3 показаний вид "палкомера" при харчуванні навігатора eTrex Legend постійною напругою 2,1В, але з різним вибором типів джерела живлення.

Мал. 3. Різне значення "палкомера" при однаковій напрузі для різних типів елементів.

Таким чином нікель-метал гидридні акумулятори, з точки зору даного навігатора, мають найбільш великим запасом енергії при однаковій напрузі на елементах. Це відповідає істині, оскільки NIMH акумулятори насправді більш енергоємні в порівнянні з багатьма іншими. Трохи відходячи від теми акумуляторів скажу, що купивши хороші лужні батарейки типу Alkaline або інші, завжди ставте тип джерела живлення в навігаторі відповідно до його реальним типом. Це дасть можливість повністю "вибрати" все, що можуть видати ці елементи.

Основні режими роботи навігаторів GPS

Тепер підходимо до самого вибору. Для цього розберемо типові режими використання навігатора GPS.

Режим 1. Найважчий для акумуляторів. Використовується коли навігація йде в безперервному режимі. З увімкненими режимами відображення карти, запису треку, постійно включеним приймачем даних із супутників, періодичної підсвічуванням, висотоміром і електронним компасом.

Застосовується порівняно рідко, так як необхідність в постійному тотальному контролі за власним пересуванням виникає порівняно рідко. Зазвичай використовується при першому проходженні нового шляху, який надалі повинен часто використовуватися. Або на судах при проходженні складних ділянок фарватеру. Уявити собі людину, що йде по лісі і при цьому безперервно дивиться тільки на дисплей навігатора, досить складно. Та й протипоказано таким "туристам" вибиратися на волю. Для їх же безпеки.

Режим 2. Режим "середньої тяжкості". Всі перераховані функції використовуються, але тільки протягом невеликих проміжків часу.

Застосовується для "замальовки" або контролю за проходженням окремих ділянок шляху. Коли потрібно не пропустити поворот, знайти мережу на озері, прописати шлях в гористій або заболоченій місцевості і т.п. Цей режим, в певних обставинах, повністю виправданий і періодично використовується всіма досвідченими користувачами навігаторів. Тривалість в такому режимі роботи різному, але в середньому, становить 0,5 - 1 год. Перерви між включеннями від 0,5 до 2 годин.

Режим 3. Режим періодичного використання. Найпоширеніший режим. Завдання, які вирішуються в даному режимі, використовуються постійно всіма користувачами. Використовувані функції при цьому найпростіші - поставити крапку, визначити своє місце свого перебування, визначити потрібний напрямок руху. Цього, для досвідченої людини, буває досить в 95% випадків. Як правило, важливо знати загальний напрям, а вже як саме дістатися до мети зазвичай визначає сама дорога. У такому режимі навігатор знаходиться у включеному стані не більше 5-10хв. Цього цілком вистачить для визначення свого поточного місцезнаходження або для створення позначки у вигляді точкою маршруту. Після цього наступне включення може статися тільки після значного часу - від 1 до 5 годин. А може і взагалі не знадобиться протягом одного походу.

Який з них кращий?

Тут я ризикую накликати на себе бурю народного обурення, але то що я зараз висунемо до якості свого варіанту відповіді на поставлене запитання, неодноразово перевірено на практиці. Я не буду оцінювати акумулятори різних виробників. Питання, яке поставлене в цій статті, досить дивний - чи завжди велика ємність означає більш тривалий період роботи пристрою.

Плавно підходжу до суті речей. Як Вам відомо акумулятор має певний термін служби, який може бути виражений до кількості циклів "зарядка / розрядка". Відповідно чим на більший час ми зможемо розтягнути кількість цих циклів, тим довше нам прослужить акумулятор. Це при дотриманні всіх умов експлуатації. Таким чином повністю зарядивши акумулятор нам треба прагнути до того, що б наступна зарядка відбулася якомога пізніше. І при цьому акумулятор працював би в своєму звичайному режимі. Згадаймо, що навігатор споживає порівняно невеликий струм.

Як зазвичай використовується навігатор. Зазвичай він використовується у вихідні, коли можна нарешті вирватися на простори "дикої природи" (у кого-то і без лапок). Попрацювавши один-два дня навігатор відпочиває протягом як мінімум робочого тижня, а то і більше, в залежності від обстановки на роботі, в сім'ї, в гаражі і т.п. Тут доречно згадати про саморазряд. У особливо ємних акумуляторів, в силу надмірної економії на товщині сепаратора, він досягає 40% в місяць. У менш ємних, по зворотній причини, це значення може становити 6-10%.

Тепер давайте порахуємо. Перший піддослідний - акумулятор ємністю 2300мА / ч і саморазрядом 40% в місяць. Другий - ємністю 1600мА / ч і саморазрядом 10% в місяць. Вони використовуються в навігаторі в Режимі 1 (див. Вище) чотири дні на місяць. Це відповідає двом походам в місяць. Витрата енергії за ці чотири дні приймемо рівним: 70мА * 0,5 години * 4 дні = 280мА / год. Нагадаю, що 30 хвилин використання навігатора в день в Режимі 1 приблизно дорівнює: 30хв / 5хв орієнтування = 6 визначень місцеположення в день. Цієї кількості, на мій погляд, цілком достатньо для орієнтування. Так ось. Нескладні (і тому приблизні) розрахунки показують, що в такому режимі потужного акумулятора вистачить на 7 походів, а малопотужного вже на 9. А це різниця майже місяць. Висновок з першого погляду парадоксальний - акумулятори з меншою ємністю забезпечують більш тривалу роботу, ніж більш потужні. Але цей ефект дійсно існує. Цілком можливо, що в процесі вдосконалення технології виготовлення акумуляторів ефект саморозряду вдасться перемогти. І тоді все викладене тут втратить свою актуальність. Але поки що доводиться рахуватися з наявною реальністю. Ось такі пироги.

Висновок.

Все, что я тут написавши, Заснований на власному досвіді. ВІН Повністю підтверджує теоретичні розрахунки, наведені вищє. Даже не так. Насправді, ситуация розвивалась Якраз навпаки. Спочатку я помітив, что мої акумулятори від фотика (1600мА / ч) одного разу пропрацювалі в навігаторі набагато довше, чем мої спеціально куплені на 2А / ч. Відразу скажу, что справа булу пізньої осені и взимку и вілазкі були Досить рідкісні. На Мороз не посілатіся, так як использование Було в основному в машині. Альо сам факт мене відразу зацікавів. Я почав спостерігаті за тім, что відбувається. Спостереження підтверділі Виявлення мною ефект. І ось тепер я використовую два комплекти акумуляторів по 4 штуки з наведеними вище ємностями. Якщо мені доводиться використовувати навігатор в Режимі 2, то я користуюся акумуляторами на 2,3А / год. Але це буває нечасто. А в решту часу віддаю перевагу потужні ставити в фотік, а він "їсть" набагато більше, ніж навігатор, а інші (1,6А / год) ставлю в навігатор. Таким чином я добиваюся тривалої роботи як фотоапарата так і навігатора, і в той же час упевнений в тому, що акумулятори використовуються "на повну котушку". Тут слід зазначити, що в даному випадку я домагаюся збільшення терміну життя малопотужних акумуляторів за рахунок менш частого заряду, а застосування потужних акумуляторів в фотоапараті дозволяє найбільш продуктивно використовувати запасені ними енергію і не втрачати її даремно на саморозряд. При цьому я використовую спеціальний зарядний пристрій зі спеціальним мікроконтролером, що дозволяє проводити всі необхідні операції для правильної експлуатації акумуляторів.

Вважаю, що навіть якщо Ви і не згодні з моєю точкою зору на це питання, то Ви знайдете щось цікаве в інформації про заявлених і реальних властивостях акумуляторів.

PS До речі! За оцінками інших користувачів, сучасні партії акумуляторів GP на 2300мА / ч стали значно краще в плані саморазряда. Це радує і дещо змінює ситуацію. Але скидати з рахунків все сказане в цій статті все ж не варто. Так як зміна технології швидше за все торкнулося і менш ємних акумуляторів. Тоді все залишається в силі.

Володимир С.

25.05.2004

Рекомендую ознайомитися з аналогічним тестом з дуже цікавими висновками -

Зазначений тест проводив Propretor.