Почему телефон садится на морозе и что с ним делать

Остановка, минус двадцать пять, на экране сорок процентов. Достаёшь телефон глянуть, где трамвай, — и он гаснет. Дома, отогревшись, включается как ни в чём не бывало: те же сорок, ну тридцать пять. Для екатеринбургского января мороз такой не экзотика, и эту историю мне рассказывал, кажется, каждый, кто приносил телефон зимой.

Обычно со словами «батарея умерла». Чаще всего она жива, и заряд всё это время лежал в ней. Зато то, от чего батарея действительно стареет, многие делают каждый вечер и не замечают.

Проще всего пройти по одному морозному дню, от подъезда до вечерней розетки.

Первые минуты: телефон ещё тёплый

Из квартиры телефон выносят тёплым, и какое-то время он это тепло держит: корпус, стекло и сама батарея остывают не мгновенно. Первые минуты всё работает как обычно, и кажется, что мороз ни при чём. Потом телефон остывает до температуры кармана, а в наружном кармане или в сумке — почти до уличной.

Дальше всё упирается в то, по какому признаку телефон вообще выключается. Проценты на экране — не прямое измерение. Их высчитывает контроллер батареи: ведёт учёт, сколько заряда вошло и сколько вышло, и сверяется с напряжением. У полностью заряженного литий-ионного элемента оно чуть выше четырёх вольт, у почти пустого — ближе к трём с половиной.

Решение погаснуть принимается по напряжению. Просело ниже порога (это три вольта с небольшим, у каждого устройства свой), и электроника считает батарею пустой. Гасит всё, чтобы не испортить элемент глубоким разрядом.

Остановка: вспышка, навигатор, чёрный экран

Внутри элемента ионы лития ходят между двумя электродами через жидкий электролит. При разряде они выходят из графитового анода и встраиваются в катод. На холоде электролит густеет, ионы ползут медленнее, реакции на поверхности электродов тормозят. Снаружи всё это видно как одно число — внутреннее сопротивление батареи. При минус двадцати оно вырастает в разы.

Тут вступает закон Ома. Числа условные, для наглядности. В покое батарея держит 3,8 вольта. Внутреннее сопротивление в тепле 0,1 ома, на морозе 0,4. В момент нагрузки телефон тянет 2 ампера. В тепле внутри батареи теряется 0,1 × 2 = 0,2 вольта, на выходе остаётся 3,6. На морозе теряется 0,8, на выходе 3,0 — ниже порога. Заряд тот же, а телефон выключился.

Поэтому гаснет он почти всегда на рывке нагрузки: камера со вспышкой, навигатор с яркой картой, звонок при слабой связи, когда радиомодуль работает на полную. Лежал бы без дела в кармане — протянул бы заметно дольше.

Бывает и мягкий вариант: телефон не гаснет, но проценты тают на глазах: сорок, тридцать, двадцать за несколько минут. Это контроллер видит просевшее напряжение и пересчитывает заряд в меньшую сторону. В тепле напряжение выпрямится, и цифра отползёт обратно, иногда почти до прежней.

Заодно на холоде может «поплыть» экран: картинка тянется шлейфом, прокрутка запаздывает. Батарея тут ни при чём. Это жидкие кристаллы в ЖК-экране: на холоде они вязнут и поворачиваются медленнее. Экраны на органических светодиодах от этого почти не страдают. Отогреется — пройдёт.

В тепле заряд «возвращается»

В помещении сопротивление падает обратно, напряжение под нагрузкой больше не проваливается, и телефон включается. Проценты почти те же, что на остановке: холод энергию не съел, он мешал её взять. Немного всё же ушло: на повышенном сопротивлении часть энергии превращается в тепло, и батарея при этом даже чуть подогревает сама себя. Это расход, с ёмкостью же ничего не случилось.

Проверить легко. Когда телефон в следующий раз погаснет на холоде, не мучайте кнопку на улице: каждая попытка упрётся в тот же порог. Положите его во внутренний карман и включите минут через пятнадцать, уже в тепле. Цифра будет примерно та же.

Вечер у розетки: самый вредный момент

Сам по себе холод литий-ионной батарее почти не вредит: на хранении в прохладе она даже стареет медленнее. Вредно другое — заряжать её, пока она холодная.

При зарядке ионы лития возвращаются в графит. На холоде встраиваются они туда медленно, и при большом токе часть лития не успевает войти внутрь и оседает на поверхности анода металлом. Это называется литиевым осаждением. Осевший литий из работы выбывает, ёмкость падает насовсем. Если повторять раз за разом, металл может нарастать иглами-дендритами, а это уже вопрос безопасности: иглы давят на тонкую плёнку-сепаратор между электродами.

Защита у телефона есть. Рядом с батареей стоит датчик температуры, и контроллер заряда по нему решает: ниже нуля обычно не заряжать совсем, в прохладе — уменьшенным током. Отсюда и холодный телефон, который отказывается заряжаться или заряжается подозрительно медленно, — он себя бережёт. Только датчик меряет температуру в одной точке, а элемент прогревается неравномерно, так что надеяться на одну автоматику я бы не стал.

Самый частый сценарий выглядит безобидно: пришёл с мороза и сразу воткнул зарядку. Корпус на ощупь уже прохладный, не ледяной, а батарея внутри ещё холодная. Полчаса-час на столе, потом заряжать.

Ускорять не надо. Батарея отопления или фен прогреют корпус сильнее, чем кажется, а жара для литий-ионных элементов — один из главных врагов: от неё они стареют заметно быстрее.

Вторая причина не торопиться — конденсат. При плюс двадцати двух в комнате и влажности 30–40 процентов точка росы примерно от четырёх до восьми градусов тепла. Пока корпус холоднее, на нём оседает влага, как на очках, когда заходишь с мороза. Снаружи это не страшно, а в разъёме зарядки влага под напряжением окисляет контакты. Некоторые телефоны, почуяв её в порту, сами отказываются заряжаться.

Фотографы давно решают это просто: заносят технику с мороза в закрытом пакете, и влага садится на пакет, а не на корпус. Внутренний карман куртки, повешенной в прихожей, работает похоже.

Третья зима

Внутреннее сопротивление растёт не только от холода, но и с возрастом: с каждым циклом заряда и разряда элемент понемногу изнашивается. В тепле это почти незаметно, телефон держит день, ну чуть меньше. А на морозе старое сопротивление складывается с холодным, и телефон, который в первую зиму спокойно доживал до вечера, на третью гаснет на тех процентах, о которых раньше и не думали.

Такие мне и несут в декабре. Батарею здесь действительно пора менять. Износилась она за три года обычных зарядок, мороз просто первым это выдал.

Сам я зимой ношу телефон в нагрудном кармане под курткой и на остановке достаю его, только когда трамвай уже показался из-за поворота.