Посвящается очередному "клиенту", который надысь мне плакался в жилетку.
Вкратце – аккумулятор это перезаряжаемый источник энергии. В отличии от батареи, которая является одноразовой. Пост главным образом про бытовые аккумуляторы (типоразмера АА как самые популярные) и про целесообразность замены батареек на эти самые аккумуляторы. До кучи пройдусь по всем остальным типам.
Итак, самое популярное у нас это батарейки АА. Продаются в каждом магазине. Хорошие стоят по 50-60 руб/штука, дешманские идут по 10 руб/пучок. Это то, что продают в электричках со сроком годности до 2097 года.
Вариантов тут три – солевые (самые дешевые, емкость АА элемента в лучшем случае 1500 мАч, чаще 300-500). Бренды – GP из приличного, подделки в электричках. GP я сам брал, беру и буду брать. Хотя они и уступают алкалинкам по емкости, но цена/емкость у них лучше. Одна батарейка стоит 12-15 рублей, дает 1500 мАч если не наглеть с током потребления. Запомните эту цифру – 100 мАч/руб.
Алкалиновые, это уже приличные бренды Дюраселл, Энерджайзер. Тут цена 60-80 руб за элемент (выгодно брать десяток). Емкость 4-5 Ач. Эффективность 80-90 мАч/руб.
Третий вариант этого типоразмера – литий. Очень дорого, чуть более эффективно. 100-120 руб/элемент, емкость 7-8 Ач, эффективность 70-80 мАч/руб.
Замечание номер раз. Солевые батареи не любят больших токов разряда. Идеально для них – часы на стенке. Там они проработают 2-3 года и свою емкость отдадут на 110%. Да, именно 110%, ибо стандартные тесты показывают емкость чуть меньше при токе 0,1С (С = емкость). Часы жрут очень мало, отдаваемая емкость будет больше.
Алкалиновые батареи подходят для средних потребителей. Это фонарики, радио, плееры и прочее. Из моего зоопарка на них работают металлоискатели и GPS-навигатор. Хотя туда можно и солевые запихать. Если время работы прибора на батарейках превышает 8-10 часов – солевые пихать можно. Меньше – лучше алкалин.
Литиевые еще лучше в плане тока разряда. Они спокойно выдерживают мгновенные токи в 2-3С и продолжительный разряд током 1С. Это всякие детские игрушки, фотоаппараты. Да, да. При зарядке вспышки ток от батареи очень даже большой, батарейки это не любят. Поэтому для мыльницы лучше не жалеть, а покупать литий. Они смогут отдать всю емкость. Алкалин сдохнет отдав 50-60%. Солевые сдохнут сразу.
Про срок хранения. Он очень большой если это правильный бренд и соблюдены условия хранения. У меня на даче валяется фонарь, лет 10 назад я впихал туда 3 бочки типоразмера D от Дюраселла и забыл о проблеме. Фонарь работает до сих пор. Когда батарейки сядут я скорее выкину его не открывая. Если они вообще сядут. Хранение на морозе батарейки переносят свободно, летом в доме прохладно, так что самого страшного испытания – перегрева – батарейкам не достается. Поэтому и работают. Дешманские подделки из электричек как ни храни – они текут уже через полгода.
Альтернатива батарейкам – аккумуляторы NiCD (никель-кадмий) и NiMH (никель-металгидрид). Типичные значения емкости – 1500 мАч для кадмия и 2500 для МГ (для размера АА). Типовое напряжение 1,0 – 1,2 вольта, заряд только специальным зарядником. Существенная разница опять же в отдаваемом токе. NiCD мощнее. Гораздо мощнее. Правда таких токов в быту получить сложно, модельная сборка, к примеру, может выдать 50-100А не пискнув. По всем остальным показателям NiMH лучше. Выше емкость, нет эффекта памяти (точнее есть, но не так явно), меньше вес элемента.
Сразу главный нюанс – мало купить аккумуляторы, их нужно правильно заряжать. С этим у 99% пользователей проблемы и отсюда катастрофическое снижение жизненного цикла. Перед зарядом батарею обязательно разряжать до нуля! Причем небольшим током, примерно 0,2С. Ноль это примерно 0,8 вольт/элемент. Примерно раз в 10 зарядок (раз в 3-5 для NiCD) батарею нужно прогонять по циклу разряд-заряд-разряд-заряд. Это убирает эффект памяти и вообще позитивно влияет на емкость. Недавно нашел у себя в заначке сборку NiMH. Элементы были по 2500 мАч, первый прогон показал емкость 700 мАч, после десятого прогона емкость уже 1800 мАч. Еще поработают.
Типичный срок службы при сохранении 70% емкости и реальной эксплуатации – около 200 циклов для дешевых NiCD и до 500 циклов для дорогих NiMH. Если заряжать как попало – 10-20 циклов и на помойку. Иногда восстановить получается.
Из необходимости высаживать NiMH в ноль выросли ноги у старой байки – новый сотовый телефон нужно полностью разрядить. Проблема только в том, что эта байка неприменима к Li-ION аккумуляторам. А старые (которые как раз появлялись на замену NiMH) еще и убивались каждым разрядом до отсечки. Минус 10% емкости и все. Не вернуть.
Переходим к телефонам. Там LiION. Емкость банки 3,6 – 4,2 вольта. Заряд попроще, подал 4,2 вольта через лампочку и жди результата. Но если подать 4,3 вольта. Бабах и пожар гарантированны. Так что лучше не рисковать. Литий не любит перезаряда.
А еще он не любит холода. И жары. И механических повреждений. И вообще очень капризные эти батареи. В быту они стоят почти везде – телефоны, планшеты, ноутбуки, плееры. Для длительной работы батарею желательно держать заряженной. В идеале – 70% емкости и выше. Разряд в ноль необратимо сокращает емкость. Разряд на холоде тоже. Правда на хорошем минусе литий замерзает мгновенно и просто не работает. Потом оттаивает, но полной емкости уже не будет. Старайтесь не высаживать телефон, купите повербанк. Будет дешевле, чем потом батарею менять. А если она еще и вздуется – это попадалово на ремонт корпуса как минимум и треснувший экран как максимум. Про пожары я молчу. Номинальный срок службы LiION – около 1000 циклов заряд-разряд. Тоесть в телефоне его должно хватать на 3 года. У меня хватает, я слежу за батареей. А у вас?
Экзотика. Относительная конечно. Батареи типа LiFePO4. Чуть удобнее напряжения – 3,0 – 3,3 рабочее, 3,6 заряд. 4 банки дают пацанские 12 вольт (как в автомобиле). Гораздо лучше рабочие токи, не так быстро замерзают. Это все стоит в электросамокатах, электроскутерах, гироскутерах, электромобилях и прочем крупном. ЛиФерум гораздо более безопасен. Не вздувается, не возгорается, просто медленно теряет емкость. Минус – пока уступают LiION по соотношению Ач на грамм или куб.см.
И последний аргумент – свинец. То, что стоит в машине и в бесперебойнике. Минусы – тяжелый и габаритный. Мелкие батареи имеют плохую емкость из-за необходимости большого и толстого корпуса. Зато на больших емкостях на порядки дешевле всего остального. Очень не любит перегрев. Два совершенно одинаковых бесперебойника, один в серверной при +18, второй в комнате с вечномерзлыми блондинками (+25 им холодно). Первый – батареи плавно деградируют и через 3 года их меняем. Второй – через полгода батареи вздулись и завоняли. Ну и разлив серной кислоты до кучи.
Теперь бытовое. Куда, что, когда и зачем.
Свинец – очень большая емкость. Очень дешево. Но много весит и не любит перегрева. Подойдет для систем резервного или автономного питания (солнечные батареи).
LiFePO4 – системы с большим энергопотреблением – электродвигатели. Обязательно зарядка с балансиром, система защиты от перезаряда и переразряда.
Зачастую аккумулятор в телефоне меняется после потери им менее половины емкости. Они еще могут прослужить несколько лет.
В итоге имеем компактный легкий и бесплатный источник автономного питания. Не требующий отсека под себя в отличие от пальчиковых элементов питания.
Основным препятствием является сложность зарядки литиевых аккумуляторов. Конечно, можно и спаять зарядку, но проще решить эту проблему поможет дядюшка Ляо.
Сейчас на Али стоимость платы для зарядки от USB менее 50 центов с доставкой, при покупке же сразу нескольких цена становится менее 30 центов за штуку.
Плата компактна, имеются варианты исполнения, как с микро так и мини USB.
Максимальный ток зарядки как правило около 500-700мА. Индикатор заряда и окончания заряда.
Закрепить в корпусе можно просто вклеив с помощью термоклея. (Заменил свинцовую батарею в старом фонаре)
Безусловно, что бы клей нормально держался, необходимо обязательно обезжирить все поверхности изопропиловым спиртом, в крайнем случае, бензином или специальным очистителем (к сожалению качество бензина со строительного рынка отвратительно), простой спирт не пригоден, поскольку не растворяет масленую пленку. А также дождаться прогрева клея, т.е. клеить не сразу как клей начал выдавливаться из термопистолета, а дать еще минуту две на перегрев.
Также эти зарядки могут заряжать различные пальчиковые литиевые аккумуляторы. Для подключения к аккумулятору удобно использовать контактники сделанные из неодимовых магнитов (под рукой для фото к сожалению был только АА элемент).
При пайке магнитов необходимо избегать их нагрева, иначе они потеряют свои свойства. Покрытие магнитов никель, поэтому для лужения желательно использовать активный флюс. Дополнительно для теплоотвода я зажимал магнит в плоскогубцы.
Если для питания самоделки требуется более высокое напряжение, то можно прикупить DC-DC Step UP преобразователь. Цена на Али начинается примерно с 50 центов.
Приведенная для примера плата имеет крайне компактные размеры. Для нее указывается максимальное напряжение 28в и максимальный ток 2А. Но необходимо учитывать, что указанный ток в 2А это ток ключа. Для долговременного использования желательно по входу не превышать ток в 1А и в зависимости от того, на сколько вы увеличиваете напряжение выходной ток уменьшается примерно пропорционально, т.е. например, при выходном напряжении 15В максимальный долговременный ток нагрузки не должен превышать 200ма.
Как пример привожу вариант фонаря в экстремально минималистическом стиле. Все компоненты приклеены прямо к аккумулятору.
Мощный светодиод наклеен на алюминиевую пластину, служащую радиатором.
Со второй стороны приклеена плата USB зарядки и плата источника тока для светодиода на ток 350мА.
Некоторые моменты в использовании литиевых аккумуляторов
При глубоком разряде аккумулятора некоторые схемы зашиты полностью блокируют аккумулятор, как на разряд, так и на заряд.
И зарядить штатно аккумулятор не получится. Для восстановления придется вскрыть корпус аккумулятора и подключится на прямую к литиевому элементу. Я встречал рекомендации заряжать при глубоком разряде слабым током 10-50ма до достижения напряжения 3.3-3.5в, далее уже можно заряжать штатно.
Для новых аккумуляторов важен правильный старт, особенно для устройств с высоким потреблением.
Производители для увеличения срока хранения новых аккумуляторов в электролит вносят добавки. Эти добавки помимо значительного уменьшения тока саморазряда, также увеличивают внутреннее сопротивление аккумулятора. Что при высоких токах потребления приводит к чрезмерному разогреву, что может в итоге повредить аккумулятор. Помимо этого аккумулятор не может выдать в нагрузку полную емкость. При зарядке эти добавки в электролит распадаются. Для полного разложения добавок необходимо держать аккумулятор включенным в зарядку не менее 12 часов.
Зачастую аккумулятор в телефоне меняется после потери им менее половины емкости. Они еще могут прослужить несколько лет.
В итоге имеем компактный легкий и бесплатный источник автономного питания. Не требующий отсека под себя в отличие от пальчиковых элементов питания.
Основным препятствием является сложность зарядки литиевых аккумуляторов. Конечно, можно и спаять зарядку, но проще решить эту проблему поможет дядюшка Ляо.
Сейчас на Али стоимость платы для зарядки от USB менее 50 центов с доставкой, при покупке же сразу нескольких цена становится менее 30 центов за штуку.
Плата компактна, имеются варианты исполнения, как с микро так и мини USB.
Максимальный ток зарядки как правило около 500-700мА. Индикатор заряда и окончания заряда.
Закрепить в корпусе можно просто вклеив с помощью термоклея. (Заменил свинцовую батарею в старом фонаре)
Безусловно, что бы клей нормально держался, необходимо обязательно обезжирить все поверхности изопропиловым спиртом, в крайнем случае, бензином или специальным очистителем (к сожалению качество бензина со строительного рынка отвратительно), простой спирт не пригоден, поскольку не растворяет масленую пленку. А также дождаться прогрева клея, т.е. клеить не сразу как клей начал выдавливаться из термопистолета, а дать еще минуту две на перегрев.
Также эти зарядки могут заряжать различные пальчиковые литиевые аккумуляторы. Для подключения к аккумулятору удобно использовать контактники сделанные из неодимовых магнитов (под рукой для фото к сожалению был только АА элемент).
При пайке магнитов необходимо избегать их нагрева, иначе они потеряют свои свойства. Покрытие магнитов никель, поэтому для лужения желательно использовать активный флюс. Дополнительно для теплоотвода я зажимал магнит в плоскогубцы.
Если для питания самоделки требуется более высокое напряжение, то можно прикупить DC-DC Step UP преобразователь. Цена на Али начинается примерно с 50 центов.
Приведенная для примера плата имеет крайне компактные размеры. Для нее указывается максимальное напряжение 28в и максимальный ток 2А. Но необходимо учитывать, что указанный ток в 2А это ток ключа. Для долговременного использования желательно по входу не превышать ток в 1А и в зависимости от того, на сколько вы увеличиваете напряжение выходной ток уменьшается примерно пропорционально, т.е. например, при выходном напряжении 15В максимальный долговременный ток нагрузки не должен превышать 200ма.
Как пример привожу вариант фонаря в экстремально минималистическом стиле. Все компоненты приклеены прямо к аккумулятору.
Мощный светодиод наклеен на алюминиевую пластину, служащую радиатором.
Со второй стороны приклеена плата USB зарядки и плата источника тока для светодиода на ток 350мА.
Некоторые моменты в использовании литиевых аккумуляторов
При глубоком разряде аккумулятора некоторые схемы зашиты полностью блокируют аккумулятор, как на разряд, так и на заряд.
И зарядить штатно аккумулятор не получится. Для восстановления придется вскрыть корпус аккумулятора и подключится на прямую к литиевому элементу. Я встречал рекомендации заряжать при глубоком разряде слабым током 10-50ма до достижения напряжения 3.3-3.5в, далее уже можно заряжать штатно.
Для новых аккумуляторов важен правильный старт, особенно для устройств с высоким потреблением.
Производители для увеличения срока хранения новых аккумуляторов в электролит вносят добавки. Эти добавки помимо значительного уменьшения тока саморазряда, также увеличивают внутреннее сопротивление аккумулятора. Что при высоких токах потребления приводит к чрезмерному разогреву, что может в итоге повредить аккумулятор. Помимо этого аккумулятор не может выдать в нагрузку полную емкость. При зарядке эти добавки в электролит распадаются. Для полного разложения добавок необходимо держать аккумулятор включенным в зарядку не менее 12 часов.