Аккумуляторы – Часть первая: замена батареек

Озадачился на днях приведением в порядок знаниями об аккумуляторах, разобраться с существующим существующим многообразием доступных аккумуляторов. С той частью, что доступна для использования на замену солевым и щелочным элементам. Вот делюсь результатом.

В первую очередь хотелось бы рассмотреть замену стандартным батарейкам форматов АА и ААА. Т.Е. то, что можно засунуть вместо обычной батарейки и ничего не случится :-). Сам я в основном использую NiMH, также есть несколько NiCd для особых случаев, а на NiZn недобро посматривает жаба так, что опыта их использования пока не имею.

Аккумуляторы vs батарейки

Аккумуляторы предпочтительны к использованию в большинстве случаев: средняя емкость щелочных батареек 1800 мАч для АА и 750 мАч для ААА (Большое тестирование батареек) соответствует таковой у NiMH аккумуляторов, притом лучшие аккумуляторы превосходят по этому показателю лучшие батарейки. Опять эе экология. Разница в стоимости (даже в учетом покупки зарядного устройства) имеет значение только в случае очень редкого их использования. Остается только необходимость периодического заряда аккумулятора, ну так и батарейки покупать нужно.

Остаются варианты использования батареек в необслуживаемых устройствах потребляющих малые токи, например пожарных извещателях. В качестве аварийного резерва или в устройствах длительного хранения, в последнем случае имеет смысл использовать литиевые (дорого, но большая емкость, до конца держат напряжение, работают на морозе).

Никель-кадмиевые аккумуляторы (NiCd)

Одни из старейших, придуманы в позапрошлом веке(1899), сейчас по экологически причинам перестают производится. Применяются в устройствах с большими токами разряда и заряда. Из за низкого сопротивления не нагреваются даже при заряде большими токами. Но на малых токах быстро теряет емкость.

В плюсах высокая надежность, могут хранится разряженными и хранится долго, низкое внутреннее сопротивление, стабильно работают на морозе (до -40 °C), устойчивость к механическим повреждениям, отсутствие самовозгорания, большой срок службы (до 25 лет). Сравнительно большое количество циклов заряда/разряда (до 1000). Низкая стоимость. В минусах эффект памяти (обходится правильной эксплуатацией, в отдельных случаях лечится тренировкой циклами полного заряда/разряда). Малая по нынешним временам емкость. Сравнительно большой саморазряд (до 10% в месяц). Токсичность.

Сейчас чтобы найти NiCd форматов АА/ААА нужно постараться, единственные найденные в продаже вызывающие доверие KINBAT (на Али) запасайтесь пока есть, складывайте в сухое место к спичкам и соли, случись зомби-апокалипсис пригодятся. Лично у меня им применение найдется.

Никель-металлогидридные (NiMH)

Сейчас это наиболее популярный тип аккумуляторов батареечного формата. Разрабатывались на замену никель-кадмиевых аккумуляторов с 70 годов прошлого века, к концу 80-х начало получатся. По сравнению с предшественником имели менее выраженный эффект памяти, на 20 % большую емкость, но меньший срок службы — от 200 до 300 циклов заряда/разряда и в 1,5-2 раза больший саморазряд. В 2005 появились никель- аккумуляторы с низким саморазрядом LSD (low self-discharge). Последние кроме низкого саморазряда имеют большее время жизни (до 1500 циклов), меньшее внутреннее сопротивление (способны отдавать большие токи) лучше сохраняют емкость, более стабильное напряжение. Но. Меньшая надежность по сравнению с NiCd, меньший срок службы, со временем деградируют. Хуже переносят высокие температуры. Необходимость хранить с контролем заряда (хранят полностью заряженными в холодильнике при температуре не ниже 0 C, с регулярной проверкой напряжения (не ниже 1 В) и подзарядкой по необходимости).

Следует ориентироваться на среднюю емкость 1700 для АА, и 850 для ААА. Согласно этому тестированию максимальная емкость для АА не превышает 2550 мАч, и 1060 мАч для ААА, большая емкость на этикетке скорее всего не соответствует действительности. Кроме того большая емкость больший саморазряд. Поэтому емкие аккумуляторы рекомендуется использовать сразу после заряда в устройствах с высоким потреблением энергии за короткое время. Аккумуляторы же с малой емкостью использовать в устройствах с малым длительным потреблением или используемых периодично. Умершие аккумуляторы попадают в пульты от телевизора :-).

Какие брать? Китайские PKcell, хорошие отзывы, лучшее соотношение цены к емкости (на Али), если есть доступ к ИКЕЕ их фирменные ЛАДДА еще лучше, наверное по совокупности характеристик лучшие из доступного.

Никель-цинковые (NiZn)

Новые старые аккумуляторы. Недавно появились в продаже хотя давно известны. Еще одна замена никель-кадмиевых. Вроде бы даже рекомендованы европарламентом в этом. Благодаря напряжению в 1.6 В, являются более адекватной заменой щелочных элементов. Стандартная емкость для АА порядка 1500 мАч (важно: производители любят указывать емкость не в мАч, а в мВтч). Из достоинств большие емкость сравнимая с NiMH при меньшей стоимости (в теории). Малый саморазряд, низкое внутреннее сопротивление. Экологичны. Из недостатков малое количество циклов заряда/разряда (до 300), необходимость в отдельном зарядном устройстве (на момент написание доступные универсальные отсутствовали), высокое напряжение (не все устройства переносят питание повышенным напряжением), по отзывам не переносят сильного разряда под нагрузкой (ниже 1.2 В).

Производятся сколькими китайскими производителями, из известных у нас PKcell (на Али) продаются в комплекте с зарядным. Относительно дорого.

Методика заряда аккумуляторов

Условно можно выделить несколько методов зарядки:

  • Медленный заряд — постоянным током 0.1-0.2С в течении 7-15 часов. Долго, но безопасно.
  • Быстрый заряд — заряд постоянным током в 1/3С в течение 3—5 часов (для NiZn поддерживается быстрая зарядка током от 0.5C до 1C до достижения напряжения 1.9 В). Золотая середина.
  • Ускоренный или “дельта-V” заряд — заряд с начальным током пропорциональным 1С, при постоянном измерении напряжения, заряд полностью заряженного аккумулятора прекращается. Самый быстрый (время заряда 1 -1.5 часа), но возможно разрушение аккумулятора.
  • Реверсивный заряд — чередование длинных импульсов заряда с короткими импульсами разряда. Теоретически убирает эффект памяти у NiCd и NiMH аккумуляторов.

Применяемый метод заряда зависит от использования зарядного устройства. Некоторые зарядные устройства позволяют настраивать режим заряда. Например для себя я выбрал LiitoKala Lii-500, сравнительно недорого, можно выбрать ток заряда, несколько режимов тестирования и … подробно расписано во множестве обзоров в интернете. Впрочем покупка навороченного зарядного устройства имеет смысл только если вы собираетесь активно пользоваться разными типами аккумуляторов и не поленитесь разобраться в режимах заряда, во всех остальных случаях хватит более простого, например той же LiitoKala Lii-100 или вообще любого ноунейма.

C(apacity) – емкость аккумулятора, 1С отношение тока заряда к емкости, например для С равной 1000 мАч, ток заряда будет 1 А.

NiCd аккумуляторы перед зарядкой необходимо полностью разрядить, хорошо если это может сделать зарядное устройство.

Небольшой лайфхак владельцам зарядок с режимом тестирования емкости из разновидности потребительского экстремизма заказываете аккумуляторы в китаях, находите несоответствие емкости после чего требуете деньги назад.

Для справки

Емкость — количество электричества помещающегося в аккумулятор, которое он отдаст при определенном токе и за определенное время (обычно принимается количество в 1 Кл, при силе тока 1 А в течение 1 с (1 Ас = 1 Кл, 1 Ач = 3600 Кл)).

мАч и мВтч, в чем разница? Если грубо то мВтч(количество энергии) это мАч(количество электричества) умноженное на напряжение. Аккумулятор NiMH 1000 мАч будет иметь 1000*1.2=1200 мВтч, а NiZn 1000*1.6=1600 мВтч. Т.е. два аккумулятора с равной емкостью имеют разные показатели по энергии, этим и пользуются производители рисуя большие цифры.

Саморазряд — потеря аккумулятором заряда после полной зарядки при отсутствии нагрузки. Максимальный в первые часы после заряда, потом замедляется.