Дмитрий Радищев (dibr) wrote,
Дмитрий Радищев
dibr

Category:

Надкусыватели мифов

     Что мы знаем про химические источники тока ("батарейки")?
     Ну, например, "всем известно", что:
       - при выборе между NiMH аккумуляторами и щелочными батарейками лучше брать аккумуляторы, потому что у них более пологая разрядная характеристика и ниже внутреннее сопротивление,
       - литиевые батарейки (это которые CR-xxx) обладают почти плоской разрядной характеристикой: держат напряжение "до последнего иона", а потом сразу умирают,
       - LiIon аккумуляторы всем хороши, но при заморозке ниже -10..-15°С необратимо и насмерть умирают насовсем, а ниже 0°C - просто теряют заряд.

     Раз уж я какое-то время назад приобрёл себе тестер с подключением к компьютеру - попробуем разобраться, насколько всё это верно :-)
     

     

     Для измерений был собран небольшой стендик (см. рис), который был брошен в кучу остального хлама, и последнюю неделю трудился, измеряя параметры разного рода батареек :-)
     У исследуемых химических источников тока измерялась зависимость разрядного тока от времени при разряде на постоянное сопротивление. Это не совсем то, что обычно называют "разрядной характеристикой" (зависимостью напряжения на элементе от времени при постоянном разрядном токе), но на пологом участке разрядной кривой ток изменялся слабо, на падающем же участке могут быть интересные артефакты, которые при разряде постоянным током "срезаются" переполюсовкой батареи. Впрочем, доработка стендика для разряда постоянным током - в планах на ближайшее время.
     Разряд производился на постоянное сопротивление, включенное последовательно с тестером. Сопротивление выбиралось дискретно, переключателем, чтобы избежать разброса сопротивлений от теста к тесту. Точные номиналы не приводятся - приблизительно номинал сопротивления можно оценить по току и номинальному напряжению элемента, а точный надо было измерять специально (поскольку к нему прибавляется заранее неизвестное сопротивление тестера), а мне было лениво :-) Автовыбор диапазона измерений был отключен (диапазон выбирался вручную) для предотвращения артефактов в момент смены диапазона. Шаг дискретизации составлял 0.1 мА, сопротивление выбиралось так, чтобы ток разряда на основном (пологом) участке составлял приблизительно 100 мА.

     Сразу оговорюсь, что испытывались отдельных экземпляры ХИТ, но не серии, поэтому далеко идущих выводов делать не стоит, но как повод задуматься эти картинки вполне можно использовать.

     А теперь - приступим:


     "При выборе между NiMH аккумуляторами и щелочными батарейками лучше брать аккумуляторы, потому что у них более пологая разрядная характеристика и ниже внутреннее сопротивление".

     Возразить на самом деле сложно: у NiMH действительно более пологая разрядная характеристика (более пологая чем у "литиевых батареек" и даже LiIon аккумуляторов), и действительно ниже внутреннее сопротивление. Поэтому для приборов с большим потребляемым током (те же фотоаппараты, хотя современные модели заметно менее жручи чем старые) NiMH показывают лучшие результаты - не потому что у них выше емкость, а потому что фотоаппарат "выплёвывает" щелочную батарейку, использовав весьма малую часть её ёмкости.

     А что будет при разряде небольшим током - скажем, при ~восьмичасовом разряде?
     На графике - разрядная кривая для двух щелочных "мизинчиковых" (ААА, LR03) батарей (GP и Camelion), и одного "мизинчикового" (ААА, HR03) аккумулятора GP 800 mAh. Аккумулятор не новый, поэтому удивляться что вместо заявленных 800 мАч он отдал всего около 650 мАч не стоит. С другой стороны - быть "не новым и слегка изношенным" есть нормальное состояние аккумулятора: их покупают для того, чтобы использовать много раз, это батарейки используют раз и выкидывают. Графики можно "пересчитать" на "пальчиковые" батарейки, взявши примерно втрое большие токи и емкости.

     

     Видно, что:
       - разрядная кривая NiMH действительно очень пологая, с резким обрывом. Это означает, в частности, что устройство будет показывать "полный бак электричества" почти до конца, а потом очень быстро вырубится. Действия, известные под названием "ну кисонька, ну ещё капельку" (дать отдохнуть, нагреть в руках) будут малоэффективны: аккумулятор действительно отдал всё что было, больше в нём в общем-то ничего и нет.
       - при токе 100 мА (для ААА, соответственно 200-300 мА для АА) напряжение на щелочных батарейках почти совпадает с напряжением на NiMH аккумуляторе. Поскольку номинальное напряжение NiMH - 1.2 В, а щелочной батарейки - 1.5 В, это означает что даже 100 мА довольно заметно "подсаживают" щелочную батарейку, и при бóльших (непрерывных) разрядных токах пользы от щелочной батарейки будет мало.
       - однако при небольшом (не более 80-90 мА для ААА, ~200 мА для АА) разрядном токе видно, что щелочная батарейка способна отдать в 1.5-2 раза больше энергии, чем NiMH аккумулятор! Правда, устройство должно быть способно эту энергию "съесть", поскольку разрядная кривая довольно заметно загибается вниз, то есть напряжение на элементе заметно падает.

     Если быть кратким - для устройств с небольшим током потребления, или с периодическим режимом работы (фонарики, GPS-приемники, современные мыльницы при съемке в режиме "снял десять кадов, сунул в сумку") щелочные батарейки могут обеспечить заметно большее время работы. Плюс батареек - не надо париться о "эффектах памяти" и режимах заряда, достаточно выкинуть и купить новую :-) Недостаток - аккумулятор можно использовать сотню раз с не очень большой потерей емкости, батарейку же - ровно один раз. С третьей стороны - батарейка в десять раз дешевле аккумулятора, а далеко не все реально используют аккумуляторы так уж часто.

     И до кучи - ещё один забавный эффект. Я заметил его на графике у батарейки GP, а для батарейки Camelion не пожалел три дня на воспроизведение:

     

     ...как видно из рисунка, после полного разряда батарея не умирает! У неё открывается второе дыхание - ток медленно, но верно начинает расти! Потом, правда, "скрытые ресурсы" кончаются, и ток опять падает, да и ток этот на уровне единиц миллиампер, что практического интереса не представляет, но всё равно любопытно - я-то считал, что батарейки разряжаются только монотонно :-)


     "Литиевые батарейки (это которые CR-xxx) обладают почти плоской разрядной характеристикой: держат напряжение "до последнего иона", а потом сразу умирают".

     Собственно, см. рис. Когда я посмотрел на разрядную кривую "бочонка" CR123 производства Duracell, я решил что то-ли у меня, то-ли у тестера глюки: такие "американские горки" (особенно в самом конце графика) сложно объяснить разумом :-) А когда кривая воспроизвелась почти идентичным образом на "бочонке" производства GP, я понял, что "тенденция, однако".

     

     В-общем, в пологой части (при токе ~110 мА) у литиевых "бочонков" отдается около 2/3 емкости, дальше поведение совершенно неожиданное. Кстати, может быть этим можно объяснить "странные глюки" материнских плат с подсевшими, но не мёртвыми, литиевыми "таблетками"?..


     "LiIon аккумуляторы всем хороши, но при заморозке ниже -10..-15°С необратимо и насмерть умирают насовсем, а ниже 0°C - просто теряют заряд".

     А вот тут начинается самое интересное!
     Внутреннее сопротивление LiIon аккумуляторов действительно довольно резко растет при падении температуры: "жручие" устройства начинают капризничать уже при плюсовых температурах, при "оттавании", впрочем, всё продолжает работать. Но речь не об этом, а о том, что LiIon аккумулятор вроде как бы можно необратимо разрушить, оставив на морозе в -15°C, да и даже небольшой "минус" им не на пользу - теряет заряд (разряжается, проще говоря).

     Для проверки был взят первый попавшийся LiIon аккумулятор "для сотового", купленный за 50р на развале неликвидных аккумуляторов в "домашнем компьютере". Аккумулятор был заряжен, разряжен через тестер, повторно заряжен/разряжен через тестер (первые две кривые), заряжен ещё раз. Полностью заряженный аккумулятор был засунут в морозильную камеру холодильника, рядом был положен спиртовый термометр, холодильник включен в режим "суперзаморозки".
     Я-то думал, что "суперзаморозка" поморозит пару часов и самовырубится, но утром выяснилось, что "суперзаморозка" продолжает работать, а спирт в градуснике (с нижним пределом -33°C) свернулся в комочек где-то внизу. То есть температура была однозначно ниже -30°C!
     Выключив "суперзаморозку" я оставил аккумулятор в морозильнике до вечера, чтобы общее время составило сутки. Температура к вечеру поднялась до -25°C. Таким образом аккумулятор провёл сутки при температуре -25..-30°C.
     После чего аккумулятор был "разморожен" (выдержан около часа при комнатной температуре), и без подзарядки вставлен в стендик (третья кривая). После разрядки аккумулятор был заряжен и разряжен ещё раз (четвертая кривая), чтобы убедиться в сохранности ёмкости.

     А теперь - слайды!

     

     ...нет, конечно можно сказать, что чуть-чуть увеличилось внутреннее сопротивление, за счет чего "красные" графики чуть просели, что в конце пологой части кривой наблюдается наибольшее расхождение - много чего можно сказать. Но честно - вы видите разницу между этими графиками? Она, разница эта, хоть сколько-нибудь существенна? Да он даже чуть дольше проработал после заморозки, присмотритесь внимательнее! :-)

     А это значит, что подопытный экземпляр LiIon аккумулятора, при заморозке до -25..-30°C в течении суток, не только не был "необратимо поврежден", но даже не потерял ни одного процента заряда. Хотя возможно совсем чуть-чуть, "на пределе видимости приборами", увеличил внутреннее сопротивление.

     Что не может не радовать :-)

     ...что бы ещё потестировать?...
Tags: самодельство
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 35 comments