чем заменить мизинчиковые батарейки

То, чего не может быть: литий-ионный аккумулятор на 1,5 В в формате «мизинчиковой» батарейки AAA

Хорошие батарейки, как известно, стоят денег. Поэтому всё прогрессивное мировое человечество стремилось заменить батарейки на аккумуляторы. Причём, в идеале аккумуляторы должны были совпасть по размеру с батарейками; а лучшие на сегодня аккумуляторы — литий-ионные.

Но, как известно, литий-ионные аккумуляторы и их различные модификации имеют номинальное напряжение около 3.7 V; и по этой причине на замену обычных одноэлементных батареек с напряжением 1.5 V они никак не подходят (можно сжечь питаемую аппаратуру).

А ведь так было бы здорово применить их на замену обычным цилиндрическим батарейкам!

Литий-ионные аккумуляторы так хороши своим долгим сроком службы и очень большим числом допустимых циклов перезаряда, что творческая мысль человечества продолжала неустанно работать в этом направлении.

В итоге выход был найден, и в природе теперь существует литий-ионный аккумулятор для полноценной замены «мизинчиковой» батарейки типоразмера AAA с напряжением 1.5 V (а также и других типоразмеров, кроме AAAA).

Техническое решение здесь – достаточно очевидное с точки зрения схемотехники, но довольно сложное в конструктивном исполнении: в корпусе батарейки надо разместить не только «обычный» литий-ионный аккумулятор; но ещё при этом для его зарядки в корпус «батарейки» надо встроить контроллер заряда; а для выдачи наружу напряжения 1.5 Вольт – понижающий преобразователь.

Столь непростая «начинка» требует для себя определённого пространства, поэтому реализовать такую схему в «супермизинчиковых» батарейках формата AAAA даже китайским умельцам пока не удалось. А вот создать такую конструкцию в более крупном формате батарейки AAA (обычная «мизинчиковая») – удалось, и именно она и будет у нас протестирована.

У читателя возникнет логичный вопрос: зачем такой «огород» городить, когда существуют недорогие никель-металлогидридные аккумуляторы такого же типоразмера, и притом совсем недорогие?!

Дело здесь в том, что у никель-металлогидридных аккумуляторов номинальное напряжение — только 1.2 V; а не 1.5 V, как у батареек. Из-за этого многие виды аппаратуры будут воспринимать их как «подсевшие» батарейки, и долго с ними работать не будут.

Основные параметры и конструкция Li-ion аккумулятора в формате батарейки AAA

Основные параметры, заявленные производителем, таковы:

Всё здесь в характеристиках понятно, кроме одного: что они подразумевают под ёмкостью? Это — ёмкость внутреннего аккумулятора (как в смартфонах); или же ёмкость, передаваемая на выход (которая, собственно, и интересует потребителя)?

Попытаемся дать ответ на этот вопрос по ходу обзора.

Внешний вид аккумулятора почти не отличается от самой обычной батарейки:

Логотип производителя — на месте; номинальное напряжение — 1.5 V; всё — как у батарейки!

Но если чуть повернуть «батарейку» на другой бок, то становится видна самая интересная её деталь: разъём micro-USB:

Этот разъём используется для подзарядки этого нетривиального устройства.

На аккумуляторе нанесена вся информация, необходимая пользователю, так что отдельная инструкция не требуется.

На виде сверху заметно небольшое отверстие в «крышке»:

Это отверстие предназначено для лучшей видимости светодиодного индикатора зарядки, скрывающегося внутри аккумулятора.

Светодиод светится красным цветом во время зарядки и переключается на зелёный по её завершении, так что пользователю не придётся гадать, зарядился аккумулятор или нет:

Заряжать аккумулятор можно любой стандартной телефонной «зарядкой» на 5 Вольт и ток от 0.5 Ампера с кабелем микро-USB. Таких зарядок, я думаю, у всех дома скопилось чуть более, чем очень много; так что покупать отдельно не придётся (экономия!).

Со стороны дна ничего особенного нет:

В завершение осмотра — ещё два ракурса с подключенным к аккумулятору кабелем микро-USB:

Теперь переходим к боевым испытаниям этого мудрёного девайса.

Тест Li-ion аккумулятора в формате батарейки AAA

Тест начнём с замера тока заряда; заодно и продолжительность зарядки измерим. Замеры производились обычным USB-тестером, когда это было возможно.

Аккумулятор пришел из Китая с нулевым напряжением на контактах. Это вполне естественно, так как путь из Китая — долгий; а аккумулятор с контролерами внутри имеет больший саморазряд, чем «голый» аккумулятор.

В течение примерно получаса с момента начала зарядки ток заряда составлял 0.36 — 0.38 Ампера:

Такая величина потребляемого тока подтверждает, что заряжать можно любой стандартной зарядкой; а также от USB-порта компьютера или ноутбука.

Ближе к концу процесса заряда ток стал снижаться; а весь процесс зарядки занял чуть меньше 45 минут:

Величина заряда, «залитого» в аккумулятор, как видите, оказалась невелика и составила 264 мАч.

Для испытания аккумулятора на разряд пришлось отказаться от этого USB-тестера, т.к. как он может работать только с напряжениями от 3 V. Пришлось проводить измерения по технологиям древних людей, с использованием мультиметра и набора резисторов.

Напряжение холостого хода на контактах составило 1.53 V.

При подключении нагрузки в 100 мА напряжение почти не изменилось и составило 1.51 V.

Время разряда аккумулятора током 100 мА составило 5 часов 50 минут (т.е. 5.83 ч.).

Итого, ёмкость аккумулятора на разряд составила 583 мАч, что больше «залитой» ёмкости в 2 с лишним раза!

Ничего сверхъестественного в этом нет, и закон сохранения энергии не нарушается; поскольку при работе выходного преобразователя напряжение понижается, а ток — повышается. Точнее, так происходит, когда преобразователь — импульсного типа на основе индуктивности; а не простой линейный стабилизатор.

Теперь — особое замечание.

При работе аккумулятора на разряд в течение всего теста напряжение на выходе практически не падало, т.е. было застабилизировано очень хорошо. А в конце разряда практически мгновенно напряжение упало до нуля.

Для питаемой аппаратуры это точно будет хорошо: любая аппаратура любит стабильное питание. Но, с другой стороны, некоторые устройства по постепенному падению напряжения питания определяют процент оставшегося заряда, предупреждая пользователя о скором прекращении работы.

Здесь такого предупреждения не будет: устройство прекратит работу молча и без предупреждений.

Так что хорошо застабилизированное напряжение — это одновременно и достоинство аккумулятора, и его недостаток (по крайней мере, в некоторых случаях).

Бороться с этим недостатком можно так же, как мы боремся с отключениями мобильников: подзаряжать, не дожидаясь отключения (особенно — в случае длительного перерыва в использовании). Литий-ионным аккумуляторам частый подзаряд не вреден.

Также в ходе тестирования была проведена простая проверка на помехи. Её проведение связано со слухами, курсирующими в Сети, что источники питания со встроенными высокочастотными преобразователями могут быть источниками радиопомех.

Для проверки я установил тестируемый аккумулятор в mp3-плеер с FM-приёмником, работающий от батарейки формата AAA.

При этом никаких помех помех приёму FM-станций обнаружено не было: они работали так же, как и от обычной батарейки (сильные станции — хорошо; слабые — плохо).

Далее — проверка максимального отдаваемого тока.

Заявленный производителем максимальный ток в 1 А аккумулятор отдал без проблем.

При дальнейшем повышении выходного тока до 1.4 А начинала срабатывать защита от короткого замыкания. Ток падал до нуля, затем периодически пытался восстановиться (до этой же величины), затем снова падал до нуля и так далее.

Альтернативный вариант: никель-цинковые аккумуляторы

Кроме рассмотренного варианта замены стандартных батареек на литий-ионные аккумуляторы того же форм-фактора, есть и ещё один вариант: замена на никель-цинковые аккумуляторы.

Они имеют почти такое же номинальное напряжение на выходе (1.6 V), как и у батареек (1.5 V).

Кроме того, они имеют более высокую ёмкость (по крайней мере, номинально), чем у протестированного литий-ионного аккумулятора, и стоят значительно дешевле.

Однако же, во многих обзорах развенчивают эти чудо-аккумуляторы, поскольку их ёмкость и длительность жизненного цикла оказываются значительно меньше заявленных.

Тем не менее, они тоже имеют «право на жизнь», особенно в тех случаях, когда они используются часто и с высокой токовой нагрузкой. В этом случае стратегия — «быстро использовал, быстро „сдохли“, быстро купил новые» может быть вполне экономически оправдана ввиду их невысокой цены.

Заключение

Заключение начну с возвращения к вопросу, что же может означать ёмкость 400 мАч, заявленная производителем — это ёмкость встроенного аккумулятора, или же ёмкость, отдаваемая на выход?

Увы, тестирование аккумулятора так и не смогло дать точного ответа на этот вопрос.

Ёмкость, «заливаемая» в аккумулятор, оказалась значительно меньше этой величины; а ёмкость, отдаваемая на выход — значительно больше.

Но всё-таки, по смыслу этой величины, это должна быть ёмкость, отдаваемая на выход. И тогда можно с чистой совестью констатировать выполнение и перевыполнение величины, заявленной производителем (вообще-то хотелось написать: величины, заявленной производителем «от балды»).

В целом же протестированный аккумулятор показал себя позитивным устройством, вполне достойным внимания потребителей.

В его «активе»:

В его «пассиве» (в недостатках):

Область применения:

Замена батареек во всех случаях, кроме очень малой нагрузки (например, в инфракрасных пультах дистанционного управления). При очень малой нагрузке и обычные батарейки служат настолько долго, что замена их на аккумуляторы протестированного типа не имеет ни практического, ни экономического смысла.

Посмотреть цену и/или купить литий-ионный аккумулятор в формате ААА можно на Алиэкспресс ссылка.

Кроме аккумулятора протестированного типа, в официальном магазине бренда ZNTER на Алиэкспресс можно найти и другие литий-ионные аккумуляторы для замены различных бытовых батареек, например, формат AA, и др. Работают они по тому же принципу, что и протестированный аккумулятор.

Источник

Литиевые аккумуляторы в формате батареек AA и AAA: достоинства и подводные камни

В обзоре будут рассмотрены литий-ионные аккумуляторы, предназначенные для замены батареек распространённых форматов AA и AAA (пальчиковые и мизинчиковые).

Создание таких аккумуляторов потребовало решения технической проблемы, вызванной чрезмерным несоответствием номинальных напряжений литиевых аккумуляторов (3.7 В) и стандартных батареек (1.5 В).

В обзоре данные аккумуляторы будут протестированы, определена область их применения и представлены обнаруженные «грабли», требующие осторожности в применении изделий.

По сравнению с предшественниками в них внедрено хотя и небольшое, но всё-таки новшество: разъём USB Type-C для их зарядки. Есть и другие тонкости в их работе.

Оба аккумулятора принадлежат к бренду SMARTOOOLS (именно так, с тремя «O»).

Содержание

Основные технические характеристики, принцип работы, конструкция и комплектность аккумуляторов

Технические характеристики как на странице продавца, так и на официальном сайте производителя представлены небогато. Далее они перечислены в таблице:

К сожалению, в характеристиках не указан один важный параметр: максимально-допустимый ток разряда. Попробуем сориентироваться в этом вопросе по ходу теста.

Приобрести аккумуляторы можно как поодиночке (без комплектации), так и с комплектным кабелем (что и было сделано в данном случае):

Комплектный кабель оказался с раздвоенным «хвостом»: им можно заряжать два таких аккумулятора одновременно.

В каждом из аккумуляторов имеется разъём USB Type-C для его зарядки, но расположены они по-разному. В аккумуляторе AA — перпендикулярно оси аккумулятора, а в AA — параллельно:

И вот здесь самое время сказать несколько слов о принципе работы этих аккумуляторов.

Как уже упоминалось в начале обзора, номинальное напряжение литиевых аккумуляторов (3.7 В) совсем не похоже на напряжение батареек (1.5 В).

Для приведения напряжения к стандарту батареек в корпусе аккумуляторов установлен полноценный DC-DC преобразователь, что позволяет понизить напряжение с 3.7 В до 1.5 В почти без потерь энергии. По-существу, на самом деле каждый аккумулятор представляет собой миниатюрный пауэрбанк.

В этом есть один большой «плюс» и один небольшой «минус».

Плюс состоит в том, что одновременно с преобразованием напряжения происходит его стабилизация: в течение всего времени разряда аккумулятора напряжение на контактах будет постоянным. Все электронные приборы и устройства любят стабильное питание!

Минус: DC-DC преобразователь потребляет небольшой ток даже тогда, когда аккумулятор ничего не делает (просто лежит). Этот ток — небольшой, обычно около нескольких микроампер, но при длительном хранении и он может разрядить аккумулятор (и, кстати, аккумулятор AAA пришел разряженным — вероятно, по этой причине).

К этому надо добавить, что и разъём для зарядки, и DC-DC преобразователь занимают часть места внутри устройства, отнимая его у встроенного литиевого аккумулятора. Более всего от этого страдает аккумулятор AAA, из-за чего его ёмкость получается в 4 раза ниже, чем ёмкость аккумулятора AA.

Вернёмся к рассмотрению дизайна аккумуляторов.

Их подключение на зарядку имеет свои особенности в конструктивном смысле. Посмотрите, как выглядят аккумуляторы с подключенным для зарядки кабелем USB Type-C; на первом фото — аккумулятор AA, на втором — AAA:

На фото видно, что в аккумулятор AA кабель входит прямо, а в аккумулятор AAA — под углом к оси аккумулятора. Пользователю надо об этом помнить и не пытаться вставить кабель в аккумулятор AAA прямо: при чрезмерном усилии можно будет что-нибудь сломать.

Есть между аккумуляторами и различие в расположении индикатора зарядки.

В аккумуляторе АА он расположен под разъёмом USB, а в аккумуляторе AAА — на противоположной от разъёма стороне:

В процессе зарядки индикатор мигает, по окончании — светится непрерывно.

Теперь переходим к тестам.

Тестирование литиевых аккумуляторов в формате батареек АА и ААА

Тесты начинаем с проверки ёмкости, отдаваемой в нагрузку аккумуляторами.

Проверку производим на умеренных токах нагрузки, которые вряд ли будут превышены в большинстве применений аккумуляторов (об исключениях ещё будет упомянуто).

Для аккумулятора ААА ток нагрузки был установлен в 150 мА, а для АА — 300 мА (он всё-таки крупнее).

В качестве нагрузки использовались обычные резисторы, т.к. стандартные тестеры для аккумуляторов на такие низкие рабочие напряжения не рассчитаны.

Аккумулятор ААА под нагрузкой 150 мА продержался 1 час 50 минут, ёмкость составила 275 мА*ч.

Этот результат не порадовал: ёмкость оказалась на 26% ниже заявленной (370 мА*ч). Такое расхождение — велико, и обычными технологическими колебаниями ёмкости аккумуляторов объяснить его не получится. Но можно его объяснить обычаями китайских производителей. 🙂

В течение всего времени разряда снималась осциллограмма напряжения на выходе. Почти в течение всего времени разряда напряжение поддерживалось на уровне 1.5 В, и только в самом конце разряда начались необычные процессы:

Осциллограмма снята с помощью осциллографа DSO150, нулевая линия находится в самом низу сетки, масштаб по горизонтали составляет 200 с / деление.

На осциллограмме видно, что примерно за 6 минут до первого падения к нулю образовалась ступенька на уровне 1.1 В.

Думаю, что эта ступенька получилась не сама собой и не случайно, а является интересным техническим решением. Его предназначение — сообщить питаемому устройству, что заряд подходит к концу.

Обычно устройства, питаемые от химических источников тока, определяют истощение источников по снижению их напряжения, которое у «настоящих» химических источников происходит плавно.

Здесь же установлен DC-DC преобразователь, который «намертво» стабилизирует напряжение на уровне 1.5 В. Но, благодаря этой ступеньке, на какое-то не очень большое время в питаемое устройство поступает «намёк», что дело плохо, и жить заряду осталось совсем недолго.

Благодаря этому пользователь будет предупреждён, что пора подзарядиться или сменить источник тока на резервный.

В общем, надо признать эту «ступеньку» остроумным и полезным техническим свойством аккумулятора!

В дополнение к этому надо сказать, что реакция питаемого устройства на эту ступеньку может быть разной в зависимости от количества последовательно соединённых аккумуляторов.

Например, Mp3-плеер IRIVER T60, питающийся только от одного элемента ААА, при наступлении этой ступеньки сразу стал резко жаловаться на критическое падение заряда (напряжение упало с 1.5 В до 1.1 В, это для него — большое падение).

А лазерный дальномер, питающийся от двух элементов ААА, показал только снижение заряда с 4-х условных единиц до 3-х (общее напряжение упало с 3 В до 2.6 В). Но всё равно и такое снижение при работе от подобных аккумуляторов следует рассматривать как критическое.

В самом конце приведённой выше осциллограммы идёт частокол попыток аккумулятора восстановить напряжение до 1.1 В. Но это — уже не рабочая область, не представляющая полезности.

Теперь посмотрим на осциллограмму тока заряда аккумулятора после разряда. Осциллограмма снималась с резистора 2 Ом, включенного в цепь заряда в качестве шунта.

Ток заряда оказался невысоким, всего 110 мА на плоском участке кривой. Затем началось постепенное падение зарядного тока; одним словом — самая что ни есть типичнейшая кривая. Зарядка до полного падения зарядного тока в ноль продолжалась 1 час 55 минут.

Теперь переходим к аккумулятору формата АА.

Аккумулятор АА под нагрузкой 300 мА продержался 4 часа 35 минут, ёмкость составила 1375 мА*ч.

Этот результат — лучше, чем у предыдущего аккумулятора; но и он до заявленных 1700 мА*ч не дотянул 19%.

График разряда таков:

График имеет аналогичную ступеньку на уровне 1.1 В, но в целом вид графика более строгий: имеется всего одна попытка восстановить напряжение до 1.1 В.

Зарядка после разряда продолжалась ровно 2 часа; максимальный ток заряда составил 360 мА.

Так что никакой поддержки «быстрой зарядки» здесь не обнаружено, а роль разъёма USB Type-C сводится только к удобству подключения (но и это — неплохо).

Теперь — важная информация об обнаруженных «граблях».

Оказалось, что в процессе зарядки аккумуляторов напряжение заряда (5 В) попадает на рабочие контакты аккумуляторов, и, соответственно, вместо положенных 1.5 В там появляются 5 В!

А из этого следует, что если пользователь вдруг захочет зарядить аккумулятор, не вынимая его полностью из устройства, которое от него работает, то это устройство можно просто сжечь!

Реальный итог (сгорит / не сгорит) зависит от схемотехники питаемого устройства, но, думается, что рисковать не стоит.

Следующий тест — проверяем пульсации выходного напряжения аккумуляторов. Ибо, раз в них есть импульсный DC-DC преобразователь, то они там просто обязаны быть, ну хоть чуть-чуть!

Пульсации проверялись в процессе теста измерения ёмкости, и, соответственно, при тех же токах разряда (150 и 300 мА на резистивной нагрузке).

Пульсации аккумулятора формата ААА:

Преобразователь работает в режиме пачек импульсов, частота заполнения составила 1.5 МГц, частота следования пачек в протестированном режиме — 83 кГц. Уровень пульсаций пик-пик составил 58 мВ.

Пожалуй, такие пульсации нельзя назвать маленькими; но, в условиях работы с реальной аппаратурой (в которой, в соответствии с манерами хорошего тона, должны стоять конденсаторы по питанию) пульсации должны уменьшиться в разы.

Чтобы проверить, не создают ли эти пульсации помехи для аппаратуры, аккумулятор был вставлен в качестве источника питания в упомянутый выше древний плеер IRIVER T60. При его питании от этого аккумулятора качество приёма FM-станций нисколько не пострадало.

Теперь — осциллограмма пульсаций для аккумулятора формата АА:

Эта осциллограмма совсем не похожа не предыдущую, хотя и в ней можно тоже можно найти две составляющие: «быструю» (1.5 МГц) и «медленную» (около 250 кГц).

Уровень пульсаций пик-пик — невысокий, 20 мВ.

Теперь разберёмся с предельным рабочий током и реакцией на короткое замыкание.

Вспомним, что производитель не указал предельно-допустимые токи выхода для аккумуляторов. Сейчас попытаемся их угадать.

Постепенное повышение тока выхода показало, что напряжение на выходе аккумулятора ААА срывается при токе 1.1 А, а на выходе аккумулятора АА — при токе 1.3 А.

С учетом того, что перегрев электроники, расположенной внутри аккумуляторов в ограниченном объёме, может быть быстрым и разрушительным, целесообразно обозначить предельно-допустимый ток выхода в длительном режиме на уровне около 0.5 от этих значений.

То есть, для аккумулятора формата AAA — 0.6 А, а для аккумулятора AA — 0.7 А.

А оставшийся запас сверх этих значений пригодится для работы питаемых устройств в моменты включения; когда аппаратура, как правило, потребляет ток выше, чем в установившемся режиме.

Следующим пунктом была проверена реакция на короткое замыкание.

Ток короткого замыкания для обоих аккумуляторов составил 1.4 А; короткое замыкание в течение 5 секунд не привело к выходу аккумуляторов из строя. Более длительное замыкание я не решился устроить, так как при таком токе в электронике аккумуляторов уже может что-нибудь само по себе отпаяться.

Конкуренты

Конкурентов у протестированных аккумуляторов, извините, ну просто как гуталина на гуталиновой фабрике. Среди них есть как традиционные аккумуляторы, изготовленные по предшествующим технологиям; так и однотипные аккумуляторы.

К традиционным можно отнести никель-кадмиевые, никель-металлогидридные и никель-цинковые аккумуляторы.

К недостаткам всех этих типов аккумуляторов надо отнести значительно меньшее количество циклов заряда-разряда; и, более того, замечены случаи, что они могут выйти из строя, пока просто лежат и ничего не делают.

К дополнительным недостаткам никель-кадмиевыех и никель-металлогидридных аккумуляторов следует отнести их меньшую величину номинального напряжения (1.2 — 1.25 В); из-за чего при установке вместо батареек их ёмкость будет недоиспользована.

Что касается однотипных аккумуляторов, то их производителей тоже в достатке. Можно упомянуть марки Palo, GTF, Znter и другие. С обзором аккумулятора Znter формата AAA можно ознакомиться здесь. Он лишен элегантного разъёма Type-C и не имеет в характеристике разряда «ступеньки», предупреждающей о скором исчерпании запаса энергии; но зато его ёмкость получилась вдвое выше, чем у протестированного аккумулятора AAA!

Итоги, выводы, область применения

Начнём с плохой новости: ёмкость обоих протестированных аккумуляторов оказалась ниже заявленной производителем, особенно это касается аккумулятора формата AAA. Увы, в очередной раз не удержались наши китайские товарищи перед греховным соблазном завысить технические характеристики.

Зато все остальные новости будут только хорошими!

Аккумуляторы отличаются точным соответствием выходного напряжения номиналу стандартных батареек, высокой стабильностью выходного напряжения, а также большим количеством циклов заряда-разряда, характерным для литий-ионных аккумуляторов.

Кроме того, для них не требуется приобретение зарядного устройства: они могут заряжаться от любой телефонной зарядки с разъёмом USB, коих сейчас в каждом доме скопилось предостаточно.

Вместе с тем не следует устанавливать эти или подобные им аккумуляторы везде, где попало.

Они не подойдут для применения в аппаратуре со слишком малым или слишком большим потреблением по току.

В качестве аппаратуры с очень малым потреблением можно упомянуть, например, пульты дистанционного управления. В них и обычные батарейки успешно работают без замены многие месяцы.

А в качестве аппаратуры со слишком высоким потреблением можно упомянуть внешние фотовспышки. По утверждениям фотографов, импульсный ток их потребления в процессе заряда накопительного конденсатора может достигать нескольких ампер.

Применение аккумуляторов протестированного типа будет целесообразно в измерительных приборах, игрушках, некоторых типах осветительных приборов и т.п.

Что касается применения в тонометрах и других медицинских приборах, то необходимо ознакомиться с инструкцией к приборам на предмет выяснения величины потребляемого тока (не будет ли она превышать предельно-допустимую для аккумуляторов).

Купить протестированные аккумуляторы формата AAA на Алиэкспресс можно здесь, а формата AA — здесь.

Источник