Когда батарейка считается разряженной
Содержание:
Автор: Олег Артамонов
Страница: 5 из 5
| Обобщение результатов |
Выше мы приводили для каждой из протестированных батареек разрядные графики — зависимость напряжения на батарейке от времени при заданной нагрузке. Однако сравнивать батарейки по ним трудно, поэтому ради большей наглядности мы рассчитали для каждой из батареек её ёмкость и свели результаты в несколько диаграмм.
Впрочем, перед тем, как переходить к числам, стоит поговорить о самой ёмкости. Традиционно её указывают в ампер-часах: ёмкость 1 А*ч означает, что батарейка может отдавать ток 1 А в течение часа. Вообще говоря, такое определение ёмкости неверно — ведь ёмкость есть количество запасённой в батарейке энергии, энергия измеряется в джоулях, которые, в свою очередь, пересчитываются в "электрические" единицы по формуле 1 Дж = 1 Вт*с. Соответственно, и ёмкость батареек надо измерять в ватт-секундах (или, что удобнее, в ватт-часах), а вовсе не в ампер-часах.
Проиллюстрируем сказанное простым примером. Допустим, мы взяли две батарейки напряжением по 1,5 В и паспортной ёмкостью по 1 А*ч и соединили их последовательно. Мы получили батарею с ёмкостью тот же 1 А*ч — если её нагрузить током 1 А, она сядет через 1 час, ведь в течение этого часа каждая из батареек будет отдавать ток 1 А. Но ведь на самом деле ёмкость такой батареи — вдвое больше, чем у каждой отдельной батарейки. Поэтому правильнее учитывать ёмкость именно в ватт-часах. В приведённом выше примере для одной батарейки она будет равна 1,5 Вт*ч, для двух — 3 Вт*ч независимо от способа их соединения (последовательно или параллельно).
Особенно важно это учитывать при сравнении батареек и аккумуляторов с разными рабочими напряжениями: так, в литий-ионном аккумуляторе с паспортной ёмкостью 1 А*ч и рабочим напряжением 7,4 В энергии запасено много больше, чем в Ni-MH аккумуляторе с паспортной ёмкостью 2,7 А*ч и напряжением 1,2 В — 7,4 Вт*ч против 3,24 Вт*ч.
Для элементов питания с одинаковым паспортным напряжением указание ёмкости в ватт-часах приобретает смысл, если учесть, что при разряде напряжение на них падает по-разному. Скажем, если две батарейки на токе 1 А сели за час, но первая почти всё время держалась на напряжении около 1,2 В, а вторая быстро просела до 0,9 В — очевидно, что первая отдала больше энергии.
Впрочем, если привязываться к реальным нагрузкам, то у них может быть разный характер энергопотребления: как правило, простые устройства (фонари, электромеханические детские игрушки и так далее) потребляют тем больший ток, чем больше напряжение батарейки, а вот электронные устройства (фотоаппараты, плееры и так далее) склонны потреблять постоянную мощность — то есть, чем больше напряжение питания, тем меньший ток им требуется, и тем легче режим работы батарейки в них. Поэтому для вторых ёмкость в ватт-часах имеет наибольшее значение.
Кроме того, важно определиться, что мы считаем окончанием разряда. В своих статьях для батареек мы будем брать две точки: падение напряжения батарейки до 0,9 В и до 0,7 В. Первая выбрана из соображений, что многие устройства могут просто отказаться работать при меньшем напряжении, поэтому в них батарейку, "просевшую" ниже 0,9 В, можно смело считать разряженной. Однако есть и устройства, способные работать при напряжениях вплоть до 0,7 В — это различная электроника, использующая для получения нужного ей питания повышающие импульсные преобразователи. Продолжать тестирование при падении напряжения ниже 0,7 В смысла нет — абсолютное большинство батареек при достижении этой границы уже полностью разряжены, и далее напряжение на них спадает до нуля почти мгновенно. Поэтому в качестве второй точки мы выбираем момент, когда батарейка разрядилась до 0,7 В.
Также, чтобы нашим читателям было проще ориентироваться в цифрах, приведём табличку с результатами измерений энергопотребления различных устройств из предыдущей статьи:
Итак, для каждой батарейки в каждом из тестов будут представлены четыре значения: ёмкость в ампер-часах и в ватт-часах при разряде до 0,9 В и до 0,7 В. Сортируются результаты по значениям для разряда до 0,9 В, как по наиболее жёсткому из критериев.
Среди солевых батареек на малом токе победила продукция Camelion, в аутсайдеры попали батарейки GP Supercell, продемонстрировав изрядное отставание от серии Greencell того же производителя. При этом в целом все батарейки показали очень скромный результат, лишь одна смогла дотянуть до 0,5 А*ч, да и то — при глубоком разряде до 0,7 В.
При пересчёте в ватт-часы картина не меняется. В средней группе поменялись местами две пары батареек, но разрыв между ними и в предыдущем тесте был на уровне погрешности измерений.
На токе 750 мА результат крайне печален: до границы 0,9 В все батарейки "просели" почти мгновенно. Использовать солевые батарейки в фонаре, фотоаппарате и тому подобной аппаратуре по этой причине совершенно бессмысленно: в лучшем случае, время их работы исчисляется минутами, в худшем — устройство вообще не включится.
При разряде до 0,7 В вперёд вышла батарейка Camelion — выше мы уже обсуждали её странное поведение при разряде большими токами. Впрочем, погоды это не сделает, результат всё равно крайне скромен.
При переходе к измерению ёмкости в ватт-часах позиции в рейтинге сохраняются.
А вот щелочные батарейки при разряде малым током показывают совсем другие значения! Более того, для них довольно невелика разница между ёмкостями, измеренными по падению напряжения до 0,9 В и до 0,7 В — а значит, батарейка эффективно отдаёт большую часть накопленной в ней энергии до того, как её напряжение серьёзно "просядет".
Лидируют батарейки Varta High Energy, вплотную за ними идут Sony, "Космос" и другие. Хуже всех выглядят батарейки IKEA Alkaline и GP Super Alkaline (в том числе и продающиеся под маркой "Старт"). Интересны в этом графике два момента: во-первых, "высокомощные" батарейки, такие как Energizer Maximum, Sony Stamina Platinum и Varta Max Tech не только не заняли первых позиций, а и проиграли менее мощным моделям тех же производителей. Во-вторых, батарейки Camelion Oxy-Alkaline, по ёмкости в ампер-часах занявшие последнюю позицию в рейтинге, при пересчёте в ватт-часы заметно продвинулись к его середине — связано это с их высоким рабочим напряжением. Впрочем, соперничать с Varta High Energy они всё равно не могут.
При разряде током 750 мА лидер остался тот же — Varta High Energy — но "высокомощные" батарейки заметно подтянулись к верхней части списка, а часть "маломощных", наоборот, резко провалилась вниз. Скажем, Energizer Maximum и Ultra+, Sony Stamina Platinum и Stamina Plus, по сути, поменялись местами.
При переходе к ватт-часам порядок в общем и целом сохраняется, за тем исключением, что батарейки Camelion Oxy-Alkaline благодаря своему высокому рабочему напряжению снова совершают прыжок вверх по рейтингу. В целом же можно с некоторой печалью отметить, что ёмкость всех батареек с ростом тока нагрузки сильно упала: ни один из участников не добрался даже до полутора ватт-часов.
Из сравнения диаграмм для разных нагрузок становится очевидно, что однозначно лучших батареек не бывает: разные их типы действительно приспособлены под разные задачи. Скажем, для светодиодного фонарика, потребляющего 100 мА, нет смысла переплачивать за дорогие батарейки максимальной мощности — это именно мощность, а не ёмкость, поэтому в устройстве, потребляющем небольшой ток, служат они ничуть не дольше более дешёвых собратьев.
Импульсный разряд с амплитудой тока 2,5 А — самый жестокий из наших тестов, зато именно в нём и проявляются преимущества "высокотехнологичных" мощных батареек. На первое место выходит Varta Max Tech, следом за ней идут Camelion Oxy-Alkaline, Sony Stamina Platinum и Energizer Maximum — то есть модели, изначально предназначенные для устройств с очень большим энергопотреблением.
При переходе к ватт-часам лидером становится Camelion Oxy-Alkaline — благодаря своему большому рабочему напряжению. В остальном картина не меняется.
В целом же надо отметить, что импульсная нагрузка с амплитудой 2,5 А — очень тяжёлая задача даже для щелочных батареек.
И, наконец, литиевые батарейки. Так как из представителей этого типа гальванических элементов в нашей статье присутствует только Energizer Ultimate Lithium, то сравнивать мы его будем с лидерами среди щелочных и солевых батареек — это позволит оценить, на что же способны литиевые батарейки и стоят ли они своих денег.
Впрочем, из этих двух диаграмм уже всё очевидно: на токе 750 мА литиевые батарейки в разы превосходят щелочные, результаты же солевых можно и вовсе не учитывать. Более того, при переходе к ватт-часам разрыв только увеличивается — литиевая батарейка лучше держит напряжение по мере разряда.
В тесте на импульсный разряд с амплитудой тока 2,5 А солевые батарейки сдаются сразу: первый же импульс просаживает напряжение на них почти до нуля.
Литиевая батарейка не просто сохраняет позиции, а и ещё более увеличивает отрыв от щелочной: при пересчёте в ватт-часы разница достигает пяти раз! И это, заметьте, по сравнению не с абстрактной "обычной батарейкой", а с лидером наших предыдущих тестов.
И, наконец, последняя таблица: внутреннее сопротивление батареек. Оно рассчитывалось по падению напряжения в тесте с импульсной нагрузкой, для расчёта брался участок графика, на котором напряжение с приходом импульса проседало до 1,0 В. Скажем, если при приходе очередного импульса напряжение просело с 1,32 до 1,0 В, то сопротивление равно (1,32В — 1,0В)/2,5А = 0,128 Ом.
Мощные батарейки, во главе которых Varta Max Tech, расположились в верней части рейтинга. Camelion Oxy-Alkaline занял среди щелочных последнее место, но выше мы неоднократно отмечали, что выйти на первые места по реальной ёмкости ему помогает относительно высокое рабочее напряжение. Оно же помогло и литиевой Energizer Ultimate Lithium, чьё внутреннее сопротивление также оказалось относительно высоко.
В остальном же наибольшее сопротивление ожидаемо оказалось у батареек GP, IKEA и "Космос" — аутсайдеров нашего тестирования. Ну и, разумеется, все солевые батарейки показали очень большое внутреннее сопротивление — как уже отмечалось выше, тест импульсного разряда для них чрезмерно жесток.
| Вместо заключения: батарейки против аккумулятора |
Из полученных данных можно сделать много интересных выводов, основные из которых удобно собрать компактным списком:
солевые батарейки принципиально непригодны для устройств с большим потреблением;
Тем не менее, возникает ещё один вопрос — а насколько хорошо батарейки конкурируют с аккумуляторами? Особенно он важен в том свете, что стоимость литиевых батареек приближается к стоимости хороших Ni-MH аккумуляторов с ёмкостью 2700 мА*ч.
О работе аккумуляторов с малыми нагрузками мы поговорим в следующей статье, а сейчас я позволю себе привести три диаграммы с одним и тем же масштабом оси времени, на которых показана работа разных элементов питания с нашей импульсной нагрузкой:
Щелочная батарейка
Литиевая батарейка
Ni-MH аккумулятор
Проигрыш щелочной батарейки очевиден, а вот между литиевой и аккумулятором наблюдается паритет — с одной стороны, литиевая батарейка имеет немного большую ёмкость и большее рабочее напряжение, с другой стороны, по ширине линии отлично видно, что внутреннее сопротивление аккумулятора втрое меньше.
Вывод из этого можно сделать простой: щелочные батарейки при работе с большими токами в принципе не способны достичь характеристик современных Ni-MH аккумуляторов. Литиевые батарейки в целом способны конкурировать с аккумуляторами, но ярко выраженного превосходства не демонстрируют — поэтому их использование оправдано в случаях, когда аккумуляторы недоступны. Если своевременная зарядка комплекта Ni-MH аккумуляторов не является для вас проблемой, то они будут лучшим способом питания любых устройств с большим энергопотреблением — фонарей, фотоаппаратов, плееров, игрушек.
Автор: nik34
Дата: 29.06.08 в 18:47
Прочтений: 10130
У каждого второго человека в наших широтах дома найдётся две вещи: пакет с пакетами и банка с батарейками. Пакет с пакетами – это вообще святое и неискоренимое. Но и собирать использованные батарейки – тоже не худшая идея. Всё лучше, чем выбрасывать их в мусор, чего категорически нельзя делать. Да и к неприкосновенному запасу так и тянется рука, когда внезапно «сел» пульт, а идти в магазин лень. Как не терять время зря и быстро обнаружить ещё действующую батарейку? Подсказка – ниже.
Тот неловкий момент, когда пульт от телевизора престаёт реагировать на кнопки и уговоры, а ты понимаешь, что дома нет ни одной пачки «свежих» батареек. А если дело ещё вечером, и магазины закрыты… настоящий кошмар! Самое время начинать рыскать по дому в поисках старых батареек. Хорошо, если все они предусмотрительно собраны в одном месте. Но как среди горы б/у-шных железок найти работающую? Поможет вот такой простой тест, который многие из нас могли проводить когда-то на уроках физики.
Никакого инвентаря: потребуются всего лишь щелочные «подопытные» батарейки и идеально плоская поверхность. Удерживая батарейку строго вертикально, поднимите её на расстояние 10-15 см от поверхности и уроните.
Если батарейка приземлилась, сохранив вертикальное положение, то в ней ещё остался заряд.
Если же батарейка упала плашмя, то она наверняка пустая.
Аккумулятор (аккумуляторная батарея или АКБ) является один из ключевых узлов автомобиля. Основная роль автомобильного аккумулятора – подача тока на стартер в момент пуска двигателя. Кроме того, при неработающем двигателе АКБ обеспечивает функционирование различных устройств (подсветка, звуковая система, сигнал и другие потребители тока). На стоянке батарея обеспечивает работу охранной системы. Да и во время поездки, когда генератор не справляется с нагрузкой, аккумулятор приходит ему на помощь. Нормальное функционирование бортовой сети автомобиля возможно лишь с аккумулятором, у которого заряд в норме. Поэтому сегодня мы обсудим, какая же норма заряда для АКБ.
Норма заряда АКБ
Одним из основных параметров состояния автомобильной аккумуляторной батареи является напряжение. С помощью напряжения проверяется определённая норма заряда аккумулятора. Поэтому, владельцу автомобиля необходимо знать какое нормальное значение напряжения АКБ.
Норма напряжения аккумуляторной батареи из шести банок в заряженном состоянии составляет 12,6─12,9 вольта. То есть, напряжение одного полностью заряженного элемента равно 2,1─2,15 вольта. Меньшее значение показывает, что аккумулятор разряжен.
Но это не значит, что его нельзя использовать. В идеале, конечно, нужно поддерживать батарею полностью заряженной. Но на практике такое можно осуществить, только если полностью зарядить аккумулятор, а затем подавать на выводы ток, равный саморазряду.
Так, что АКБ редко находится в полностью заряженном состоянии. Ниже можно посмотреть зависимость напряжения и степени зарядки батареи.
| Плотность электролита, г/см. куб. (+15 гр. Цельсия) | Напряжение, В (в отсутствии нагрузки) | Напряжение, В (с нагрузкой 100 А) | Степень заряда АКБ, % | Температура замерзания электролита, гр. Цельсия |
|---|---|---|---|---|
| Плотность электролита, г/см. куб. (+15 гр. Цельсия) | Напряжение, В (в отсутствии нагрузки) | Напряжение, В (с нагрузкой 100 А) | Степень заряда АКБ, % | Температура замерзания электролита, гр. Цельсия |
| 1,11 | 11,7 | 8,4 | -7 | |
| 1,12 | 11,76 | 8,54 | 6 | -8 |
| 1,13 | 11,82 | 8,68 | 12,56 | -9 |
| 1,14 | 11,88 | 8,84 | 19 | -11 |
| 1,15 | 11,94 | 9 | 25 | -13 |
| 1,16 | 12 | 9,14 | 31 | -14 |
| 1,17 | 12,06 | 9,3 | 37,5 | -16 |
| 1,18 | 12,12 | 9,46 | 44 | -18 |
| 1,19 | 12,18 | 9,6 | 50 | -24 |
| 1,2 | 12,24 | 9,74 | 56 | -27 |
| 1,21 | 12,3 | 9,9 | 62,5 | -32 |
| 1,22 | 12,36 | 10,06 | 69 | -37 |
| 1,23 | 12,42 | 10,2 | 75 | -42 |
| 1,24 | 12,48 | 10,34 | 81 | -46 |
| 1,25 | 12,54 | 10,5 | 87,5 | -50 |
| 1,26 | 12,6 | 10,66 | 94 | -55 |
| 1,27 | 12,66 | 10,8 | 100 | -60 |
Что касается нормы заряда, то в большинстве случаев не рекомендуется эксплуатировать аккумулятор с напряжением менее 12 вольт. В этом случае его нужно ставить на зарядку. Эксплуатация АКБ в таком состоянии отрицательно сказывается на состоянии батареи. Это способствует увеличению сульфатации пластин и как следствие, приводит к уменьшению ёмкости аккумулятора.
Критической нормой напряжения можно назвать 10,8 вольта. Ниже этого значения напряжение опускаться не должно. Это называется глубокий разряд АКБ, который очень вреден для батареи и сильно сокращает срок её службы. Особенно вреден глубокий разряд для кальциевых необслуживаемых аккумуляторов. Для них 2─3 таких глубоких разряда приводят к выходу из строя. После такого падения напряжения они необратимо теряют часть своей ёмкости.
Как вы видели в таблице выше, со степенью зарядки неразрывно связана плотность электролита. Это действительно так. Норму заряда аккумулятора можно проконтролировать не только по напряжению на его выводах, но и по величине плотности электролита. У полностью заряженной аккумуляторной батареи значение плотности должно быть 1,27─1,29 гр./см 3 . Измеряется плотность электролита специальным прибором – ареометром. Подробнее об электролите в аккумуляторе читайте по указанной ссылке.
ЭДС, как и напряжение, измеряется в вольтах и представляет собой работу, затрачиваемую на перемещение плюсового заряда между выводами батареи. Без электродвижущей силы на выводах аккумуляторной батареи не будет напряжения. Напряжение и ЭДС присутствуют на выводах источника питания, даже без протекания тока в цепи.
Что это значит на практике? Допустим, вы зарядили аккумулятор и ЭДС на его выводах 12,6 вольта. После установки на автомобиль и замера напряжения величина будет 12,4─12,5 вольта. Это норма и не стоит беспокоиться по этому поводу. Теперь поговорим об инструментарии для измерения напряжения АКБ. Советуем также прочитать статью о том, почему генератор не заряжает аккумулятор.
Вернуться к содержанию
Как проверить заряд автомобильного аккумулятора?
Для проверки напряжения аккумулятора используется вольтметр или мультиметр в режиме измерения напряжения.
Для того чтобы измерить напряжение мультиметром, нужно перевести его в режим измерения напряжения. Затем щупами приложить к выводам батареи и прибор покажет значение напряжения. Полярность в этом случае соблюдать необязательно, поскольку вам нужна только величина. Если вы приложите красный щуп на минус, а чёрный на плюс, то прибор просто покажет отрицательное значение. Кстати, можете подробнее прочитать о том, что это такое прямая полярность аккумулятора. Но фото ниже показан результат измерения напряжения подсевшего аккумулятора.
Измерения напряжения мультиметром
Перед тем как проводить тест, батарею нужно полностью зарядить. Чтобы провести тест нагрузочной вилкой, подключите клеммы к выводам аккумулятора и подайте нагрузку на пять секунд. На пятой секунде засеките значение напряжения на вольтметре. Если оно упало ниже 9 вольт, то пора подумать о замене АКБ. Норма на работоспособном аккумуляторе – это падение напряжение до 10─10,5 вольта. После падения величина напряжения должна немного увеличиться. На видео ниже можно посмотреть процесс тестирования наглядно.
В принципе есть ещё один способ оценки нормы заряда аккумулятора. Можно измерить среднюю плотность электролита по банкам, а затем по таблице выше посмотреть степень заряженности. Но обычно так никто не делает. Гораздо удобнее воспользоваться вольтметром. Плотность электролита обычно измеряют после зарядки АКБ для оценки эффективности этого процесса.
Что делать, если заряд аккумулятора не соответствует норме?
Ответ на этот вопрос простой. Если заряд АКБ не в норме, батарею нужно зарядить. Процесс зарядки в подробностях был описан в статье «Как правильно заряжать аккумулятор автомобиля зарядным устройством». Здесь хотелось бы отметить некоторые нюансы.
- ускоренная. Этот режим ещё часто называют Boost и его можно встретить на многих современных зарядных устройствах (ЗУ). В таком режиме норма заряда АКБ не набирается, но его вполне хватает, чтобы завести двигатель. Этот вид зарядки используется, когда вам нужно срочно ехать, а батарея села. Такой режим не рекомендуется использовать постоянно. Здесь заряд ускоряется за счёт увеличения силы тока, что срок эксплуатации аккумулятора;
- с постоянным напряжением. Этот вид зарядки подразумевает поддержание постоянного напряжения на выводах. Такой режим используется в режиме автоматического заряда на большинстве ЗУ. Его рекомендуется использовать, когда аккумулятор разряжен не сильно (не ниже 12 вольт). Подробнее о напряжении аккумулятора автомобиля в статье по ссылке. Преимущества этого режима в том, что вам не нужно его контролировать. Зарядное устройство само определить, когда заряд будет в норме и остановит процесс;
- с постоянным током. Этот вариант зарядки подразумевает подачу постоянного тока на аккумулятор. Процесс ведётся в несколько стадий, на которых ток постепенно снижается. Такой режим рекомендуется при зарядке глубоко разряженной аккумуляторной батареи. Он позволяет наиболее полно и равномерно зарядить аккумулятор. Минус в том, что вам придётся постоянно контролировать процесс, измерять напряжение и прекратить процесс, когда заряд батареи будет в норме.
Процесс зарядки аккумулятора
В заключение хотелось бы напомнить о правилах безопасности при зарядке аккумулятора. Процесс должен вестись в проветриваемом помещении. Лучше не проводить зарядку в жилых помещениях. Рядом с заряжаемым аккумулятором не должно быть открытого огня и искр. В процессе заряда выделяется водород, который в сочетании с кислород образует взрывоопасную смесь!
Отправить ответ