Вольтаж батареек. Все, что важно знать о батарейках

Напряжение аккумулятора транспортного средства, как и его емкость – самые важные показатели этого автомобильного узла, от которых напрямую зависит его функциональность и качество работы. Батареи используются для запуска силового агрегата, поэтому каждый автовладелец должен знать о том, каким является нормальное напряжение аккумулятора автомобиля, постоянно поддерживая его в рабочем состоянии. Конечно, я уже затрагивал эту тему в предыдущих , однако сегодня хочу конкретизировать эту информацию …

Для начала хочется сказать, что в современных машинах уже нет приборов с измерением «Вольт», хотя раньше они были. Поэтому чтобы определить напряжение нужно для начала обзавестись мультиметром, . Хочу отметить, что желательно хотя бы раз в месяц — два проверять напряжение батареи, чтобы вовремя принять меры.

Норма для основных свойств аккумулятора

Каким минимальным это значение должно быть, чтобы можно было запустить двигатель? Точного показателя здесь нет. В стандартном состоянии это свойство у полностью заряженной батареи должно составлять в среднем 12,6-12,7 вольт.

Зависимо от конкретных условий этот показатель может незначительно изменяться, и в этом нет ничего плохого. Так например, некоторые производители, заверяют что у их продукции напряжение около 13 – 13,2 В, это допустимо, однако сразу хочу вас предупредить.

Не стоит мерить напряжение сразу после зарядки АКБ, как пишут многие эксперты, нужно подождать хотя бы час, тогда оно должно опуститься с 13 до 12,7 Вольта.

Но оно может гулять и в другую сторону, когда падает ниже 12 вольт – это свидетельствует о том, АКБ разряжена на 50%.

В таком случае устройству понадобиться срочная зарядка, поскольку ее эксплуатация в таком состоянии гарантировано приводит к сульфатации пластин свинца. Это снижает и работоспособность АКБ, и продолжительность ее эксплуатации.

Но даже в случае такого низкого напряжения запустить мотор легкового транспорта вполне возможно. Если аккумулятор находится в рабочем состоянии, ему не требуется ремонт и генератор при работе двигателя обеспечивает зарядку батареи, устройство даже в таком состоянии можно смело использовать.

В том же случае, когда данный электрический параметр аккумулятора надает ниже 11,6 В, батарея практически полностью разряженная, дальнейшее ее использование в таком состоянии без подзарядки и проверки на работоспособность невозможно.

Таким образом, уровень нормального напряжения находится в интервале 12,6 – 12,7 Вольт (редко, но возможно до 13,2В. максимум.)

Однако на практике это встречается очень редко. Чаще всего для легковых автомашин составляет 12,2-12,49 вольта, что свидетельствует о неполном заряде.

Но в этом нет ничего плохого: снижение работоспособности и качество устройства начинается в том случае, если происходит снижение до 11,9 вольт или ниже.

Под нагрузкой

Напряжение можно разделить на три основных показателя:

• Номинальное;
• Фактическое;
• Под нагрузкой.

Если говорить о номинальном напряжении , его кстати принято указывать в литературе и прочих материалах, оно равняется – 12В, но прямо-таки этот показатель далек от фактического параметра, я молчу о нагрузке.

Как мы уже говорили, нормальное рабочее напряжение аккумулятора легкового автомобиля составляет 12,6 – 12,7вольт. Но на самом деле более достоверным является фактический показатель, который может колебаться в пределах от 12,4 вольт примерно до 12,8 В. Я хочу, подчеркнуть — этот параметр снимается без нагрузки, что говорится в состоянии покоя.

А вот если подать нагрузку на нашу батарею, то параметры будут совершенно другими. Нагрузка обязательна, эта проверка показывает работоспособность батареи, ведь зачастую выдержать нормальное напряжение могут все АКБ, а вот нагрузку «дохлые» не выдерживают.

Суть проверки проста – на полностью работоспособный АКБ, создают нагрузку (при помощи специального аппарата – «нагрузочной вилки») в два раза превышающее его емкость.

ТО есть если у вас батарея емкостью на 60 Ам/ч, то нагрузка должна быть 120 Ампер. Длительность нагрузки примерно 3 — 5 секунд, причем напряжение не должно проседать ниже 9 Вольт, если показатель 5 – 6, значит ваш АКБ либо разряжен, либо почти «сдох». Также хочется отметить, что после нагрузки напряжение должно восстановиться примерно за 5 секунд до нормального показателя, как минимум в 12,4.

При «просадке» первым делом нужно зарядить батарею, и после повторить опыт с «нагрузочной вилкой», если большого проседания не замечено, значит АКБ была нужна подзарядка. Смотрим видео о проверке под нагрузкой.

Пару слов об электролите

Главный параметр, который определяет уровень напряжения в аккумуляторной батарее – это плотность электролита, что есть внутри этого устройства.

При разрядке АКБ расходуется кислота, доля которой в этом составе равна 35 — 36%. В результате этого снижается уровень плотности этой жидкости. В процессе зарядки осуществляет обратный процесс: расход воды приводит к образованию кислоты — результатом чего является возрастание плотности электролитического состава.

В стандартном состоянии при 12,7 В плотность данной жидкости в батарее равна 1,27 г/см3. В случае уменьшения любого из этих параметров снижается и другой.

Снижение напряжение в зимнее время

Часто автовладельцы жалуются, что в зимнее время при сильных морозах в аккумуляторе падают основные его параметры, в результате чего машина не заводиться. Поэтому некоторые водители забирают на ночь батарею в тепло.

Но на самом деле все обстоит не совсем так. При отрицательных температурах изменяется плотность электролита, что, как уже отмечалось, влияет на уровень напряжения. Но при достаточном заряде АКБ плотность электролита в морозы возрастает, вследствие этого возрастает и второе из самых важных свойств. Поэтому достаточно заряженной батарее даже в сильный мороз ничего не грозит. Если же оставить ее в мороз разряженной, плотность электролита будет снижаться, в результате чего и возникнут проблемы с пуском двигателя авто, .

Проблемы с использованием и запуском силового агрегата транспортного средства в зимнее время связаны не со снижением основных параметров его АКБ, а с тем, что основные химические процессы внутри него при отрицательных температурах проходят медленнее, чем в обычное время.

Каждый человек хотя бы раз в жизни сталкивался с вопросом замены батарейки. В часах, в калькуляторе, фотоаппарате, фонарике, детской игрушке, и мало ли в чем еще. Чем же обычно руководствуетесь вы как потребитель, подбирая батарейку для замены. Первое, естественно, подбираете источник тока подходящего размера и требуемой мощности.

С этим легко определиться, внимательно изучив использованную батарейку. Идете покупать, а именно такой нет. Продавец предложит вам сразу несколько вариантов, но выбор за вами. Чаще всего этот выбор формируется на соотношении срок службы/цена. Иногда возникает вопрос выбора между батарейками и аккумуляторами, редко кто подбирает батарейки под температурные условия и всерьез задумывается над всеми электрическими характеристиками источника. Так или иначе, в быту чаще всего мы имеем дело с "пальчиковыми" батарейками.

В основе любого источника тока, а батарейка не что иное, как источник тока, лежит простая схема: анод-катод, а между ними электролит. За счет различной природы материала анода и катода, при их погружении в электролит возникает разность потенциалов - напряжение, из-за чего и возникает электрический ток. Химические источники тока носят свое название из-за природы возникновения тока: химическая энергия активных веществ непосредственно превращается в электрическую энергию. Они делятся на две группы - первичные и вторичные. В первичных источниках тока (батарейках) процесс протекает необратимо. К вторичным источникам тока относят аккумуляторы, их можно заряжать, после того как они себя исчерпают. В различных литературных источниках встречается информация о том, что батарейки тоже можно перезаряжать. Не пытайтесь это делать во избежание взрыва и разбрызгивания химических веществ.

Форма и размер.

"Пальчиковая форма" батареек выбрана не случайно. При одинаковой емкости высокий и узкий цилиндр - пальчик - имеет меньшее внутреннее сопротивление и лучше рассеивает тепло. Требования Международной электрической комиссии относительно унификации размеров источников тока позволяют заменять батарейки одного производителя на батарейки другого, тем самым, создавая возможности для вольного потребительского выбора. На батарейке можно увидеть сразу несколько обозначений ее размеров. По российскому законодательству цилиндрические батарейки в зависимости от диаметра и высоты обозначают от R06 до R27, американские нормы диктуют буквенную маркировку. Для бытовой техники могут быть нанесены дополнительные надписи. Например, наиболее распространенная "пальчиковая" батарейка R6 имеет диаметр 14,5 мм и высоту 50,5 мм, она же имеет обозначение АА и MIGNON.

Батарейка (первичный элемент питания) - один из самых распространенных источников питания для мелкой техники и электроники.

Что находится внутри батарейки?

Батарейки зачастую малы, но довольно сложно устроены. Это высокотехнологичные элементы, в которых в результате химических реакций выделяется электрическая энергия. Данный процесс происходит между тремя главными элементами батарейки: анодом, катодом и электролитом. В зависимости от типа батарейки для перечисленных элементов используются различные материалы. Материал выбирается по принципу максимизации эффекта при их взаимодействии. Анод часто делают из металла, катод — из оксида различных металлов. В качестве электролита используется соль, в щелочных батарейках — двуокись марганца.

То, что внутри батарейки, иными словами ее электрохимическая система - стартовые условия. Первыми химическими источниками тока были гальванические элементы с металлическими электродами, погруженными в водный электролит. Что-то похожее показывают на уроках химии в школе, когда электроды опускают в раствор и при этом загорается лампочка.

Батарейки имеют различное напряжение и ёмкость.

Различные устройства работают с различным напряжением, поэтому и у батареек оно должно быть разным. Кроме того, напряжения разных типов батареек зависит от используемого электролита. К примеру, литиевые батарейки имеют номинальное напряжение 3 V, щелочные — 1,5 V. Ёмкость батареек рассчитывается из объёма активных элементов, помещаемых в корпус батарейки. Однако расчитанная подобным образом ёмкость не может быть использована для определения работоспособности батареек и имеет название «расчетная ёмкость».

Фактическая же ёмкость зависит от множества факторов:

Уровень зарядки;
. режим использования;
. температура окружающей среды;
. ток отсечки (Напряжение, при котором устройство не работает даже при сохранённом заряде батарейки. Например, батарейка, которая уже не работает в фотоаппарате, зачастую продолжает работать в часах или пультах управления).

Каждая ячейка электрической батарейки вырабатывает токк 1.5 вольта, что немного по сравнению с 220-вольтовым напряжением в бытовой" электросети. Поэтому батарейки не опасны для потребителя. Любая батарейка, напряжение которой превышает 1,5 вольта (например, 6 вольт) - это, в сущности, комплект соединенных последовательно батареек по 1,5 вольта. Исключением являются перезаряжаемые никелево-кадмиевые батарейки, напряжение которых в заряженном состоянии только 1,2 вольта.

Электрический заряд батареек. Количество электричества в батарейках измеряется в ампер - или миллиампер-часах. Если к примеру, заряд батарейки равен 1,0 ампер-часу, а электрический прибор, в котором она работает, требует тока в 200 миллиампер (т.е. в 0,2 ампера), срок действия батарейки вычисляется по следующей формуле:

в приведенном при мере этот срок составит пять часов (1,0: 0,2 = 5).

Саморазряд - это следствие нерабочего состояния батарейки, который ведет к потере емкости. Режим хранения может возникать по двум причинам. Во-первых, это касается новой продукции с момента выпуска и до начала использования. Во-вторых, если использовать ресурс батарейки с достаточно длинными промежутками-перерывами.

Причина саморазряда кроется в самой батарейке - неустойчивости электродов, загрязнении электролита. Обычно за нормированный срок хранения батарейка теряет порядка 30% своей начальной емкости. Наиболее сильно разряжается батарейка в начале хранения. Также саморазряд возрастает при повышении температуры.

Типы батареек:

	Достоинства	Недостатки
Сухие («солевые», LeClanche, угольно-цинковые)	Самый дешёвый, массово производится.	Наименьшая ёмкость; плох в работе с мощными нагрузками (большим током); плох при низких температурах.
Heavy Duty («мощный» сухой элемент, хлорид цинка)	Менее дорогой, чем щелочной. Лучше LeClanche при высоком токе и низких температурах.	Низкая ёмкость.
Щелочные («алкалиновые», щелочно-марганцевые)	Средняя стоимость. Лучше предыдущих при большом токе и низких температурах. При разряде сохраняет низкое значение полного сопротивления. Широко выпускается.	Спадающая кривая разряда.
	Постоянство напряжения, высокая энергоемкость и энергоплотность.	Высокая цена. Из-за вредности ртути уже почти не производятся.
Серебряные	Высокая ёмкость. Плоская кривая разряда. Хорош при высоких и низких температурах. Превосходная длительность хранения.
Литиевые	Наивысшая ёмкость на единицу массы. Плоская кривая разряда. Превосходен при низких и высоких температурах. Чрезвычайно длительное время хранения. Высокое напряжение на элемент (3В). Лёгкий.

	Описание	Достоинства	Недостатки
Первичные	Гальванические элементы. Реакции, происходящие в них, необратимы, поэтому их нельзя перезарядить. Обычно именно их и называют словом «батарейка». Попытка зарядить батарейку может привести к порче батарейки и утечке щелочи или других веществ находящихся в батарейке.	Выше ёмкость и/или дешевле.	Одноразовость применения.
Вторичные	Аккумуляторы. В отличие от первичных, реакции в них обратимы, поэтому они способны преобразовывать электрическую энергию в химическую, накапливая её (заряд), и выполнять обратное преобразование, отдавая электрическую энергию потребителю (разряд). Для распространённых аккумуляторов число циклов заряд-разряд обычно равно примерно 1000 и заметно зависит от условий эксплуатации.	Многократность применения, перезаряжаемые.	Ниже ёмкость и/или дороже.

Что такое щелочная батарейка?

Около 40 лет назад компания Duracell первой разработала щелочную химическую систему с использованием двуокиси марганца. В 1960-1970-ые годы данные батарейки стали очень популярны среди разработчиков электронных устройств. Щелочные батарейки имеют множество преимуществ перед солевыми: большая емкость, более широкий температурный режим, меньшая вероятность протечки, дольший срок хранения. Все это позволило им завоевать популярность во всем мире.

Надпись на батарейке "Alkaline" свидетельствует о том, что это щелочная батарейка. Они хранятся дольше солевых элементов. Название они получили по природе электролита: обычно используют КОН, истинную щелочь. При непрерывном разряде щелочные батарейки обеспечивают большую (в 7-10 раз) емкость по сравнению с аналогичными солевыми элементами. Они лучше работают при низких температурах, но приблизительно на 30% тяжелее. Скорость саморазряда ниже, после года хранения при комнатной температуре потери емкости не превышают 10%. Однако все эти преимущества накладывают отпечаток на цену продукции.

Что такое литиевая батарейка?

Хим.состав - литий-диоксид марганца.

Последние несколько деситилетий технический прогресс привёл к увеличению разнообразия и миниатюризации устройств, работающих от батареек. Для многих из этих устройств потребовались более мощные элементы питания, при этом достаточно компактные. Литиевые батарейки стали ответом на такую потребность. Литиевые батарейки демонстрируют великолепные результаты и обладают целым рядом положительных характеристик: долгий срок хранения, высокая надёжность и отличная работоспособность в широком диапазоне температур.

Аккумуляторные элементы питания.

Особый вариант представляют собой никелево-кадмиевые батарейки (вторичный элемент питания), которые можно многократно перезаряжать.

Аккумуляторная батарея - автономный источник тока, работает сам по себе без помощи генератора. Он преобразовывает один вид энергии в другой. Она из химической энергии получает электрическую.

Аккумулятор - очень удобный источник постоянного тока, так как она компактна и легко переносима. Благодаря этому, сфера применения этих батарей очень широка. Аккумуляторные батареи используются в автомобилях, электропоездах, электропогрузчиках, в компьютерах, радиотелефонах, сотовых телефонах, фотоаппаратах, видеокамерах, ноутбуках, калькуляторах.

Основными характеристиками аккумулятора являются емкость и предельная сила тока. Чтобы получить более высокое напряжение (до нескольких сот вольт), нужное число элементов соединяют последовательно. Емкость батареи электропитания в ампер-часах равна произведению предельного тока на продолжительность разрядки. Например, если батарея может давать ток силой 3 А в течение 20 ч, то ее емкость равна 60 АЧч.

Никелево-кадмиевые батарейки можно многократно перезаряжать, и это - их главное преимущество перед другими батарейками. Их недостаток - невысокое напряжение - 1,2 вольта.

Саморазрядка у этих батареек - если они не присоединены к зарядному устройству - составляет около 30% в месяц. Это значит, что если они долго лежали, ими нельзя пользоваться без подзарядки. Величина заряда у никелево-кадмиевых батареек приблизительно соответствует величине заряда батареек группы С, а стоят они дороже.Но расходы на приобретение этих батареек и зарядного устройства окупаются достаточно быстро, если батарейки используются в приборах, потребляющих высокочастотный ток небольшой силы.

Во всякой аккумуляторной батареи есть положительный и отрицательный электроды, а также электролит, в котором эти электроды находятся. Бывают электролиты жидкие и пастообразные. Батареи заряжаются путем пропускания тока в противоположном направлении. В этом случае емкость восстанавливается благодаря обратной химической реакции.

Аккумуляторные батареи бывают свинцовыми, железно-никиелевыми, никель-кадмиевыми. Это зависит от материала из которого делаются электроды. Также есть высокотемпературные и топливные аккумулятор.

Миниатюрные элементы питания (батарейки - таблетки).

В обиходе имеют несколько названий - (дисковые, кнопочные, пуговичные). Предназначены для эксплуатации в часах, калькуляторах, видео- и фотоаппаратуре, в портативных электронных устройствах. Современные тенденции развития электронных технологий предполагают минимизацию габаритов и увеличение времени автономной работы электронной аппаратуры, что в свою очередь расширяет сферу применения данных батареек — компьютерная техника, медицина, телекоммуникации.

Диапазон использования широкий - от простейших пультов управления автомобильной сигнализацией до высокотехнологичных смартфонов и персональных электронных помощников.

Наиболее распространенные типы дисковых батареек: марганцево-цинковые, серебрянно-оксидные (серебрянно-цинковые), литиевые.

1. Марганцево-цинковые ЭП (Alkaline)

Применяются в калькуляторах, электронных часах, фотооборудовании, карманных фонарях. По техническим характеристикам (начальное напряжение и номинальная емкость) уступают серебрянно-оксидным, но имеют одно неоспоримое преимущество перед ними — низкую стоимость. Срок хранения — до 2 лет.

2. Серебряно-оксидные дисковые ЭП

Широко применяются в кварцевых электронных часах, калькуляторах, слуховых аппаратах, медицинской аппаратуре, электронных игрушках, сенсорных зажигалках. Представлены широким ассортиментом типо-размеров и обладают высокими энергетическими характеристиками. Характеризуются стабильным и постоянным разрядным напряжением до конца разряда. Гарантийный срок хранения — до 3 лет.

3. Литиевые дисковые ЭП

Применяются в многофункциональных наручных часах, домашних метеостанциях, авто-сигнализациях, электронных базах данных, измерительной аппаратуре, высокотехнологичных системах. Литиевые источники характеризуются высокими плотностями энергии и работоспособны в широком диапазоне температур (от —20°С до +55°С), поскольку не содержат воды. Они герметичны и имеют довольно стабильное напряжение. Батарейки этой электрохимической системы обладают исключительно малым саморазрядом (сохраняют более 85% емкости после 10 лет хранения). В микромощных устройствах, где важна надежность контактов, используют литиевые источники с выводами под пайку (горизонтальные и вертикальные). Гарантийный срок хранения - до 10 лет.

Как заставить работать батарейку дольше?

Знаете ли вы, что обычную батарейку, пальчиковую, например "AA", можно использовать и после того, как она впервые "села"? Да, она "села", но есть у неё ресурс, который можно использовать. Особенно это касается батареек на всяких пультах. Не спешите выбрасывать батарейку!!!

Просто выньте её и сделайте несколько вмятин на батарейке (плоскогубцами или ещё чем-нибудь, только не зубами). Главное не согните её, чтобы она обратно могла влезть на своё место в пульте. Вставляйте И пользуйтесь.

Многие знают секрет, что "севшую" батарейку можно ненадолго привести в "чувство", постучав ею о твердую поверхность. При этом гранулы диоксида марганца раскалываются контакт восстанавливается. А есть еще более варварский способ - пробить корпус батарейки гвоздем и погрузить корпус (не полностью) ненадолго в воду. В результате вода несколько разбавит электролит, и ему будет проще проникнуть к гранулам марганца.

ВНИМАНИЕ! НЕ ПРОБУЙТЕ ДЕЛАТЬ ЭТО С ПЕРЕЗАРЯЖАЮЩИМИСЯ БАТАРЕЙКАМИ!!!

Как правильно выбирать батарейки?

Театр, как известно, начинается с вешалки. Качество батарейки начинается с ее упаковки.

Батарейки типоразмеров R20 (LR20), R14 (LR14), R6 (LR6), RОЗ (LR03), R1 (LR1) и 6F22 (6LF22, 6LR61) в блистерной упаковке, как правило, отличаются высоким качеством в своей подгруппе.

Блистер - это прозрачная пластмассовая коробочка, в которой лежит от одной до четырех батареек. Коробочка приклеена к цветной картонной открытке, на которой (фото 1) мы видим: название фирмы с символом ее регистрации (DURACELL R, EVEREADY), самую важную, по мнению фирмы, информацию (EXTRA POWER, Nothing lasts longer; Heavy Duty), обозначение типоразмера по разным стандартам (С, А-343, LR14, LR20, D) и обязательно срок годности (INSTALL BY JAN 2000; Best before MAR 2000).

На обороте открытки на нескольких языках (включая русский!) сообщаются сведения о гарантиях, режиме работы, развернутая информация по типоразмерам, штриховой код (который можно вырезать и отправить на фирму с претензией по качеству), название страны, где изготовлены батарейки. Самое важное дополнительно сообщается и на этикетке батарейки: Sunwatt (знак R, три разновидности обозначения типоразмеров, указана страна), HIPOWER (знака R нет, две разновидности обозначения типоразмеров, страна не указана), Vnn (знака R нет, три разновидности обозначения типоразмеров, страна указана).

Кроме блистеров используют еще два вида упаковок - прозрачную термоусаживаемую пленочную или в виде мешочка (у 9-вольтовых батареек) и коробки - обычно на 24 штуки. В такой картонной коробке батарейки могут размещаться в блистерах, в пленке или без индивидуальной упаковки. На коробке обязательна информация, о которой говорилось выше.

Срок службы любой батарейки определяется несколькими факторами, такими, как уровень потребления энергии данного прибора или устройства, количество часов его непрерывного использования, возраст батареек и мощность, на которой данный прибор работает.

Как утилизовать. Щелочные батарейки можно выкидывать вместе с любым бытовым мусором без какой-либо опасности для окружающей среды.

Батарейки необходимо извлекать из любого прибора в том случае, если вы его не используете в течение нескольких месяцев. Кроме того, их нельзя оставлять в приборе, когда он включен в бытовую электросеть.

Батарейки, которые носят в открытом виде в кармане или сумке, при контакте с другими металлическими предметами могут подвергнуться замыканию, что в свою очередь может вызвать их протекание или неисправность.

Батарейки всегда должны заменяться одновременно. Смешивание старых и новых батареек, а также типов батареек (таких, как солевые и щелочные) приводит к снижению качества работы устройства и может вызвать протекание.

Наиболее распространённые форматы элементов питания:

Формат	Номенклатура/МЭК	Форма	Размеры,мм	Напряжение	Обиход. название
	LR8 / D425 / 25A				"мизинчиковая"
					"мизинчиковая"
					"пальчиковая"
	R14 / LR14 / UM2				"средняя"
					"большая"
	MN27 / A27 / BL1				"для сигнализаций"
	MN21 / A23 / K23A / LRV08				"для сигнализаций"
	R1 / LR1 / UM5 / 910				"бочёнок"
					"бочёнок"
					"бочёнок"
					вышел из обихода
	A476 / 4LR44 / V4034PX				"боченок"
					"боченок"
		Параллелепипед			"квадратная"
	6F22/6LR61/6F22UT	Параллелепипед	48,5 * 26,5 * 17,5 9
	LR521/(SR)521W/379	таблетка			"часовая"
	LR60 / LR621 / SR621W / 164 / 364 / GP64A	таблетка			"часовая"
	LR726 / LR59 / 196 / 396 / GP96A / (SR)726	таблетка			"часовая"
	LR41 / 192 / 392 / GP92A / 392 / SR41W	таблетка			"часовая"
	LR626 / LR66 / 177 / GP77A / 377 / SR626W	таблетка			"часовая"
	LR754 / LR48 / 193 / GP93A / 393 / SR754W	таблетка			"часовая"
	LR921 / LR69 / LR40 / 171 / GP71A / 371 / SR920W	таблетка			"часовая"
	LR926 / LR57 / 195 / GP95A / 395 / SR927W	таблетка			"часовая"
	LR1120 / LR55 /191 / GP91A / 391 / SR1120W	таблетка			"часовая"
	LR936 / LR45 / 194 / GP94A / 394 / SR936W	таблетка			"часовая"
	LR1130 / LR54 / 189 / GP89A / 389 / SR1130W	таблетка			"часовая"
	LR721 / LR58 / 162 / GP62A / 362 / SR721W	таблетка			"часовая"
	LR43 / 186 / GP86A /386 / SR43W	таблетка			"часовая"
	LR44 / A76 / GP76A / 357 / SR44W	таблетка			"часовая"
	LR9 / 625A / KA625 / V625U				"плоская"
					"плоская"
					"плоская"
					"плоская"
					"плоская"
					"плоская"
					"плоская"
					"плоская"

http://www.patlah.ru

"Энциклопедия Технологий и Методик" Патлах В.В. 1993-2007 гг.

Статьи с тестом батареек и их восхвалением. В душе у меня он вызвал небольшое негодование, особенно когда многие стали писать что используют их в пультах РУ. Сразу вспомнив что в моем пульте используется 8 аккумуляторов и представив что многие часто выкидывают 8 батареек на помойку стало не по себе.

Сразу скажу что для статьи я использовал сугубо данные из чужих тестов. Сам тесты не проводил т.к. часто сталкивался с практическим подтверждением этих тестов лично и не вижу смысла в их повторении в сотый раз.

Важная информация которую полезно знать:

1. Ни в одном более менее нормальном и сложном устройстве, например таком как пульт управления не используется питание напрямую от батареи, обычно ставят в зависимости от качества аппаратуры и требованиям к питанию импульсный стабилизатор с хорошей фильтрацией (качественная дорогая аппаратура), линейный стабилизатор/импульсный стабилизатор (обычная аппа), например в моей 7ми канальной футабе несколько линейных стабилизаторов, ВЧ блок передачи питается от стабилизатора на... внимание... на 5 вольт! при том что аппаратура питается от сборки 8-ми никель металлгидридных аккамуляторов напряжением 9.6 вольт. (для справки импульсные стабилизаторы обладают очень высоким КПД, линейные стабилизаторы всю лишнюю энергию превращают в тепло, так, например, при токе в 1А и понижении напряжения с 10 вольт до 5 на них выделяется 5Вт и кпд составляет ~50% так что например ставить в мою аппаратуру батарейки АА смысла никакого нет, при большем напряжении большая часть энергии просто уйдет в тепло).

2. Среднее напряжение до которого заряжаются аккумуляторы это 1.4-1.6 В. Напряжение под нагрузкой в процессе их разряда изменяется от 1.4В до 0.9В. Без нагрузки напряжение на разряженных аккумуляторах 1.0-1.1 В. Если разрядить сильнее то аккумулятору с большой вероятностью будут нанесены необратимые повреждения. В зависимости от степени и количества разрядов аккумулятор в последствии выйдет из строя.

3. Не смотря на, вроде как, меньшее номинальное напряжение аккумуляторов, обычно заявляется как 1.2В, в то время как у батареек оно заявляется равным 1.5В, график разряда аккумуляторов более пологий по сравнению с обычными батарейками АА и при начале разряда они сохраняют свое напряжение в отличии от батареек у которых оно сразу начинает падать до 1.3-1.2В.
Пример можно посмотреть на картинке:
при 23 градусах


при -15 градусах

Обращаю внимание что любое устройство перестают функционировать когда напряжение достигает какого-то определенного для этого устройства порогового значения. На графике при обычной температуре очень хорошо видно что например аккумуляторы практически все время разряда держат напряжение выше 1 вольта, если быть точнее то модель приведенная на графике держала напряжение выше 1 вольта примерно 95-98% времени разряда в ноль. Обычные же батарейки имеют более наклонный график и в данном примере например батарейка держалась выше 1 вольта примерно 80% времени разряда в ноль. И это батарейка которая в данной статье набрала максимальную емкость!
Если же верхним порогом поставить напряжение в 1.1В то у аккумулятора оно держится примерно 90-92% времени! А у батарейки 53% ! Разница на лицо!!

На морозе ситуация с батарейками только усугубляется, причем значительно! В данном тесте время работы батарейки при -15 по по сравнению с временем работы при +23 изменилось следующим образом:
при разряде до 1 В время работы уменьшилось примерно в 8 раз!
при разряде до 1.1 В время работы уменьшилось примерно в 7 раз!

Для аккумулятора падение времени разряда составило примерно 1.5 раза.

А если еще вспомнить про линейные регуляторы напряжения которые на самом деле используются очень часто так только они могут выдать ток без пульсации при копеечной цене, про зависимость напряжения от температуры, то в итоге львиная доля батарейки не будет использована.

Вывод из этого может быть только один - максимум где можно использовать батарейки это сверхнизкоточные устройства, такие как пульт от телевизора, часы, ароматизатор воздуха. И то если не брать в расчет аккумуляторы со сверх низким током саморазряда, такие как eneloop.

P.S. Хотелось бы узнать статистику использования батареек, кто, как часто и где их использует, предлагаю в комментариях ниже написать.
P.S.2. Надеюсь эта информация пролила свет на то почему очень важно иметь график зависимости напряжения батарейки/аккумулятора от времени разряда в тестах. Также в этой маленькой статье нет графика зависимости времени от тока разряда, но в целом стоит отметить что чем больше ток тем сильнее усугубляется ситуация с батарейками. Чем меньше ток тем больше сокращается разница между хорошими батарейками и аккумуляторами (если не учитывать аккумуляторы с низким током саморазряда, они по прежнему оставляют батарейки позади), но эта разница сокращается на хоть какое-то более менее значимое значение при токах порядка 0.5мА (пол года работы). При токах 200мА когда аккумулятор или батарейка разряжаются за 10-15 часов, ток саморазряда роли практически не играет и батарейки проигрывают по всем параметрам.

Практически каждый из нас сталкивается в своей жизни и гальваническими элементами, но далеко не каждому эта встрача оставляет приятные воспоминания. Чаще всего у обычного человека возникают следующие проблемы: батарейки почему-то работают слишком короткое время, тогда как ожидалось, что они будут работать намного дольше, они плохо держат напряжение, текут и портят аппаратуру. Виноватых обычно ищут где-то на стороне, редко допуская, что в случившимся есть доля собственной вины. Возможно батарейка «сдохла» потому, что ваш выбор был неверен. Возможно, вы просто не вполне четко представили себе ее способности и не знали, чего от таких элементов требовать. Возможно, в подобных условиях эксплуатации данная батарейка и обязанна вести себя именно так, как она себя повела.

Введение

Разные нагрузки требуют разных источников питания. Типичные примеры различных нагрузок для ХИТ (химических источников тока): фотоаппарат, часы и плеер. Современный автоматический фотоаппарат с автофокусировкой и со вспышкой требует большого, но кратковременного тока, а аудиоплеер наоборот предпочитает длительный ток разряда средней величины. Номинальная емкость инапряжение батарей для этих разных по типу потребления устройств могут быть одинаковыми, ноиз-за разного максимального разрядного тока для них должны применяться источники разных типов.

Электромеханические кварцевые или электронные часы могут в течение долгого времени потреблять от источника очень малый ток и работать годами. Оснащать их аккумулятором было бы неправильно, так как у него большой ток саморазряда и часы остановятся раньше чем через месяц, как бы мало они ни потребляли. Устанавливать дорогой щелочной элемент также не стоит - вполне подойдет и дешевый солевой.

Отсутствие знаний осложняет жизнь и приводит к неприятностям. Чтобы не совершать грубых ошибок в выборе источника питания и не попадать в нелепые ситуации, чтобы понимать, чего следует ожидать от работы ХИТ, необходимо познакомиться сих основными свойствами и различиями.

Основные характеристики

Все поставляемые ХИТ можно подразделить на две большие группы по их способности к повторному использованию. Элементы, запасы энергии вкоторых могут быть восстановлены путем заряда после того, как будет исчерпан начальный ресурс, принято называть аккумуляторами. Другая большая группа источников - одноразовые ХИТ, которые обычно в быту называют батарейками. Строго говоря, батареей следовало бы называть несколько соединенных особым образом гальванических элементов (такой прием часто применяется для повышения суммарного напряжения ХИТ или разрядного тока). В технике же принято называть «первичными» элементы, не подлежащие повторному использованию.

Первое, на что обычно обращает внимание покупатель - напряжение элемента. Следует различать рабочее напряжение элемента и напряжение наклеммах при отключенной нагрузке (его принято обозначать аббревиатурой НРЦ - напряжение разомкнутой цепи). На этикетке всегда указывается рабочее напряжение. Как правило, НРЦ выше или ниже рабочего, а разница иногда достигает нескольких десятых вольта. Выход батареи на рабочее напряжение при подключении нагрузки может быть протяженным во времени или быстрым, почти мгновенным. Особым образом ведут себя литиевые ХИТ после длительного хранения. Здесь порой наблюдается начальный провал напряжения, а затем постепенный выход параметра на нормальный уровень. Ряд напряжений, присущий ХИТ, таков: 1,2 В; 1,3 В; 1,5 В; 3 В; 3,6 В. Остальные значения (например, 4,5 В; 6 В; 9 В; 12 В) получают путем объединения элементов в батарею. Для специальных целей могут производиться батареи со специфическими значениями номинального напряжения.

Другой важной характеристикой ХИТ является электрическая емкость. Напомним, что под термином «номинальная электрическая емкость батареи», обычно измеряемой в ампер-часах, принято понимать количество энергии, которое способна выдавать батарея в виде электрического тока при 20°С и заданном напряжении на клеммах. (То есть, если говорят, что батарея имеет емкость, например,2 А·ч, то это означает, что она способна в течение 10 часов выдавать в нагрузку ток, равный 0,2 А (10x0,2 = 2). Или 200 часов по 10 мА. Или 1000 часов по 2мА.) Диапазон емкостей довольно широк и простирается от нескольких десятков миллиампер-часов у ХИТ для бытового и промышленного применения и до нескольких десятков тысяч ампер-часов в батареях для военных и космических нужд. В данной статье речь пойдет лишь о наиболее распространенных и популярных типах элементов.

Кроме уже приведенных двух важнейших характеристик, ХИТ различаются также повеличине максимально допустимого тока, который они способны отдавать в нагрузку. Поскольку нагрузка может иметь различную потребляемую мощность, необходимо внимательно отнестись к подбору батареи поданному параметру. Этот параметр важен, поскольку устройства, потребляющие при подключении большой ток, недолжны оснащаться теми же элементами, что и устройства, предназначенные для эксплуатации впродолжительном слаботочном режиме. На этикетке батареи данный параметр, как правило, отсутствует. Вместо него на солевых (угольно-цинковых) батарейках бывает написано что-нибудь вроде «Super Duty» (можно перевести как высокая мощность или супернагрузка) или «Super Heavy Duty» (сверхтяжелая, то есть очень большая нагрузка), но чаще всего встречаются элементы с надписью «General Purpose», что и естественно, поскольку надпись переводится как «общее применение» или «общее назначение». Элемент «Super Heavy Duty» мощнее остальных в своей группе, так как обладает максимальной емкостью и разрядным током. На щелочных батареях всегда пишут «Alkaline». О том, что следует из этого наименования, будет рассказано дальше, а пока скажем только, что при одинаковом конструктивном исполнении и равных с солевым элементом габаритах, алкалайновый обладает много большей емкостью. Внутри данной группы также существует деление на подгруппы по емкости и токам нагрузки.

Кроме величины разрядного тока имеет значение температурный диапазон, при котором будет эксплуатироваться ХИТ. Как известно, с понижением температуры энергоотдача большинства химических источников падает, а с возрастанием температуры сокращается время жизни батарей и увеличивается вероятность их полного разрушения. Однако разработаны и производятся специальные типы источников с диапазоном, расширенным в ту или иную сторону, и при выборе батареи следует обратить на это внимание.

Самое большое разнообразие характерно для конструкций химических батарей и их габаритных размеров. Выпускаются как крошечные, таблеточного вида элементы, так и источники сравнительно больших габаритов. При этом возможны, например, исполнения с тонкими сварными клеммами, приспособленные под пайку на плате. Применяются также пружинные зажимы или элементы с гибкими проводниками, приваренными к полюсам ХИТ.

По внешнему виду источника невозможно сделать однозначно правильный вывод о его характеристиках, поэтому на него наносится кодовое обозначение, несущее информацию о наиболее важных характеристиках. В некоторых западных странах еще жива старая система обозначений, в основе которой лежит геометрический размер элемента. Самым крупным из наиболее распространенных типов цилиндрических батарей является элемент, маркированный литерой D, затем в порядке убывания C, A, АА, ААА, АААА. Кроме целых значений возможны также промежуточные (дробные) величины: 1/3 AA, 2/3 AA, 1/2 AAA и т. д. (Такая система маркировки габаритных размеров характерна для «пальчиковых» элементов традиционных технологий. Для современных литиевых батарей чаще встречается не литерная, а цифровая система кодировки. Например, в обозначении xR34615 записаны размеры: диаметр 34мм, высота 61,5 мм, а код CR2032 означает, что батарейка имеет диаметр 20 мм и высоту 3,2 мм.) Таблица 1 содержит некоторые сведения по старой маркировке ХИТ.

Современный международный стандартизированный способ маркировки, применяемый при обозначении батарей, позволяет судить о них более квалифицированно и точно. В начале стоит символ, характеризующий состав элемента, за ним стоит символ, характеризующий геометрическую форму элемента, а далее - его размер. Буква R обозначает цилиндрическую форму элемента, а цифры, которые стоят в конце, означают порядковый номер в международной классификации батареек. Например, элемент 6F22 (у нас в стране он известен как батарейка «Крона») расшифровывается следующим образом: 6 - количество последовательно соединенных элементов напряжением по1,5В (в сумме дают 9 В), F (от Flat) - плоская батарея, 22 означает международный номер элементов, из которых собрана эта батарея. Сейчас эта система изменяется, и последние цифры, вероятно, будут содержать информацию о габаритных размерах батарейки.

Батарейки - бытовое название группы ХИТ, имеющих однократное применение ине подлежащих перезарядке, восстановлению заряда. В процессе разрядки, то есть извлечения электричества из элемента, анод, катод и электролит необратимо изменяются. Элементы не подлежат повторному использованию. Технологии производства батареек развиваются уже более сотни лет. За это время удалось найти оптимальные конструктивные решения. По этой причине они являются сравнительно дешевыми источниками электрической энергии. Основными типами батарей являются солевые, щелочные, литиевые и воздушно-цинковые ХИТ (перечислены не все, а лишь те группы элементов, которые пользуются самым высоким спросом).

«Сухие», или солевые элементы - это группа ХИТ, в которых электролит находится не в свободном жидком виде, а распределяется в гелеобразном или пастообразном состоянии по объему сепаратора, отделяющего анод от катода. Относительная «сухость» электродов дала наименование этим источникам электричества. Сухие угольно-цинковые элементы (марганцево-цинковые) являются самыми распространенными элементами. Они применяются при малых токах или прерывистых режимах работы. Номинальноенапряжение элемента составляет 1,5В. Эффективность использования элемента повышается по мере уменьшения тока разряда и введения перерывов, так как они могут «восстанавливаться» во время перерыва в работе. Врезультате периодического «отдыха» срок службы элемента продлевается. Это явление обусловлено постепенным выравниванием, разрушением локальных неоднородностей, возникающих в электролите впроцессе разряда. Важно помнить об этой особенности впроцессе использования, например, аудиоплеера. Два поочередно сменяемых комплекта батареек могут работать в2–3 раза дольше, чем работал бы каждый вотдельности врежиме «до полного износа». Конструктивно «сухие» батареи могут выполняться в цилиндрическом и прямоугольном виде, а также в форме плоского диска («таблетки»). Достоинством угольно-цинковых элементов является их относительно низкая стоимость, а к существенным недостаткам следует отнести значительное снижение напряжения при разряде, невысокую удельную мощность (5–10Вт/кг) и малый срок хранения. Низкие температуры снижают эффективность использования гальванических элементов. Разогрев батареи может повысить ее эффективность, но может привести к быстрому высыханию электролита и,как следствие, кполному отказу. Таблица2 содержит сведения о некоторых типах солевых батареек компании Energizer.

Щелочные батареи - химические источники, в которых в качестве электролита используются щелочи. Другое их название - алкалайновые батареи (от английского alkaline - щелочь). Это наиболее современный иперспективный тип батарей. Они отличаются существенно большей электрической емкостью, превышающей емкость солевых элементов в 3–5 раз (самые современные элементы, в составе электролита которых присутствуют соли титана, имеют еще большую емкость и низкое внутреннее сопротивление). Напряжение щелочных элементов всего лишь на 0,1В меньше, чем у солевых угольно-цинковых и поэтому эти элементы взаимозаменяемы. Напряжение элементов со щелочным электролитом в процессе разряда понижается меньше, чем у солевых элементов, асрок их хранения значительно больше. Улучших образцов он может достигать 5 лет, поскольку токи саморазряда у них очень малы. Данная группа ХИТ характеризуется повышенным нагрузочным током иможет применяться для питания устройств со средним и высоким потреблением. Важное отличие этих элементов - герметичность исполнения, достигаемая благодаря отсутствию газовыделения при разряде. Этосвойство позволяет использовать их без риска испортить аппаратуру вытекающим солевым раствором. В таблице3 приведены характеристики батареек фирмы Energizer одной из самых распространенных серий Eveready.

Еще один перспективный тип батарей - воздушно-цинковые ХИТ. Они отличаются большой емкостью и экологической чистотой применяемых компонентов. Их электрическая емкость в несколько раз больше емкости щелочных источников. Номинальное напряжение на клеммах - 1,3В, в батареях 2,6В и выше. Один из расходуемых реагентов - атмосферный кислород, участвующий в реакции окисления цинка. Источники производятся либо в виде готовых к эксплуатации элементов, в которых перед началом работы следует лишь удалить со специального отверстия герметизирующую пленку, препятствующую проникновению кислорода внутрь батареи, либо в виде резервных элементов питания, которые активируются путем заливки внутрь небольшого количества воды. Первая разновидность давно завоевала прочные позиции как элемент питания слухового аппарата для слабослышащих, и достойной замены ей пока не видно. Последний тип часто применяется в качестве источника питания для аварийно-спасательных огней, а также в бакенах и т. п. устройствах. Хорошее применение этим источникам нашла корпорация Electric Fuel. Представьте себе ситуацию, когда вы отправляетесь в места, где у вас не будет возможности произвести подзарядку аккумулятора автономного прибора, например, спутникового мобильного телефона - в горы, в лес, в тундру. Здесь пригодится воздушно-цинковая батарея большой емкости. Она легко сопрягается саппаратом, так как специально изготовлена для этих целей. Ее емкости должно хватить на срок эксплуатации аппарата, вдвое превышающий период работы от аккумулятора, после чего ее можно выбросить и заменить новой.

В неактивированном виде данные элементы могут храниться в течение многих лет, нозапущенные в эксплуатацию воздушноцинковые источники теряют энергию даже при отсутствии нагрузки, посколку химическая реакция между компонентами безостановочно продолжается, сокращая количество полезных веществ. Это свойство - основной недостаток воздушно-цинковых элементов.

Литиевые батареи - химические источники, в которых в качестве анода используется металлический литий - один из самых химически активных металлов. Литий - самый легкий из всех металлов, имеет самый большой электрохимический потенциал и обеспечивает самую большую плотность энергии. Активность лития очень осложняет технологические процессы изготовления и предъявляет жесточайшие требования к герметичности источника тока, что в конечном итоге сказывается на стоимости данных ХИТ.

Под названием «литиевые батареи» скрывается целая серия источников с различной химической начинкой:

• литий - тионилхлорид (Li/SOCl 2);
• литий - диоксид серы (Li/SO 2);
• литий - диоксид марганца (Li/MnO 2).

Каждый из видов имеет свои особенности, но если говорить о качествах всей группы в целом, то данные элементы, обладая большой энергетической мощностью, в силу технологических особенностей предпочитают работу с нагрузками, потребляющими относительно небольшой (или средний) разрядный ток. Возможно,по этой причине, а также из-за стоимостных параметров, они не смогли вытеснить с рынка щелочные батареи. Наиболее изученый и технологически отработаный тип литиевых батарей - элементы на основе системы литий - диоксид марганца (Li/MnO 2), поэтому они из всей группы самые доступные по цене. Батареи Li/SOCl 2 характеризуются самым высоким выходным напряжением (3,6В), самым широким диапазоном температур (–55…+85°С), очень малыми токами саморазряда (сроки хранения элементов - свыше 10 лет) и небольшим типовым током разряда. Батареи с таким типом электролита «не любят» высоких температур. Поскольку при значительных токах разряда на внутреннем сопротивлении батареи может выделяться тепло в пределах, превышающих допустимый уровень, товконструкцию элемента вводят предохранитель-ограничитель тока (терморезистор), недопускающий токовых перегрузок. Однако существуют специальные серии таких элементов, способные выдавать повышенные токи разряда и нормально работать при высоких температурах. Достичь этого удалось благодаря специальной конструкции цилиндрического корпуса, препятствующей проникновению влажных паров снаружи, ноне мешающей выходу газов.

Примерно такие же ограничения имеет следующая серия - батареи на основе Li/SO 2 , которые также критичны к высоким температурам и тоже не допускают сильноточного разряда, но имеют меньшее рабочее напряжение (3,0В). Исторически это более ранний тип продукции. Они также выпускаются в герметичном исполнении.

Рисунок 2 показывает относительное положение некоторых типов батареек в многообразном мире ХИТ. Таблица 4 обобщает основные свойства первичных элементов.

В таблице 5 приведены характеристики литий-ионных батарей, изготавливаемых одним из крупнейших мировых производителей - французской компанией SAFT.

Осенью 2003 года на выставке в Санкт-Петербурге на одном из стендов можно было ознакомиться с образцами продукции китайской компании ЕЕМВ и получить их фирменный каталог. В таблице 6 приведены данные, взятые из этого каталога. Они относятся к энергоемким батарейкам, аналогичным французским (Li-SoCl 2). Как видно по приводимым параметрам, производители из Юго-Восточной Азии лишь немного уступают в качестве продукции своим именитым европейским конкурентам.

Примечание:

1. * - Повторнократковременный или продолжительный, очень малого потребления;
2. * - Малого и среднего потребления, продолжительный;
3. * - Высокое потребление

Аккумуляторы или «вторичные» элементы - это ХИТ, которые могут использоваться неоднократно, то есть могут быть разряжены, а затем вновь заряжены для повторного использования. Нужно сказать, что некоторые типы щелочных батареек также могут перезаряжаться, но, несмотря на это свойство, к категории аккумуляторов их не относят. (В радиолюбительской литературе можно найти схемы зарядных устройств и рекомендации по выбору режима заряда. Однако поскольку восстановление заряда у первичных элементов - действие, не предусмотренное технологией, не гарантирующее полного возврата к первоначальным параметрам, то обсуждаться здесь оно не будет, ноупомянуть отакой возможности все же следовало.) Принято считать, что настоящими вторичными ХИТ являются только те, которые способны выдерживать не менее 300 циклов заряда-разряда. Сегодня практически на все типы аккумуляторов гарантируется не менее 500 циклов (перезаряжаемые же батарейки выдерживают в лучшем случае 30 циклов).

Общие характеристики. Так же, как и батарейки, аккумуляторы различаются по величине электрической емкости, которая, в общем случае, немного меньше емкости первичных элементов. У вторичных источников ток саморазряда имеет заметно бoльшую величину, чем у батареек. По этой причине аккумулятор теряет свою полезную энергию быстрее даже при отключенной нагрузке. Так, например, для исправных Ni-Cd аккумуляторов считается допустимым саморазряд в10% в течение первых 24 часов после окончания заряда, для Ni-MH - немного больше, а для Li-ion суточный разряд пренебрежимо мал и оценивается только за месяц (около 12%). Другая важная характеристика - срок службы (срок эксплуатации) аккумулятора. Его принято оценивать по тому количеству циклов заряда-разряда, которое он выдерживает в процессе эксплуатации без значительного ухудшения своих основных параметров. Срок службы зависит от многих факторов: методов заряда, глубины разряда, процедуры обслуживания или его отсутствия, температуры и химической природы аккумулятора. Кроме того, он определяется временем, прошедшим со дня изготовления, что особенно важно для Li-ion аккумуляторов. Аккумулятор, как правило, считается вышедшим из строя после уменьшения его емкости до 60–80% от номинального значения. Еще одна уже знакомая характеристика - рабочий температурный диапазон. У аккумуляторов он, как правило, уже, чем упервичных элементов. Следующая особая черта - режим заряда ХИТ и допустимость перезарядки (избыточного заряда). Некоторые типы аккумуляторов не допускают проведения заряда ускоренным методом (путем подачи большого зарядного тока), другие - допускают, позволяя, таким образом, сократить время пребывания в состоянии «временной нетрудоспособности». В последнем варианте в предельном случае ток заряда может равняться полной токовой емкости батареи. Например, аккумуляторная батарея емкостью 650 мА·ч может быть заряжена током в 650 мА всего за 1 час (стандартный ток заряда никелевых ХИТ равен 10% емкости батареи, и процесс заряда длится чуть больше 10 часов). Режим ускоренного заряда требует внимательного контроля состояния ХИТ, так как может произойти необратимое нарушение баланса реагентов и целостности конструкции, вызванное высокими внутренними температурами и избыточным зарядом.

Наиболее популярными аккумуляторами, применяемыми для питания электронных приборов, являются ХИТ следующих типов: никель-кадмиевые (Ni-Cd), никель-металлгидридные (Ni-MH) и литий-ионные.

Никель-кадмиевые (Ni-Cd) аккумуляторы имеют напряжение питания 1,2 В и способны выдерживать свыше 1000 циклов заряда-разряда. ХИТ данной группы допускают эксплуатацию в режиме разряда большими токами. Их стоимость значительно ниже, чем улитиевых ХИТ. Благодаря этим качествам аккумуляторы получили самое широкое распространение. Однако, наряду с положительными свойствами, данные элементы имеют серьезный недостаток. До недавнего времени у Ni-Cd аккумуляторов наблюдался неприятный эффект, получивший название «эффект памяти». Объясняется он следующим образом: в процессе циклической эксплуатации источника меняется структура поверхности электродов, а в сепараторе аккумулятора образуются химические соединения, мешающие его дальнейшей разрядке малыми токами. Источник как бы запоминает свое состояние неполного разряда. В результате на разрядной кривой постепенно формируется новая линия, потенциал которой на 0,2 В положительнее первоначальной (то есть напряжение на клеммах снижается по абсолютной величине). Реальная емкость аккумулятора заметно уменьшается. Аккумулятор очень быстро заряжается, но быстро же и разряжается, имея притом пониженное напряжение на выходе. Кроме того, возможно небольшое увеличение внутреннего сопротивления.

Современные никель-кадмиевые аккумуляторы, производимые наиболее известными фирмами, не имеют эффекта памяти. Нокем бы ни был произведен элемент, с эффектом памяти, если он все-таки проявился, можно бороться. Восстановить напряжение и емкость можно путем проведения нескольких полных циклов заряда-разряда. Конечно, лучше нового ваш аккумулятор уже не станет, часть емкости все-таки пропадет безвозвратно, но работать с ним можно будет еще долго. Несколько слов о периодичности данного процесса: рекомендуется выполнять эту процедуру примерно один раз в месяц. Если делать это чаще, то полезный эффект увеличивается незначительно, а износ аккумулятора возрастает.

Отрицательным свойством никель-кадмиевых аккумуляторов является их высокая экологическая опасность, так как они содержат кадмий, соли которого очень ядовиты. Отработавшие свой срок Ni-Cd аккумуляторы нельзя просто выбросить. Следует утилизировать их в специальных местах (найти которые у нас в стране довольно трудно).

Применяются никель-кадмиевые источники в различных устройствах со средним и высоким потреблением тока, таких, как пейджеры и сотовые телефоны, переносные компьютеры, видеокамеры, фотоаппаратура и аварийные источники для энергоемких приборов.

Близкие по свойствам никель-металлгидридные (Ni-MH) аккумуляторы имеют тот же уровень выходного напряжения (1,2В), хорошие емкостные характеристики, высокую надежность и разнообразие конструктивных исполнений. Отсутствие ядовитого кадмия - важное качество ХИТ данного вида. Они отличаются менее широким диапазоном рабочих температур (–10…+40°С), атакже существенно большей емкостью, но имеют при этом меньшие максимально допустимые токи разряда и меньшее число циклов заряда-разряда (но все-таки не менее 500). Недопустимость высоких температур налагает ограничения на максимальные разрядные токи и требует усложнения конструкции аккумулятора. Внутри многих из них устанавливаются термисторы или тепловые реле, препятствующие быстрому разряду источника. В то время как температура –20°C является пределом, при котором Ni-MH иLi-ion аккумуляторы прекращают функционировать, Ni-Cd могут продолжать работать при ее снижении до –40°C.

По общему мнению, литий-ионные аккумуляторы - самые перспективные. Они имеют большую по сравнению с другими аккумуляторами емкость, около 500 циклов перезарядки, экологически безопасны и не обладают эффектом памяти. Самым большим преимуществом ХИТ этого типа является рекордная удельная емкость - количество запасенной энергии, соотнесенное к единице веса или объема. Li-ion аккумуляторы лучше всего функционируют при комнатной температуре. Работа при повышенной температуре сокращает срок их службы, поскольку она способствует ускоренному старению, сопровождаемому увеличением внутреннего сопротивления. Из недостатков можно отметить следующие: Li-ion аккумулятор «не любит» глубокого разряда. (помните об этом, когда ваш телефон отключается при разрядеаккумулятора!). Он очень требователен к температурному диапазону, боится перезаряда, взрывоопасен при нарушении герметичности, понемногу теряет емкость («старится» даже при отключенной нагрузке) и имеет самую высокую стоимость.

Очевидно, что до идеального источника ему далеко, но все недостатки компенсируются высокой удельной энергоемкостью. Все-таки, среди малогабаритных ХИТ, литий-ионным аккумуляторам сегодня нет равных. А к отрицательным качествам можно как-то приспособиться, можно с ними бороться. Так, например, зарядные устройства аккумуляторов в мобильных телефонах обладают достаточным интеллектом, чтобы недопустить перезаряда, контролируя сразу несколько параметров: ток, напряжение, температуру и время заряда.

Основное отличие литий-полимерных (Li-pol, или Li-polymer) аккумуляторов отлитий-ионных (Li-ion) заложено в самом названии и заключается в типе используемого электролита. Сухой твердый полимерный электролит похож на пластиковую пленку и не проводит электрический ток, но допускает обмен ионами. Полимерный электролит фактически заменяет традиционный пористый сепаратор, пропитанный электролитом. Такая конструкция упрощает процесс изготовления, более безопасна и позволяет производить тонкие аккумуляторы произвольной формы. Но пока, к сожалению, сухие Li-polymer аккумуляторы обладают недостаточной электропроводностью при комнатной температуре. Внутреннее сопротивление их слишком высоко и не может обеспечить величину тока, требуемую для современных портативных устройств.

В таблице7 приведены сравнительные характеристики разных типов аккумуляторов.

Для разных типов аккумуляторов характерны свои особые режимы заряда. Для ХИТ Li-ion они не такие, как для никелевых источников. Кроме того, внутри каждой группы также возможны различные режимы. Например, для Ni-Cd или Ni-MH аккумуляторов известны 4 основных способа заряда:

• стандартный заряд - заряд постоянным током, равным 1/10 от величины номинальной емкости аккумулятора, в течение примерно 15 часов. Этот метод иногда называют тонкоструйным из-за малой величины зарядного тока.
• быстрый заряд - заряд постоянным током, равным 1/3 от величины номинальной емкости аккумулятора в течение примерно 5 часов.
• ускоренный, или «дельта V», заряд - заряд с начальным током заряда, равным величине номинальной емкости аккумулятора. Время заряда равно примерно 1 часу. Приэтом постоянно измеряется напряжение на аккумуляторе и по характеру его изменения принимается решение о моменте окончания заряда.
• реверсивный заряд - импульсный метод заряда, при котором короткие импульсы разряда распределяются между длинными зарядными импульсами.

Стандартный способ - самый щадящий, но и самый медленный. Наиболее опасен для никелевых ХИТ метод быстрого заряда, но он позволяет восстановить работоспособность источника в кратчайшие сроки. Ускоренный метод с постоянным контролем напряжения наиболее точен и удобен, но одновременно и наиболее сложен. Для его реализации требуются зарядные устройства, способные отслеживать минимум два параметра - время и напряжение (в идеале следовало бы контролировать еще и температуру, недопуская ее повышения и своевременно уменьшая зарядный ток). Если в процессе заряда аккумулятора контролировать напряжение, то можно обнаружить, что, начиная с некоторого момента времени, оно начинает снижаться. Величина изменения очень мала- порядка 10 мВ для Ni-Cd и около 2 мВ для Ni-МН. Это как раз тот самый момент, когда подачу тока следует прекратить. Графическое представление процесса заряда имеет вид, показанный на рис. 3.

Контроль уровня напряжения и управление током заряда - удел специальных устройств. Для автоматизации управления процессом производятся микросхемы контроллеров заряда. Так, компания MAXIM поставляет около 20 типов контроллеров заряда разного уровня сложности. В их числе чипы МАХ712 и МАХ713, контролирующие время, температуру, напряжение и изменение напряжения на элементе, автоматически переключающие ток на минимальный подпитывающий уровень, компенсирующий саморазряд аккумулятора. Не остались безучастными к потребностям рынка и такие гиганты, как Analog Device, (5 микроконтроллеров серии ADP38xx и др. серии) и Texas Instrument (около полусотни контроллеров серий BQ20xx, BQ24xx, BQ29xx и др.).

У литиевых аккумуляторов другие режимы заряда. Зарядное устройство для Li-ion аккумуляторов имеет повышенное напряжение, более жесткие ограничения на отклонения этого напряжения и у них не применяется тонкоструйный заряд потому, что этот метод может вызвать металлизацию лития, что приводит к нестабильности элемента. Вместо этого для компенсации маленького саморазряда аккумулятора может применяться кратковременный заряд. Основные параметры: напряжение заряда равно 4,1–4,2В (выбор зависит от типа электродов аккумулятора); ток- 0,3С; время заряда - около 3–4 часов).

Как правило, Li-ion аккумуляторы включают в свою конструкцию устройства защиты. Иногда это плавкий предохранитель, но чаще- термистор или многоразовый ограничитель тока типа Polyswitch, которые срабатывают, если напряжение заряда достигает 4,30 В или температура элемента достигает 100°C.

Несколько слов о том, куда движется прогресс в данной области.

Большинство современных химических источников тока в той или иной мере опасны для человека. Некоторые содержат в себе ядовитые компоненты, другие при неправильной эксплуатации угрожают небольшим взрывом с разбрызгиванием кипящей щелочи. В любом случае, все они изготовлены с применением дефицитных и потому дорогих химических веществ. Это неприятно и хлопотно. Поэтому конструкторская мысль упорно ищет пути получения электрической энергии от источников, свободных от перечисленных проблем. И кое-какие успехи здесь намечаются.

Ученым из американского университета штата Огайо удалось разработать источники энергии, работающие на веществах, которые на нашей планете присутствуют в изобилии и могут быть использованы совершенно бесплатно. Речь идет о топливных элементах, извлекающих энергию из реакции окисления водорода. Главный элемент новой батареи - миниатюрный конвертер, который преобразует топливо и воду в газовую смесь, насыщенную водородом. Этот газ поступает в топливные ячейки, где вступает в реакцию с атмосферным кислородом, в результате чего образуются электричество и вода. Все это упаковано в миниатюрный контейнер размером с монетку. Экологически чисто, безопасно и удобно.

Есть и другой путь - использование биоферментов для генерации тока. В таких топливных элементах используется не вода, а другой популярный источник энергии - спирт. Принцип тот же - разложение спирта на водород и воду и затем окисление водорода с образованием воды и генерацией электрического тока. С одной стороны - перспективный способ - дешевого спирта можно производить сколько угодно, так как технологии его получения давно известны и хорошо отработаны. Успехи уже есть, но… Похоже, что незагорами то время, когда без стакана спиртного ваш прибор работать откажется. Если вы ему нальете проклятого зелья, то он как-нибудь поработает, а если нет - извините! (Такое бывало раньше только у людей!) К сожалению, такой постоянно «нетрезвый образ жизни» плохо отражается на продолжительности жизни энзимов. Батарейки служат короткое время. Но надежда есть! Без энергии человечество не останется.

Литература

1. В. Васильев. Аккумуляторы: Академия для неинженеров. http://www.ixbt.com/mobile.shtml#accum.
2. http://www.batteryteam.ru/catalog/battery/index.html
3. В. Кийякин. Главное - правильно питаться. Сайт журнала «Потребитель». http://www.potrebitel.ru/04/01/batarey.htm.
4. А. А. Таганова, Ю. И. Бубнов. Герметичные химические источники тока. Щелочные аккумуляторы. Литиевые источники тока. Справочник. СПб: Химиздат. 2000.
5. Методы заряда Ni-Cd и Ni-MH аккумуляторов. http//:www.newlist.ru/battery/.
6. Заряд литий-ионных (Li-ion) аккумуляторов. http//:www.newlist.ru/battery/.
7. В. Васильев. Литий-ионные и литий-полимерные аккумуляторы. http://www.ixbt.com/mobile.shtml.
8. Б. Ефремов. Что нужно знать пользователю химических источников тока (марганцево-цинковых гальванических элементов) // Электронные компоненты. 2001. № 1.
9. С. Орлов. Элементы питания - ХИТы //Электронные компоненты. 2000. № 4.
10. Лаврус В.С. Батарейки и аккумуляторы.Киев: «НиТ». 1995.
11. Ю. Дзюбан. Водка для компьютера. http://vodka.org.ua/articles/other/247.htm.

В наше время батарейки являются самыми распространёнными источниками питания для электроники и мелкой техники. Необходимость их замены возникает довольно часто. Для того чтобы сделать оптимальный выбор при покупке нового гальванического элемента, следует обращать внимание не только на размеры батареек и наименование производителя. В этой статье найдутся ответы на следующие вопросы: какой формы бывают эти источники питания? Какими бывают по размеру? Как маркируются гальванические элементы и на что нужно обратить внимание при покупке, чтобы источник питания прослужил долго?

Виды батареек

Классификация батареек осуществляется в зависимости от материалов, из которых изготовлены их активные компоненты: анод, катод и электролит.

Существует пять видов современных источников питания:

• солевые,
• щелочные,
• ртутные,
• серебряные,
• литиевые.

Типы батареек по размеру будут перечислены ниже. А сейчас подробно рассмотрим каждый из указанных классов гальванических элементов.

Солевые батарейки

Солевые батарейки были созданы во второй половине двадцатого столетия. Они пришли на смену существовавшим ранее марганцево-цинковым источникам питания. Размеры батареек не изменились, а вот технология изготовления этих гальванических элементов стала другой. В солевых источниках питания в качестве электролита используется раствор хлорида аммония. В нём размещены электроды, изготовленные из цинка и оксида марганца. Соединение между отдельными электролитами осуществляется при помощи солевого моста.

Основным достоинством таких батареек является их низкая стоимость. Эти гальванические элементы питания самые дешёвые среди всех существующих.

Недостатки солевых батареек:

• в период разряда существенно снижается напряжение;
• срок хранения мал и составляет всего 2 года;
• к концу гарантированного срока хранения ёмкость снижается на 30-40 процентов;
• при низкой температуре ёмкость уменьшается практически до нуля.

Щелочные батарейки

Такие батарейки были изобретены в 1964 году. Ещё одно название этих источников питания - алкалайновые (от английского слова alkaline, что в переводе означает именно «щелочной»).

Электроды такой батарейки изготовлены из цинка и двуокиси марганца. В качестве электролита выступает щёлочь гидроксид калия.

На сегодняшний день именно эти батарейки являются самыми распространёнными, ведь они отлично подходят большинству электронных устройств.

Достоинства алкалайновых источников питания:

• обладают большей ёмкостью в сравнении с солевыми и, как следствие, более длительным сроком службы;
• могут работать при низкой температуре окружающей среды;
• обладают улучшенной герметичностью, то есть вероятность протечки снижена;
• имеют более длительный срок хранения, который составляет 5 лет;
• обладают сниженной скоростью саморазряда по сравнению с солевыми батарейками.

Недостатки щелочных источников питания:

• период разряда характеризуется постепенным снижением выходного напряжения;
• размеры батареек алкалайновых аналогичны параметрам солевых, а вот стоимость и масса щелочных источников питания выше.

Ртутные батарейки

В такой батарейке анод изготавливается из цинка, катод - из оксида ртути. Электроды разделены при помощи сепаратора и диафрагмы, которая пропитана 40% раствором гидроксида калия. Щёлочь здесь используется как электролит. Благодаря именно такому составу этот источник питания может работать как аккумулятор. Но при цикличной работе гальванический элемент деградирует, ёмкость его снижается.

Достоинства ртутных батареек:

• стабильное напряжение;
• высокие показатели ёмкости и плотности энергии;
• возможность работы как при высокой, так и при низкой температуре окружающей среды;
• длительный срок хранения, который составляет 10 лет.

Недостатки ртутных источников питания:

• высокая цена;
• возможность опасного воздействия паров ртути в случае разгерметизации;
• необходимость налаживания процесса сбора и утилизации.

Серебряные батарейки

В серебряной батарейке для производства анода используется цинк, для катода - оксид серебра. Электролитом выступает гидроксид натрия или калия.

• стабильность напряжения;
• наличие высоких показателей ёмкости и плотности энергии;
• невосприимчивость к температуре окружающей среды;
• длительный срок службы и хранения.

Недостатком таких батареек является их высокая стоимость.

Литиевые батарейки

В такой батарейке катод изготовлен из лития. Он отделён от анода с помощью сепаратора и диафрагмы, которая пропитана органическим электролитом.

Достоинства литиевых батареек:

• постоянное напряжение;
• высокая ёмкость и плотность энергии;
• независимость энергоёмкости от тока нагрузки;
• небольшая масса;
• длительный срок хранения, который составляет до 12 лет;
• невосприимчивость к перепадам температур.

К недостаткам литиевых батареек можно отнести лишь их дороговизну.

Как указано выше, источники питания имеют разный химический состав. Также существенно отличаются друг от друга формы и размеры батареек. Гальванические элементы имеют разную высоту, диаметр и напряжение. Рассмотрим классификацию батареек в соответствии с этими параметрами.

В зависимости от напряжения, высоты, диаметра и формы, источники питания можно определённым образом систематизировать. Одной из самых популярных систем классификации является американская. Она представлена на рисунке ниже. Такая стандартизация отличается удобством, её применяют во многих странах.

Согласно американской системе источники питания классифицируются следующим образом:

Название	Высота, мм	Диаметр, мм	Напряжение, В

Кроме класса, указанного в таблице, источники питания имеют и обиходное название, которое используется в народе. К примеру, размер сопоставим с размером человеческого пальца, поэтому «народное» название этого гальванического элемента - «пальчиковая» батарейка, или «два А». А вот источник питания C именуется в обиходе «дюймовочкой». Гальванический элемент D называют «бочкой». А размеры которой схожи с параметрами самого маленького пальца человека, не зря именуется «мизинчиковой», или «три А». Источник получил название «крона».

Также в электронике широко используются миниатюрные круглые батарейки, размеры и названия которых отличаются многообразием. Более подробная информация о серебристых «пилюлях» и классификация таких источников питания приведена ниже.

Батарейки «таблетки»: размеры и названия

Ещё одно название миниатюрной круглой батарейки - сухой элемент. Такие источники питания состоят из анода, выполненного из оксида серебра, цинкового катода и электролита. В качестве последнего выступает смесь солей, которая имеет пастообразную консистенцию.

Разные производители нередко присваивают таким источникам питания обозначения, которые отличаются от стандартных. Ниже приведена классификационная таблица, в которой указаны альтернативные названия и размеры часовых батареек.

Именно эти миниатюрные серебристые «таблетки» заставляют работать механизмы современных наручных часов. Когда приходит время заменить батарейку, можно столкнуться с вопросом, какой же источник питания подойдёт в этой ситуации? К примеру, если в часах использовался элемент 399, можно вместо него ставить миниатюрную батарейку, которая в зависимости от производителя может иметь названия V399, D399, LR57, LR57SW, LR927, LR927SW или L927E. Под такими наименованиями будет производиться «таблетка», высота которой составляет 2,6 миллиметров, а диаметр - 9,5.

Размер батареек - это не единственный параметр, на который следует обращать внимание при покупке источников питания. Для того чтобы научиться расшифровывать информацию, которая располагается на гальванических элементах, нужно ознакомиться с основными принципами их маркировки.

Маркировка батареек

Международной электротехнической комиссией (IEC) создана определённая система обозначений, согласно которой следует маркировать все батарейки. На корпусе источника питания должна быть указана информация о его энергоёмкости, составе, размере, классе и величине напряжения. На примере батарейки, изображённой ниже, рассмотрим подробнее все элементы маркировки.

Информация, указанная на источнике питания, свидетельствует о следующем:

• электрический заряд гальванического элемента составляет 15 А*ч;
• класс источника питания - AA, то есть это «пальчиковая» батарейка;
• напряжение составляет 1,5 Вольта.

А что означает надпись "LR6"? Это, собственно, и есть маркировка, которая даёт информацию о химическом составе и классе источника питания. Виды батареек имеют следующие буквенные обозначения:

• солевая - R;
• щелочная - LR;
• серебряная - SR;
• литиевая - CR.

Классы батареек обозначаются такими цифрами:

• D - 20;
• C - 14;
• AA - 6;
• AAA - 03;
• PP3 - 6/22.

Теперь можно расшифровать маркировку LR6 на приведённом рисунке. Буквы здесь обозначают, что это щелочной гальванический элемент, а цифра указывает размер «пальчиковой» батарейки, то есть указывает принадлежность источника питания к классу AA.

Сфера применения и особенности выбора батареек

В первую очередь следует отметить, что все гальванические элементы отвечают требованиям унификации, то есть потребитель без проблем может заменить источник питания одного производителя аналогичной батарейкой другого. Есть лишь одно предостережение: не следует использовать в одном устройстве источники тока, изготовленные разными фирмами или тем более относящиеся к разным видам. Это существенно снизит срок службы батареек.

При выборе источников питания нужно обратить внимание на упаковку. Нередко производитель указывает на ней устройства, в которых рекомендуется использовать именно эти батарейки. Если такая информация не предоставлена, советы, размещённые ниже, помогут сделать правильный выбор.

Солевые батарейки обладают малой ёмкостью в 0,6-0,8 А*ч и используются в устройствах с малым энергопотреблением. Это могут быть пульты дистанционного управления, термометры электронные, тестеры, весы напольные или кухонные. Также солевые элементы могут быть использованы как Размеры таких источников тока аналогичны соответствующим параметрам алкалайновых, однако области их применения существенно разнятся. Ведь если использовать солевые батарейки в устройствах с электродвигателем, фонариках или фотоаппаратах, то срок их службы может составить всего 20-30 минут. Такие гальванические элементы не рассчитаны на большие нагрузки.

Щелочные батарейки обладают достаточно большой ёмкостью в 1,5-3,2 А*ч. Это позволяет успешно использовать их в устройствах, которые имеют повышенное энергопотребление. К таким приспособлениям относятся цифровые фотоаппараты со вспышкой, фонарики, детские игрушки, офисные телефоны, компьютерные мышки и т. п. Батарейки, разработанные специально для фотоаппаратов, быстрее отдают энергию. Это положительно отражается на скорости работы камер. Если использовать алкалайновый источник питания в устройствах с небольшим энергопотреблением, то батарейки покажут отличный результат, их срок службы составит несколько лет.

Двадцать - тридцать лет назад ртутные батарейки широко использовались в таких устройствах, как кардиостимуляторы, слуховые аппараты, приспособления военного назначения. На сегодняшний день использование этих источников питания является ограниченным. Во многих странах запрещено производить и эксплуатировать такие гальванические элементы из-за того, что ртуть является токсичным веществом. В случае использования этих источников тока необходима организация их отдельного сбора и утилизация согласно требованиям безопасности.

Серебряные батарейки не получили массового распространения из-за высокой стоимости металла. Однако миниатюрные источники питания этого вида широко используются в наручных часах, материнских платах ноутбуков и компьютеров, слуховых аппаратах, музыкальных открытках, брелоках и прочих устройствах, где невозможно использовать батарейки большего размера.

Литиевые батарейки имеют более длительный срок службы в сравнении даже с лучшими алкалайновыми. Поэтому такие источники питания применяются в устройствах, которые обладают высоким энергопотреблением. Это может быть компьютерная и фототехника, медицинская аппаратура.

Заключение

Батарейка - изделие, которое, несмотря на свои небольшие размеры, может быть опасным. Нельзя разбирать источник питания, бросать его в огонь и, конечно, пытаться перезарядить. В сети можно отыскать советы о том, как подарить батарейке вторую жизнь. Не пытайтесь проводить такие эксперименты, ведь это может быть опасно.

При покупке новых батареек следует обращать внимание не только на производителя и подходящие размеры, но и на химический состав источников питания. Для этого нужно уметь читать маркировку. Правильно подобранные батарейки будут служить долго и качественно.