Какое напряжение на батарейке

Сколько вольт в батарейке

Благодаря обычной батарейке, такому небольшому элементу, мы пользуемся различными устройствами, не подключая их к сети. Можно смело сказать, что открытие, которое привело к появлению этого источника питания, в каком-то роде перевернуло наш мир. Однако при использовании данного изделия не стоит забывать о его одной очень важной характеристике – напряжении или, другими словами, мощности.

Что такое напряжение в батарейке

Многие знают, что литиевые элементы питания имеют напряжение в 3 вольта, а щелочные и алкалиновые 1,5. Но что означают данные цифры? Они показывают ток, который вырабатывается одним звеном электрической цепи. Как мы понимаем, столь низкий показатель не несёт никакого вреда нашему здоровью, а также самому устройству. Если же нужно получить повышенное напряжение, то необходимо соединить несколько элементов в цепь, т. е. скомбинировать их в одно целое.

Это интересно! Например, для получения 6 V необходимо последовательно сложить в единую цепь 4 такие батарейки.

Стоит отметить, что некоторые пользователи вместо понятия вольтаж используют термин «мощность». Хотя фактически такого понятия не существует. Данный критерий может меняться в зависимости от вида источника питания, а также химических элементов, которые входят в её состав.

Почему важно знать значение напряжения в батарейке

Как можно понять, именно напряжение – самая важная техническая характеристика данного элемента питания. Она показывает, как долго будет работать батарейка, а также насколько она подходит к тому или иному прибору.

Стоит учитывать тот вариант, что батарейка начинает терять свою мощность спустя некоторое время. Если же напряжение падает, то устройство начинает работать некорректно или не работает вообще. Если же вольтаж будет выше, например, 3,2 В (литий-ионные), то такие элементы питания попросту повредят устройство, которое рассчитано на меньшее напряжение. Поэтому игнорировать «вольтаж» при покупке данного товара попросту нельзя.

Это интересно! Многие задаются вопросом, почему на батарейках типа АА написано 1,2 вольт, и хватит ли её для нормального функционирования устройства, если практически всегда на них пишут 1,5. Дело в том, что 1,2 В это ЭДС (электродвижущая сила) конкретной электрохимической пары — по этой причине на корпусе указаны именно данные цифры. Реальный показатель напряжения в таком случае практически всегда составляет 1,5-1,55 В (при условии, что изделие будет новое, высокого качества либо полностью заряжено).

Сколько вольт в пальчиковой и других видах батареек

Как мы уже говорили, напряжение в батарейке зависит от двух основных факторов:

  • тип элемента питания;
  • его состав.

Например, у пальчиковой (размер АА) он составляет 1,5. Если же говорить о никель-цинковых элементах, то здесь оно будет составлять около 1,6 В, у никель-кадмиевых и никель-металлогидридных менее 1,4. Однако существуют и литий-ионные и литий-железо-фосфатные элементы питания, у которых вольтаж составляет целых 3,2 Вольта. Проблема в том, что такие батарейки могут повредить устройства, которые рассчитаны на 1,2-1,5 В.

У «таблеток» примерно такое же напряжение, как и у АА: от 1,4 до 3 В. Вольтаж также зависит от размера и от состава (самый большой у литиевых CP, самый маленький у воздушно-цинковых PR).

У гальванических элементов питания с типоразмером ААА «вольтаж» составляет от 1,2 до 3,7 В.

Как мы видим, при покупке обычного элемента питания недостаточно сказать продавцу, что вам «нужна батарейка». Чтобы она подошла и принесла пользу, нужно знать её типоразмер и вольтаж.

Как замерить заряд батарейки мультиметром

Пальчиковые батарейки применяются во многих современных приборах в качестве элементов питания. Хотя внешне эти изделия неотличимы друг от друга, их технические параметры, а также стоимость может существенно различаться. Чтобы не попасть впросак, приобретя изделие с небольшим ресурсом, а то и вовсе нерабочее, следует знать, как проверять эти элементы, и уметь делать это на практике. Пригодится это умение и при проверке батареек, скопившихся дома – если одним из них место на свалке, то другие еще могут послужить в устройствах, не отличающихся мощностью. В этой статье мы разберемся, как проверить батарейку мультиметром, и при какой величине остаточного заряда она может эксплуатироваться в электроприборах.

Проверка заряда без нагрузки

Чтобы выявить полностью неисправные элементы, достаточно произвести простую проверку:

  • Выбрать режим мультиметра, соответствующий измерению величины постоянного напряжения.
  • Установить предел измерения, равный 20В.
  • Приложить щупы прибора к контактам проверяемой батареи и замерить напряжение.
  • Снять показания тестера.

Если напряжение, показанное при проверке батарейки мультиметром, составляет более 1,35В – аккумулятор исправен и подойдет для работы в любом электроприборе. Если заряд элемента меньше этого уровня, но не ниже 1,2В – его можно использовать в нетребовательных устройствах. При более низком уровне заряда использование батареи невозможно, и она подлежит утилизации.

Для полноты картины такой проверки недостаточно, поскольку она показывает величину напряжения без нагрузки (ЭДС).

В качестве нагрузочного элемента можно использовать обычную лампочку, предназначенную для работы в карманном фонарике. Светодиоды для этого не подойдут из-за слишком малого сопротивления. Объем нагрузки должна составлять от 100 до 200 мА – это самый распространенный показатель для большинства современных электрических изделий средней мощности.

Однако для отбраковки явно непригодных к эксплуатации батареек проверки тестером без нагрузки достаточно. Если прибор показывает менее 1,2В – проверка под нагрузкой бессмысленна.

Проверка электрических батареек мультиметром под нагрузкой

Оставшиеся элементы тестируются повторно. Разберемся теперь, как проверить емкость элемента питания под нагрузкой. Для этого нужно действовать следующим образом:

  • Соединить щупы мультиметра с контактами тестируемой батареи.
  • Параллельно подключить нагрузочный элемент и выждать 30-40 сек.
  • Снять полученный результат.

В зависимости от показаний прибора измеренные элементы нужно рассортировать. Батарейки с остатком 1,1В и менее можно смело отправлять в утиль. Изделия, при проверке которых прибор показал до 1,3В, можно использовать в пультах ДУ. Если же элемент под нагрузкой показывает 1,35В и более – он полностью исправен.

Проверка батареек способом измерения силы тока

Этот метод применяется в отношении новых элементов питания и позволяет оценить их мощность сразу при покупке. Положение мультиметра должно соответствовать постоянному току. Чтобы померить величину заряда на новом аккумуляторе, действовать нужно следующим образом:

  • Тестер для проверки батареек установить на максимальный предел измерений.
  • Взять новый элемент и приложить щупы прибора к его контактам.
  • Через 1-2 сек, после прекращения роста значения тока на индикаторе, щупы нужно убрать.

Нормальный показатель величины тока для новой батарейки должен составлять 4-6 Ампер. Если он составляет 3-3,9 Ампер – это означает, что эксплуатационный ресурс батареи снижен, но элемент подойдет для использования в портативной аппаратуре.

Показания мультиметра в пределах 1,3-2,9 Ампер говорят о том, что в обычных бытовых приборах батарею лучше не использовать, но она может быть установлена в аппараты, потребляющие незначительное количество тока (к примеру, телевизионные или другие пульты ДУ).

Если же величина тока, показываемого тестером, составляет 0,7-1,1 Ампер, то такой элемент способен работать исключительно в приборах с низким энергопотреблением, при этом качество работы аппаратуры снизится. Его можно использовать в «дистанционках», но лишь в том случае, если более качественных элементов под рукой нет.

Наглядно процесс проверки батареек мультиметром на видео:

Полезные советы

Приведем несколько рекомендаций, касающихся использования батареек, а также их утилизации:

  • Не затягивайте с проверкой и сортировкой скопившихся дома элементов питания. При отсутствии новых батареек или недостаточном их количестве вы сможете при необходимости временно использовать протестированную.
  • Севшие в бытовом приборе элементы питания необязательно менять полностью. Обычно разряд их наступает неодновременно, и проверка выявит аккумуляторы, которые могут эксплуатироваться дальше.
  • Не храните дома непригодные к работе батарейки и, тем более, не держите их в корпусе аппаратуры. Зачастую из них вытекает электролит, и это приводит к порче находящихся рядом вещей.

  • Не пытайтесь как-либо повредить корпус элемента питания – находящаяся в нем жидкость (кислота или щелочь) может попасть на кожу, причинив химический ожог.

Кроме того, использованные батарейки не стоит бросать в мусорные баки. Содержащийся в них электролит вреден для окружающей среды, поэтому элементы питания подлежат утилизации в местах, которые предназначены специально для этой цели.

Заключение

В этом материале мы разобрались, как правильно проверить батарейку мультиметром, а также, в каких приборах можно использовать протестированные элементы питания, исходя из результатов измерений. Как вы могли убедиться, чтобы измерить остаток заряда в батарее, достаточно иметь под рукой домашний тестер и располагать несколькими минутами свободного времени.

Как проверить работоспособность батарейки мультиметром

Батарейка — универсальный портативный элемент питания, от которого работает большинство переносных девайсов. Существует множество разновидностей батареек — от простых солевых, до мощных литий-ионных аккумуляторов. При работе они имеют свойство разряжаться, да и новые батареи не всегда поставляются полностью заряженными. Поэтому нужно знать о том, как проверить батарейку мультиметром.

Что такое мультиметр

Аккумуляторные элементы в домашних условиях легко проверить мультиметром. Это измерительный прибор, который может выполнять несколько задач:

  • Измерение напряжения;
  • Проверка тока;
  • Измерение сопротивления;
  • Проверка диодов, транзисторов, конденсаторов
  • Замер частоты.

Удобным в этом приборе является то, что все измерения проводятся им одним, без необходимости иметь множество различных измерителей. К тому же в большинстве случаев он является портативным, то есть измерить параметры электроцепей можно как в полевых, так и в домашних условиях.

Большинство мультиметров (их еще называют тестерами) сами работают от батареек.

Виды батареек

Портативные элементы питания различаются как по принципу работы, так и по внешнему виду. Основные типы батареек:

  • Пальчиковые (обозначение размера АА);
  • Мизинчиковые (размер ААА);
  • Большие цилиндрические (размером D);
  • Средние цилиндрические (обозначаются С);
  • Тип Крона (форма — параллелепипед);
  • Плоские (форма — уплощенный параллелепипед).

Все цилиндрические типы накопителей заряда имеют рабочее напряжение от 1,2 до 1,6 вольт. Напряжение элементов типа Крона равно 9 В, а плоских 4,5 В. Работоспособность элемента зависит от нагрузки, к которой он подключен.

В маломощных приборах уменьшение вольтажа батарейки долго не сказывается на работоспособности, а в мощных, типа фотоаппаратов или электродвигателей, даже небольшое проседание напряжения вызовет отказ оборудования.

По типу внутреннего наполнения элементы питания также различаются. Выделяют такие виды:

  • «Солевые», «сухие» — угольно-цинковые. Этот тип батареек наиболее дешевый, но быстрее всего разряжается и плохо работает в холодных условиях и с мощными нагрузками;
  • HeavyDuty — хлоридно-цинковые, похожи на предыдущий тип, имеют чуть большую емкость;
  • «Алкалиновые», щелочные — лучше работают при низких температурах и держат заряд при большом токе, но быстро разряжаются;
  • С применением ртути — высокоемкие, их трудно быстро разрядить, однако из-за опасности ртути они вышли из употребления;
  • С использованием серебра — медленно разряжаются и хорошо работают с мощной нагрузкой, но дорогие;
  • Литиевые — имеют наивысшую ёмкость и наименьшую массу среди подобных. Долгий срок годности. Высокая цена.

Также все батареи делятся на два типа: первичные, то есть гальванические элементы и вторичные, то есть перезарядные или аккумуляторные. Первые обычно дешевле, но после использования их необходимо утилизировать. Вторые часто имеют меньшую емкость, более дороги, но могут быть перезаряжены зарядным устройством.

Проверка тока

Чтобы понимать, как проверить батарейку тестером, нужно знать параметры накопителя заряда, коим являются и аккумуляторы, и любые переносные элементы питания.

У полностью заряженного источника питания должно быть заданное производителем напряжение на выходных контактах с погрешностью ±5%, и он должен выдавать определенный ток, достаточный для питания нагрузки той мощности, для которой его предполагается применять.

Для того чтобы проверить ток батареек, важно правильно настроить и подключить тестер. Нужно выполнить действия:

  1. Подключить черный провод со щупом в гнездо COM мультиметра, а красный провод — в гнездо, маркированное 10 А;
  2. Установить режим измерения постоянного тока, предел измерений — 10 А;
  3. Кратковременно прикоснуться щупами к выводам батарейки, черным — к минусу, а красным — к плюсу. Важно проводить измерение на более 2 секунд, во избежание порчи элемента;
  4. На дисплее отобразится значение тока.

Если величина тока находится в пределах 4 — 6 ампер, то элемент «свежий» и может использоваться по назначению. При показаниях от 3 до 3,9 А ресурс батарейки снижен, но какое-то время она еще будет работать. Если ток равен 1,3 — 2,9 А, такой элемент сможет питать только маломощную аппаратуру. При более низких показателях батарейку лучше заменить, а аккумулятор с такими параметрами нужно зарядить.

Тест на напряжение

Менее опасным методом проверки элементов питания будет тест на напряжение. При проверке важных портативных источников питания необходимо проверять и напряжение, и силу тока. Для того чтобы узнать напряжение нужно:

  1. Присоединить щупы мультиметра в подходящие гнезда: красный — в отверстие, маркированное Ω, U, Hz, черный — в гнездо с надписью COM$
  2. Установить режим измерения постоянного напряжения;
  3. Выбрать предел измерения — до 20 В;
  4. Приложить щупы к выводам источника питания. Полярность не имеет большого значения, так как значения все равно будут отображены верные, только с противоположным знаком;

Например, для аккумулятора типа 18650, если все сделано верно, измеритель выдаст значения от 0 до 3,7 В. Если получены цифры более 3,5 В, значит, батарея вполне работоспособна. При значениях от 3,0 до 3,5 В — ресурс элемента понижен, но его можно разрядить в устройствах меньшей мощности. Если напряжение ниже 2,9 В — источник питания нужно зарядить. Минимально допустимым для таких аккумуляторов является напряжение 2,4 В, меньшее значение будет способствовать деградации электролита аккумулятора.

Определение емкости

Емкость элемента питания — это величина, определяющая, сколько времени он сможет работать как энергоноситель для цепи при определенном токе. Выражается она в ампер-часах для мощных аккумуляторов и миллиампер-часах для небольших. Для примера: если на пальчиковом аккумуляторе написано 1000 мА ⋅ ч, то, при выдаваемом токе в 1000 мА он разрядится за час.

Определить, как замерить емкость батарейки мультиметром, можно только при наличии аккумуляторной батареи, так как для измерения нужно будет ее полностью разрядить. Использование гальванического элемента после этого будет невозможно. Для определения емкости аккумулятора методом контрольного разряда нужно:

  1. Подобрать сопротивление нагрузки, обеспечивающее ток разряда батареи 100 — 200 мА;
  2. Последовательно соединить аккумулятор, нагрузку, мультиметр в режиме измерения постоянного тока. Аккумулятор должен быть полностью заряжен;
  3. К выводам батареи параллельно подключить второй мультиметр в режиме измерения постоянного напряжения;
  4. Сразу после соединения начать отсчет времени;
  5. Установить, за какое время напряжение батареи уменьшится вдвое. Это и будет считаться её полным разрядом;
  6. Умножить время разряда на ток во время эксперимента. Если ток менялся, нужно определить средний ток. Полученное значение произведения и будет величиной емкости аккумулятора.

Измерение параметров аккумулятора телефона

Часто бывает, что телефон быстро разряжается. При этом нужно проверить параметры его батареи на предмет уменьшения емкости. Знать о том, как проверить емкость аккумулятора телефона мультиметром, необходимо не только специалистам салонов по ремонту портативной техники, но и обычным пользователям, задумавшимся о замене батареи смартфона.

Для проверки нужно определить напряжение, выдаваемое аккумулятором, и его ёмкость, определяемые методом контрольного разряда. На батарее телефона или в инструкции по эксплуатации эти параметры должны быть указаны. Если полученные при эксперименте значения отличаются более, чем на 20% в меньшую сторону — возможно, стоит заменить аккумулятор.

Зная, как проверить аккумулятор телефона мультиметром, можно оперативно выявить неисправность этого элемента, узнать его состояние, если он уже не новый, и определить примерный срок службы.

Знания о проверке емкости аккумулятора с помощью тестера пригодятся во многих ситуациях: от вопроса замены элементов питания фотоаппарата до теста емкости АКБ автомобиля.

Originally posted 2018-04-18 12:14:01.

Типы батареек

Подписка на рассылку

  • ВКонтакте
  • Facebook
  • ok
  • Twitter
  • YouTube
  • Instagram
  • Яндекс.Дзен
  • TikTok

Работа большинства радиоэлектронных устройств и бытовых приборов невозможна без сменяемых компактных источников питания. Гальванические элементы, которые в обиходе называются батарейками, являются источниками питания для радиоприемников, кварцевых часов, кухонных весов, детских игрушек, цифровых аппаратов, фонарей, а также пультов управления музыкальными центрами, кондиционерами, телевизорами и т.д.

Выбирать батарейки, оптимально подходящие для каждого конкретного электронного устройства, нужно с учетом их основных характеристик.

Напряжение
Номинальное напряжение источников питания зависит от их типа и указывается на корпусе. На сегодняшний день выпускаются батарейки с напряжением 1,5; 3 и 9 В.

Емкость
Исходя из этой характеристики, можно определить максимальный временной промежуток, в течение которого гальванический элемент может служить источником питания для подключенной к нему нагрузки. Емкость батарейки наносится на корпус батарейки.

Саморазряд
Характеризует естественное снижение номинальной емкости источника питания без нагрузки во время его хранения на складе предприятия изготовителя или на месте реализации. В зависимости от температурного режима и срока хранения, потеря емкости может достигать 30%, поэтому при покупке батарейки необходимо обращать внимание на дату изготовления.

Гальванические источники питания выпускаются российскими и зарубежными производителями, по материалу электродов и составу электролита они подразделяются на:

– ртутные и серебряные;

От того, какие батарейки используются для комплектации устройств, напрямую зависит продолжительность их бесперебойной работы.

Солевые
В батарейках этого типа для изготовления электродов используются оксиды цинка и марганца. В качестве электролита используется хлорид цинка с небольшим добавлением хлорида кальция. Единственным достоинством этих источников питания является низкая стоимость. Солевые батарейки характеризуются резким падением напряжения во время эксплуатации, а также емкости при снижении температуры воздуха до отрицательных значений. Кроме того, срок хранения таких батареек не превышает двух лет со дня изготовления. Источники питания этого типа рекомендованы для установки в приборы с низким потреблением электроэнергии. Номинальное напряжение солевых батареек не превышает 1,5 В.

Щелочные
Анод щелочных батареек выполнен из цинка, легированного свинцом, висмутом, индием и алюминием. Катод изготавливается из диоксида марганца с добавлением графита или ацетиленовой сажи. Электролит состоит из гидроксида калия или натрия с добавлением гидроксида лития и оксида цинка. Щелочные батарейки являются универсальными как по стоимости, так и по сроку службы, который превышает срок работы солевых батарей на 50%. Кроме того, падение емкостных характеристик и напряжения происходит плавно. Номинальное напряжение щелочных батареек не превышает 1,5 В.

Литиевые
В батарейках этого типа анод выполнен из лития, а в качестве катода может быть использован диоксид марганца, оксид меди, йод или дисульфид железа. Состав электролита зависит от материала, из которого изготовлен катод. Литиевые источники питания имеют высокую энергоемкость и стабильность емкостных характеристик, вне зависимости от величины разрядного тока. Такие батарейки обеспечивают длительную работу приборов, в которых они установлены, в том числе при низких температурах воздуха. Номинальное напряжение литиевых батареек может достигать 3 В.

Ртутные и серебряные
Несмотря на высокую энергоемкость и постоянную величину напряжения в течение всего срока службы, ртутные и серебряные источники питания не получили широкого распространения из-за высокой стоимости, сложностей с утилизацией отслуживших батареек и необходимости соблюдения повышенных мер безопасности во время эксплуатации.

Аккумуляторные
Такие источники питания являются альтернативой всем ранее описанным батарейкам. Основным преимуществом аккумуляторных никель-кадмиевых или никель-металлгидридовых батареек является возможность восстанавливать их заряд после снижения емкостных характеристик и номинального напряжения до минимального уровня. Для этого используются специальные зарядные устройства.

Форм-фактор
Гальванические источники питания различаются не только по материалу электродов и составу электролита, но и внешнему виду, а также форме, так называемому форм-фактору.

Пальчиковые (AA) – батарейки цилиндрической формы, предназначенные для установки в фонарики, часы, детские игрушки, пульты дистанционного управления бытовой техникой и пр.

Мизинчиковые (AAA) – мизинчиковые батарейки используются для тех же целей, что и источники питания форм-фактора AA и отличаются от них несколько меньшим диаметром.

А23 и А27 – от источников питания AA и AAA батарейки этих форм-факторов отличаются меньшей длиной и используются для комплектации миниатюрных радиочастотных устройств.

C и D – В настоящее время такие батарейки применяются крайне редко, так как имеют значительно больший диаметр, чем источники питания AA. Размеры батарейки этих форм-факторов не подходят для комплектации современных радиоэлектронных устройств.

Крона – устаревший форм-фактор, имеющий вид прямоугольного параллелепипеда. В недавнем прошлом был весьма распространен. В отличие от всех иных источников питания, «плюсовой» и «минусовой» электроды у него размещены не диаметрально противоположно, а рядом. Единственная батарейка с напряжением 9 В.

«Таблетка» – в отличие от батареек других форм-факторов, которые могут быть солевыми, щелочными или литиевыми, источники этого типа относятся к литиевому типу и различаются не только по диаметру и высоте, но и по составу электродов и электролита. Такие гальванические элементы имеют свою систему маркировки. «Таблетки» необходимы для питания миниатюрных и субминиатюрных устройств.

Зная основные характеристики батареек, можно легко определить, какие батарейки выбрать в качестве источника питания для того или иного электронного устройства.

Важно:
Выбрасывать отработавшие свой ресурс батарейки вместе с бытовыми отходами категорически нельзя. Химические элементы, из которых изготовлены электроды источников питания и входящие в состав электролитов, являются источником загрязнения окружающей среды. В каждом городе существуют специализированные пункты, в которых производится сбор и утилизация «севших» батареек всех типов, а также источников питания аккумуляторного типа.

Какое напряжение Li-ion-аккумулятора лучше: 3,6В, 3,7В, 3,75В, 3,8В или 3,85В?

Какое значение лучше выбирать по напряжению Li-ion-аккумулятора в смартфоне? Ведь вариантов немало: 3,6В, 3,7В, 3,75В, 3,8В или 3,85В.

Напряжение на аккумуляторе указывается двух типов:

  • номинальное (то есть основное рабочее, указывается всегда);
  • максимальное (снижается ток, работает защита от перезаряда, иногда не указано — ниже объясним, почему).

Цифра в значении напряжения зависит от конструкции и типа электрохимической системы литиевого элемента. Узнайте, есть ли разница, и какие элементы лучше для надёжности, срока службы, быстрой зарядки и так далее.

Что означает напряжение Li-ion-аккумулятора смартфона «3,7В / 4,2В»?

Типовой вариант литий-ионных (и литий-полимерных) аккумуляторов с кобальтовым катодом (LCO) имеет напряжение на элемент:

  • 3,6В номинальное;
  • 4,2В максимальное.

Вот, как это напряжение влияет на работу литий-ионного аккумулятора:

  • • Аккумулятор заряжается до 4,2В (индикация 100%);
  • • Постепенно разряжаясь, он удерживает номинальное напряжение на уровне 3,6В (+/- 0,1В при токе разряда 0,2C-0,5C);
  • • При остатке около 20% заряда от ёмкости напряжение падает до 3,0В;
  • • Срабатывают алгоритмы контроля аккумулятора (например, управляющая плата BMS и аппаратно-программные средства смартфона — он выключается).
  • • Срабатывает защита, когда напряжение падает до критического у Li-ion значения 3,0-2,75В (точная цифра зависит от материалов, задумки инженеров и сборки).

Сильно разряженный Li-ion-аккумулятор выключается после срабатывания защиты по нижнему порогу напряжения — размыкается цепь. Восстановить можно. Правда, понадобится специальное оборудование. И результат получится со значительной потерей ёмкости (глубокий разряд).

Исконно-номинальное значение напряжения Li-ion-аккумулятора 3,6В — до 3,7В его увеличили в маркетинговых целях за счёт понижения внутреннего сопротивления.

Диапазон напряжений 3,7-4,2В (рабочий ещё шире: 2,75В-4,2В) используется в литий-ионной технологии повсеместно (в элементах 18650, аккумуляторы в смартфонах, смарт-часах, планшетах, ноутбуках, электроинструменте, электротранспорте). Но встречаются и другие варианты.

Какое напряжение литий-ионного аккумулятора лучше?

Увеличение напряжения от штатных 3,6В добавляет мощности аккумулятору и увеличивает максимальную ёмкость при заряде выше 4,2В.

Однако перезаряд плохо сказывается на сроке службы и безопасности ячейки. Требуются другие материалы, более дорогое производство, чтобы снизить негативный эффект. Новые модели смартфонов могут предложить такие технологии, но стоят ли они усилий и переплаты?

Отличия, которые скрывают цифры по напряжению Li-ion-аккумулятора

Первое значение соответствует номинальному и указывается обязательно на всех ячейках. Второе значение указывается либо рядом, либо где-нибудь в описании характеристик на стикере с информацией. Притом найти его удаётся не всегда на корпусе ячейки (в таком случае считается, что оно штатное для технологии — 4,2В).

3,6В / 4,2В

Традиционные аккумуляторы (обычно с кобальтовым катодом). Исконные значения технологии Li-ion и Li-ion Polymer.

3,7В / 4,2В

Современный и наиболее распространённый вариант достигнут в маркетинговых целях («3,7В больше 3,6В») с небольшой доработкой материалов катода и анода (снижено внутреннее сопротивление).

3,75В / 4,2 или 4,25В

Компромисс между долговечностью, ёмкостью и мощностью, которым пользуются производители во флагманских и популярных моделях. Чтобы достичь большего максимального напряжения при заряде 4,25В поверхность катода покрывается специальными материалами (от грубого нанесения до структурного перекрытия оболочкой), разрабатываются добавки к электролиту.

3,8-3,85В / 4,35-4,4В

Новейшие разработки материалов (тонкоплёночные покрытия катода и добавки в электролит) позволяют заряжать аккумуляторы до 4,35 (+/-0,05В). Это увеличивает мощность (например, полезно для электромотора) и ёмкость (время автономной работы).

Они называются высоковольтовые элементы (LiHV или High Voltage Li-ion, например, HV-LIPO). Из особых требований — поддержка 4,4В со стороны зарядного устройства (должно быть правильно настроено по напряжению полной зарядки для дополнительной ёмкости).

Заряд до такого высокого напряжения, как 4,4В плохо влияет на долговечность. Даже с использованием новейших технологий защиты электродов от чрезмерного износа производитель получает ячейки, в которых уменьшается максимальное число циклов заряд-разряд. Для их работы требуются более ответственные меры, чтобы изделие соответствовало стандартам безопасности.

Интересно, что в Datasheet литий-ионных аккумуляторов 3,85В / 4,4В тестирование демонстрирует более экстремальный заряд до 4,6В. Это ещё сильнее увеличивает ёмкость и мощность.

Однако инженеры отмечают, что для безопасности заряда до такого высокого напряжения следует строго следить за повреждениями и вздутием. Если они есть, то так сильно заряжать нельзя, опасно.

Ответы на частые вопросы по напряжению Li-ion-аккумулятора

Срок службы батареи Li-ion согласован с моральным устареванием модели смартфона. В связи с этим фактом, короткий цикл жизни элемента питания с точки зрения производителей вполне приемлем. Почему бы и не увеличить циферку в ёмкости пусть и немного за счёт срока службы?

На практике мы сталкиваемся с определёнными эффектами при использовании разных напряжений аккумуляторов в одном и том же смартфоне. Возникают популярные вопросы, на которых хотелось бы дать краткие ответы.

Вопрос 1: Напряжение 4,35В или 4,4В действительно лучше, чем 4,2В?

Ответ: Да, это даст больше ёмкости на первые 50-100 полных циклов заряд-разряд (и мощности, например, для мотора в электроинструменте). Далее у двух аккумуляторов 4,35В и 4,2В ёмкость фактически сравняется — «карета превратится в тыкву». В теории срок службы аккумулятора, который продолжают перезаряжать выше 4,2В, будет меньше. Но если не заряжать его выше 80%, то, вероятно, он прослужит даже больше [тезис аргументирован, но требует практических испытаний].

Вопрос 2: Стоит ли искать только аккумуляторы с напряжением 4,2В?

Ответ: Нет, основывать свой выбор только на этой характеристике не стоит. Вы получите аккумулятор со сроком службы 500 полных циклов (на 100-150 циклов больше в сравнении с 4,4В), но с учётом быстрого морального устаревания смартфонов это преимущество может быть совершенно неважно (составит всего несколько месяцев от двух-трёх лет).

Вопрос 3: Есть ли разница между аккумуляторами 3,6В и 3,7В?

Ответ: Есть, но она фактически незаметна. Отличается внутреннее сопротивление, которое критично при определённых экстремальных обстоятельствах.

Вопрос 4: Есть ли разница между аккумуляторами 3,85В и 3,75В?

Ответ: Есть, и довольно большая. Отличаются технологии производства и применения материалов для катода, анода и электролита. Они влияют на максимальный заряд, в том числе дают возможность безопасно заряжать до 4,4В (требуется соответствующая поддержка на заряднике). Это в свою очередь увеличивает максимальную ёмкость (Wh = Ah * V или Вт·ч = А·ч * В).

Вопрос 5: Есть ли разница между аккумуляторами 3,7В и 3,75В?

Ответ: Есть, и она практически незаметна, если производитель не указал максимальное напряжение 4,35В (тогда отличия будут, как в вопросе 4). Обычно на аккумуляторе 3,75В это значение не указывают (тогда считается 4,2В), реже вписывают «измеренное» максимальное напряжение 4,25В — является по сути маркетинговым ходом.

Вопрос 6: Есть ли ещё информация? Я не нашёл напряжение, которое указано на моём аккумуляторе.

Ответ: Могут встречаться промежуточные значения, вроде «3,82В». Это некие «измеренные» («rated voltage») цифры по номинальному напряжению после увеличения максимального напряжения заряда до 4,4В. Достаточно придерживаться указанной выше вилки, чтобы понимать разницу. Кратные напряжения, например, 11,1В говорят о составе батарейного блока из трёх подключённых между собой аккумуляторов 3,7В (3шт x 3,7В = 11,1В).

Напряжение Li-ion аккумулятора — это важная для инженеров характеристика, которую учитывают при концептуальное разработке коммерческого продукта (например, смартфона, планшета, электродрели). Параметры применения литий-ионной ячейки зависят от её максимального напряжения при зарядке, что достигается разными технологическими решениями.

Сейчас актуальны две разновидности максимального напряжения Li-ion:

  • 4,2В (исконное, штатное значение, иногда даже не указывается — и так понятно, аккумуляторы с отсечкой на 4,2В «живут» немного дольше);
  • 4,35В или 4,4В (элементы высокого напряжения или High Voltage Li-ion/LiPo, их срок службы уменьшен взамен на указанные выше преимущества).

Номинальное напряжение 3,6В, 3,7В, 3,75В, 3,8В или 3,85В, указанное на корпусе аккумулятора по сути не влияет на срок службы, если максимальное напряжение одинаковое (4,2В). Но может говорить о разных материалах, применяющихся для катода, анода и электролита.

Все утверждения, которые мы привели в этой статье, основаны на расчётах, исследованиях и тезисах Battery University. В ходе своей работы мы опирались на собственный опыт производства аккумуляторов литий-ионного типа в компании Neovolt.

Для дальнейшего самостоятельного изучения рекомендуем обратиться к научному исследованию: «Практическая оценка литий-ионных аккумуляторов» [опубликовано в ScienceDirect] — эта работа входит в национальную программу ключевых исследований и разработок Китая (грант №2016YFB0100100 )

Пишите вопросы в комментарии. Мы ждём ваши сообщения и ВКонтакте @NeovoltRu.

Подпишитесь на нашу группу, чтобы узнавать новости из мира автономности гаджетов, об их улучшении и прогрессе в научных исследованиях аккумуляторов. Подключайтесь к нам в Facebook и Twitter. Мы также ведём насыщенный блог в «Дзене» и на Medium — заходите посмотреть.

Аккумуляторы против батареек

Номинальное напряжение щелочных батареек 1.5 вольта, а номинальное напряжение NiMh-аккумуляторов 1.2 вольта, из-за этого многие думают, что аккумуляторы могут не работать в устройствах, предназначенных для работы от батареек. Я изучил, как меняется напряжение на батарейках и аккумуляторах при разрядке в разных режимах.

Для теста были использованы хорошие батарейки Lexman и аккумуляторы, использующие технологию Eneloop — Fujitsu AA 2500 mah и IKEA LADDA AAA 900 mAh.

Для тестирования ёмкости и нагрузочной способности батарейки и аккумуляторы разряжались в трёх режимах:

  • Разряд постоянным током 200 мА. Такая нагрузка свойственна для электронных игрушек;
  • Разряд импульсами (10 секунд нагрузка, 20 секунд пауза) 2500 мА для батареек AA и 1000 мА для AAA. Такая нагрузка свойственна для мощных устройств;
  • Разряд в режиме «постоянное сопротивление» с начальным током 1000 мА. Этот режим эмулирует работу фонаря или устройств с электромоторами.

Измерение делались при разряде до напряжения 0.7 В.

Разряд постоянным током 200 мА

Отданная энергия:
AA: аккумулятор — 2.97 Втч, батарейка – 2.52 Втч;
AAA: аккумулятор — 1.08 Втч, батарейка – 1.00 Втч;

Аккумуляторы AA дают больше энергии на 15%, аккумуляторы AAA – на 7%.

Хоть начальное напряжение на аккумуляторах ниже, уже после разряда на треть оно становится равно напряжению на батарейках. При разряде батареек на 10% напряжение падает до 1.4 В и дальше при разряде до 90% оно плавно падает до 1 В. Аккумуляторы ведут себя по-другому. При первых 30% разряда напряжение плавно падает с 1.4 до 1.2В, а дальше остаётся почти неизменным до тех пор, пока аккумулятор не разрядится на 90%, в последние 10% работы аккумулятора напряжение начинает падать до 1 В и ниже.

Разряд в режиме «постоянное сопротивление» с начальным током 1000 мА

AA: аккумулятор — 3.02 Втч, батарейка – 1.55 Втч;
AAA: аккумулятор — 1.08 Втч, батарейка – 0.59 Втч;

При большой нагрузке аккумуляторы AA дают больше энергии на 49%, аккумуляторы AAA – на 45%.

При такой нагрузке напряжение на батарейках уже после 1% разряда падает ниже напряжения на аккумуляторах!

Разряд импульсами 2500 мА (10 секунд нагрузка, 20 секунд пауза)

Отданная энергия: аккумулятор — 2.61 Втч, батарейка – 0.82 Втч;

При сверхвысокой нагрузке разница между батарейками и аккумуляторами становится ещё больше: аккумулятор даёт более, чем втрое больше энергии.

На графике хорошо видно, что напряжение под нагрузкой у аккумулятора выше с первой секунды разрядки.

Аккумулятор выдерживает гораздо большую нагрузку, поэтому разница напряжения при подаче и снятии нагрузки у него не велика (около 0.1 В), а у батарейки она достигает 0.5 В.

Разряд импульсами 1000 мА (10 секунд нагрузка, 20 секунд пауза)

Отданная энергия: аккумулятор — 0.94 Втч, батарейка – 0.50 Втч;

Точно такая же картина при разряде сверхбольшим током батареек и аккумуляторов ААА.
аккумулятор даёт почти вдвое больше энергии и напряжение на нём выше в течение всего разряда.

Из моих экспериментов можно сделать следующие выводы:

  • Аккумуляторы дают преимущества в любых режимах, но особенно большая разница наблюдается при питании мощной и сверхмощной нагрузки – аккумулятор может давать в три и более раз больше энергии.
  • Несмотря на то, что номинальное напряжение у аккумуляторов меньше (1.2 В, а у батареек 1.5 В), фактически в процессе разряда оно становится больше, чем у батареек (с самого начала при большой нагрузке и приблизительно после трети разряда при маленькой).
  • Аккумуляторы не очень целесообразно использовать в устройствах с очень маленьким потреблением (часы, пульты), где батарейки меняются реже, чем раз в год.
  • В устройствах, батарейки в которых «садятся» чаще, чем раз в год, применение аккумуляторов даёт не только экономию, позволяет заботиться об экологии, но и обеспечивают более долгую работу без подзарядки (смены батареек).

© 2020, Алексей Надёжин

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий