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

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

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

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

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

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

Основные технические характеристики, принцип работы, конструкция и комплектность аккумуляторов

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Вернёмся к рассмотрению дизайна аккумуляторов.

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

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

Есть между аккумуляторами и различие в расположении индикатора зарядки.

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

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

Теперь переходим к тестам.

Тестирование литиевых аккумуляторов в формате батареек АА и ААА

Тесты начинаем с проверки ёмкости, отдаваемой в нагрузку аккумуляторами.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Теперь переходим к аккумулятору формата АА.

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

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

График разряда таков:

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

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

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

Теперь — важная информация об обнаруженных «граблях».

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

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

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

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

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

Пульсации аккумулятора формата ААА:

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

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

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

Теперь — осциллограмма пульсаций для аккумулятора формата АА:

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

Уровень пульсаций пик-пик — невысокий, 20 мВ.

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

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

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

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

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

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

Следующим пунктом была проверена реакция на короткое замыкание.

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

Конкуренты

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

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

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

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

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

Итоги, выводы, область применения

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

Зато все остальные новости будут только хорошими!

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Реклама. ООО «АЛИБАБА.КОМ (РУ)» ИНН 7703380158

Цена на момент обзора для обоих форматов аккумуляторов почти одинаковая и составляет около $4; на распродаже 11.11 — немного ниже.

Всем спасибо за внимание!