Меню

Выходное напряжение в 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.

Источник

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.
Читайте также:  С замка зажигания не идет напряжение

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

Источник

«Всё из-за Алессандро Вольта»: AA-батарейки нельзя просто взять и поменять на Li-Ion

Пару веков назад Алессандро Вольта ( wiki ) доказал, что электрический ток получается при соединении разных металлов через проводящий электролит. Он изобрёл простой способ получения гальванического элемента (« Вольтов столб », 1800 год).

Разность потенциалов между его выводами составляет 1,1 Вольта ( подробнее про напряжение между пластинами).

Теперь «Вольт» (В, или международное V) — это единица измерения электрического потенциала (разницы потенциалов), электрическое напряжение.

В XX-м веке при экспериментальном выборе наиболее практичных материалов широко распространились одноразовые элементы (например, углерод-цинк, щелочной диоксид марганца), которые в свежем виде имеют напряжение порядка 1,5 В .

Читайте также:  Рассчитать значение тока идеализированного кремниевого диода при приложенном напряжении

Что за «Полтора Вольта»?

Именно на это напряжение источника питания (а именно 1,0-1,5 В ) были рассчитаны схемы массовых изобретений и устройств:

  • электронные часы,
  • фонари,
  • радиоаппаратура,
  • слуховые аппараты,
  • камеры,
  • игрушки,
  • телефоны и так далее.

💡 Вокруг полутора вольт построили тысячи отраслей.

Электронные устройства обычно изготавливаются для работы от ячеек с напряжением от 1,0 до 1,5 В . Новая батарейка выдаёт 1,5 В и во время использования постепенно уменьшает напряжение до 1,2 В (тускнеет свет в фонаре, хуже работает моторчик в игрушке и так далее).

В конце своего жизненного цикла батарейка выдаёт 1,0 В . Обычно устройство перестаёт работать, но те же настенные часы ещё вполне ходят.

Почему именно «1,5 В»?

Эффективное напряжение нулевой нагрузки неразряженной современной щелочной батареи от 1,5 В до 1,65 В . Оно зависит от содержания оксида цинка в электролите и чистоты диоксида марганца ( источник «Справочник Линдена по батареям (3-е изд.)», стр. 10–12. ).

Под нагрузкой варьируется от 1,1 В до 1,3 В . Полностью разряженный элемент генерирует 0,8-1,0 В . То есть по сути 1,5 В — это больше про маркетинг (так проще тем, кто совершенно в этом не разбирается).

Вспомним 1980-е , когда формировались и создавались огромные рынки электроники на батарейках. Первопроходцы обеспечивали массовый спрос. Эти же компании (либо их правопреемники) существуют до сих пор и продолжают развиваться.

У одноразовых батареек появилась альтернатива

Производители «батареечных устройств» предлагают запитывать игрушечную машинку вашего ребёнка, будильник, пульт ДУ, брелок от автосигнализации 1,5-вольтовыми элементами. Их выбор довольно широк сейчас.

Выбор элементов 1,5 В:

  • солевые неперезаряжаемые батарейки;
  • щелочные (алкалиновые) неперезаряжаемые батарейки;
  • никель-металлогидридные ( Ni-Mh/NiMh ) перезаряжаемые аккумуляторы (у них, кстати 1,2 В , но они в некоторых случаях могут подойти для электроники 1,5 В );
  • литий-железо-дисульфидные ( Li/FeS2 ) перезаряжаемые аккумуляторы (тоже подходят для электроники 1,5 В , подробности в конце).

Пока школьники и домохозяйки регулярно бегали в магазины за «енерджайзерами и дюраселями», последние 20 лет продолжался бурный рост популярности:

  • смартфонов,
  • планшетов,
  • ноутбуков,
  • прочих портативных гаджетов,
  • радиоуправляемых устройств
  • и электротранспорта.

Они работают на относительно недорогих и долго служащих литий-ионных ( и литий-полимерных ) аккумуляторах.

Теперь мы часто слышим справедливый вопрос — почему бы производителям не сделать глобально замену на Li-Ion всех Ni-Mh ?

Аккумулятор Ni-Mh или Li-Ion — что же лучше для 1,5-вольтовой электроники?

В контексте массовой 1,5-вольтовой электроники лучше всего не тот и не другой , а самые обычные неперезаряжаемые батарейки (камера, плеер, радиоуправляемая техника).

Аккумуляторы лучше подходят к устройствам, где использование периодическое и длительное (фонарик, навигатор, игрушки). Логику постарались показать простыми словами ниже.

1. Неперезаряжаемые солевые и щелочные батарейки

Пара АА-«енерджайзеров» обеспечивает напряжение 2,4-3 В . На него-то и рассчитана работа большинства устройств (если батареек шесть, то 7,2-9 В , и так далее). В проекте «вилка» может быть и больше — от 1 до 1,6 В на элемент .

💡 Можно утверждать, что переход на никель-металлогидридные (Ni-Mh) перезаряжаемые батареи допускается (иногда даже штатно предусмотрен производителями).

2. Перезаряжаемые Ni-Mh аккумуляторы

Ni-Mh обеспечат стабильные (в отличие от одноразовых батареек с нелинейным графиком напряжения) 1,2 В на элемент (тоже самое относится к старым элементам никель-кадмиевого типа, Ni-Cd ).

Но там, где нужно 6 или 9 элементов возникает риск некачественной работы моторчиков и других зависящих от напряжения узлов из-за условно «недостатка вольтажа». Лучше руководствоваться инструкцией к электронному устройству.

🔎 Почему аккумулятор 1,2 В не всегда хуже (а иногда и лучше), чем щелочные батарейки рассказывал Алексей Надеждин из LampTest на Habr.com.

3. Перезаряжаемые Li-Ion аккумуляторы

Литий-ионный ( Li-Ion ) и литий-полимерный ( Li-Po ) аккумулятор имеет напряжение от 3,2 до 4,2 В на элемент в зависимости от уровня заряда. Заменить AA-элементы на литиевые также, как с NiMH получится только при вмешательстве в конструкцию и, вероятно, электросхему (путём установки преобразователя).

💡 Всё зависит от электронного продукта и типа литиевой батареи (например, есть химические соединения, которые совместимы с 1,5 В ). В нашем контексте речь идёт о популярных и распространённых литий-ионных батареях с относительно невысокой стоимостью.

Читайте также:  Реле контроля напряжения рубеж

Если вас интересуют примеры готовой замены (то есть та, что находится в продаже) 1,5-вольтовых батареек на перезаряжаемый Li-Po 3,7 В с преобразователем (внутренней схемой), то можете взглянуть на запатентованный продукт Kentli (тип АА, ёмкость 2800 мВт·ч) — независимый обзор .

На eBay их стоимость начинается от 950 рублей за элемент в зависимости от продавца и курса валюты. Подобные разработки существуют и у других производителей ( Sorbo , Bevigor , Voniko и так далее).

Li-Ion вместо щелочной батарейки: последствия

Что будет, если не использовать преобразователь и установить аккумулятор Li-Ion вместо щелочной батарейки как есть?

  1. у вас есть 2 Li-Ion батареи полностью заряженные ( по 4,2 В каждая, то есть всего 8,4 В );
  2. вы их подключаете к устройству, рассчитанному на работу при максимальном напряжении 3,2 В (две совершенно новые щелочные батареи AA );
  3. теперь напряжение источника тока превышает напряжение электропотребителей внутри устройства, так как подаётся 8,4 В вместо 3,2 В (предположим, что пределы изменения напряжения сверх нормы не просчитаны производителем);
  4. в результате мы наблюдаем выход из строя ШИМ, диодных мостов, трансформаторов (зависит от устройства).

Простыми словами, выгорает электроника при подключении 3,7 В к контактам устройства, рассчитанного на источник питания 1,5 В . Исключение — устройства, например, с питанием от трёх батареек. В таких случаях производители даже могут предусмотреть установку литий-ионных аккумуляторов без вмешательства в электросхему.

Перезаряжаемые литиевые элементы с преобразователем напряжения на 1,5 В ещё пару лет назад не делал никто. Создавали только одноразовые литиевые батарейки с напряжением 1,5 В (например, литий-железо-дисульфидные Li/FeS2 — описание в PDF ).

Сейчас же есть попытки вывести на рынок литиевые элементы 14500 (AA) с ёмкостью от 400 мАч и даже microUSB-разъёмом для зарядки. Они состоят из литий-ионного аккумулятора, понижающего преобразователя ( 4,2 В > 1,5 В ), защиты.

Однако это неоптимальное решение. Преобразователь занимает драгоценное место, качество пока на низком уровне . Высокая цена отталкивает массового покупателя. Всё ещё дешевле и проще использовать традиционные батарейки.

Чтобы выполнить полноценную замену Ni-Mh на Li-Ion-аккумуляторы производители должны массово перенастроить электронику по источнику питания с 1,5 В на 3,7 В . Точно так, как это произошло в мире мобильных устройств.

Существуют ли попытки установить 3,7 В Li-Ion вместо щелочной 1,5 В батарейки?

Да — так, в общем-то, и появились все те устройства, которые сегодня поддерживают аккумуляторы 18650 . Например, светодиодные фонарики стали лучшим примером быстрого перехода от одного типа источников питания к другим.

Производители (фонарей, электронных сигарет, электротранспорта) первыми экспериментировали с заменой Ni-Mh на Li-Ion . Если не вдаваться в подробности исследований, со временем изменился форм-фактор таких элементов с двух АА на один 18650 .

Алессандро Вольт по сути создал прекрасную возможность для формирования рынка мобильных и портативных электронных устройств. Но с появлением экономически практичных солевых и щелочных батареек производители придерживались вилки допустимого напряжения.

В результате перевести Ni-Mh разом на Li-Ion оказалось практически невозможно (для массового потребителя сложно). Всему виной устоявшиеся за два века стандарты схемотехники, производства, рыночной обстановки.

⭐ Однако изменения назревают и даже происходят прямо в эти дни.

10 лет назад прогресс с литий-ионной (и литий-полимерной, разумеется) революцией начался одновременно с успехами Apple (первые iPhone, iPod, iPad). Смартфоны дали импульс технологии. Теперь законодателем становится электромобиль на фоне снижения цен на литий и разработок в области бескобальтовых перезаряжаемых элементов питания.

Мы стараемся разбирать вопросы наших подписчиков вКонтакте с учётом 12-летнего опыта работы с электроникой и элементами питания. Если вы хоте ли бы отстраниться от развлекательного повествования сосредоточиться на серьёзных разборах полётов, то добро пожаловать в официальный блог на сайте Neovolt .

Источник

Adblock
detector