Батарейки и аккумуляторы – как выбрать и протестировать

Элементы питания для электроприборов – предпочтительны именно те, которые указаны в инструкции к каждому конкретному прибору. Если, для замены, таких нет или не устраивает их магазинная цена, то выбирают аналогичные, наиболее подходящие по размеру, вольт-амперным характеристикам, термоустойчивости и прочим параметрам.

Для применения в домашних условиях, в маломощной бытовой технике, при малом токе нагрузки (например, в настенных часах и будильниках) – достаточно будет дешовых солевых угольно-цинковых батареек, которые, при стабильных комнатных температурах, почти не отличаются от дорогих источников электропитания. Преимущество их эксплуатации в летнее время – малый вес, сравнимый с "литием". Пример надписи на солевой батарейке типоразмера AA: R6 (международный стандарт макрировки) или 316 (отечественный ГОСТ). Через полтора года работы (с учётом значительного саморазряда при высоких значениях температуры) – их надо тестировать, вовремя менять и выкидывать из кассет, иначе "потекут" (со временем и при полном разряде – начинает вытекать электролит). Солевые цинк-хлоридные элементы (R6P, Heavy Duty), в сравнении с угольноцинковыми – в полтора раза более энергоёмкие и немного дольше хранятся (благодаря меньшему саморазряду).

Батарейки и аккумуляторы при минусовых температурах, в условиях зимних холодов

Для эксплуатации на улице, в экстремальных условиях, при значительных перепадах температуры, в суровых зимних условиях (холоднее, чем минус двадцать градусов по Цельсию) – подходят морозоустойчивые литиевые (FR – цилиндрические, CR – дисковые) батарейки. Они имеют меньший вес (в полтора раза легче, чем обычные щелочные элементы), не содержат воды в электролите, хорошо держут большую нагрузку (токи потребления свыше 500мА) и могут храниться более 10 лет. Ёмкость полуторавольтового лития (встроенный в элемент преобразователь, обеспечивает стабильное напряжение – полтора вольта), типоразмера АА – порядка трёх ампер-часов.

Серебряно-цинковые (кнопочные "таблетки", SR) элементы питания и телефонные литий-ионные аккумуляторы – они работоспособны до минус десяти градусов.

При температуре около нуля, могут работать качественные щелочные (алкалиновые, марганцево-цинковые элементы, AA: LR6 / А316) батарейки.

Термоустойчивые аккумуляторы, сохраняющие работоспособность при отрицательных температурах до -20 °С: никель-кадмиевые (NiCd, KR), некоторые металл-гидридные (Ni-MH, HR), новые литий-железо-фосфатные (LiFePO4, LFP, 3.3 вольта) и тяжёлые свинцово-кислотные (Pb, lead-acid или герметичные гелевые – SLA).

Перечисленные типы батареек и акков (за исключением миниатюрных типоразмеров), созданы для обеспечения надёжной работы устройств с высокими уровнями потребления электроэнергии – плеера, навигатора, электромеханической детской игрушки, мощных фонарей, радиостанций, фотоаппаратов и фотовспышек.

Даже в сильный мороз, независимо от состояния погоды на улице, можно использовать любые источники питания, ставя их в утеплённый внешний батарейный блок. Небольшая кассета может уместиться в нагрудном кармане одежды. Стабильно плюсовой температурный режим – поддерживается теплом от тела человека (тридцатиградусная температура – дополнительно увеличивает энергоотдачу батарейки). Подключение к аппаратуре производится через кабель с соответствующими контактными разъёмами.

Внешнюю батарейную кассету (на 4 батарейки AA или AAA), с розеткой в виде USB-гнезда, можно использовать в качестве автономного и всепогодного зарядного устройства – повербанка для экстренной подзарядки аккумулятора мобильного телефона, для продления времени его работы или для питания фотоаппарата через разъём «DC IN, 5 вольт» (допустимый диапазон питающего напряжения, может быть, приблизительно, от 4.5 до 5.5-6 вольт, это необходимо уточнять). Четыре алкалиновых элемента, выдают до 6 вольт, а 4 NiMH-аккумуляторов – до 5 В.

Батарейные отсеки с выключателем под элементы размером AA

Рис. 1. Батарейные отсеки под элементы размером AA.

Батарейки, в отличие от аккумуляторов – одноразовые (неперезаряжаемые), но они на порядок дешевле, имеют большее напряжение на одном элементе (1.5 вольт, в отличие от металлгидридных акк-ов, у которых лишь 1.2 вольта на банку) и могут храниться, без обслуживания, 7 лет и более. Современные источники электропитания – сравнимы по ёмкости, при равных геометрических размерах. На сегодняшний день, для эксплуатации в суровых зимних условиях, лучшими считаются литиевые батарейки – они самые лёгкие, по весу, долговечные (срок хранения – не менее 10 лет), их ёмкость почти не зависит, даже от большого разрядного тока, а по диапазону рабочих температур, с ними могут сравниться только некоторые серебряно-цинковые элементы. Может быть, единственный недостаток таких элементов питания, как Energizer Lithium – очень высокая цена (размеров АА, на полтора вольта). Для миниатюрных светодиодных фонариков можно приспособить трёхвольтовые дисковые (например, относительно недорогие CR2032) батарейки.

Типоразмеры гальванических элементов, аккумуляторов и батарей

Геометрические размеры и форма корпуса источников питания для бытовой электронной аппаратуры – указываются в миллиметрах и десятых долях. Фактические габариты могут отличаться от табличного стандарта на 1 мм.

Наиболее распространённые цилиндрические элементы электропитания:

Батарейки на 1.5 и 3 вольта:
AA (LR6, пальчиковая, щелочная), 1.5 В, длина 50, диаметр 14 мм. AAA (LR03, мизинчиковая, щелочная), 1.5 В, 44х10мм. D (LR20, самая большая, щелочная), 1.5 В, 61х34 мм. AA (FR06, пальчиковая, литиевая батарейка Energizer Ultimate Lithium), 1.5 В, 50х14 мм. N (LR1, щелочная), 1.5 В – высота 30, диаметр 12мм. CR 1/3N (CR1/3N, литиевая батарейка), 170 mAh, -20 +60 °С, 3 В – 11х12 мм. LR44 (A76, AG13, щелочная, дисковая "таблетка"), 1.5 В, 5х12мм. LR41 (щелочная, для часов), эксплуатировать в течение полутора лет, 25-30 мА•ч, 1.5 В, 3.5х8мм. SR41 (оксид серебра, предпочтителен электролит NaOH, для наручных часов), использовать в течение года, 40-45 мА•ч, -10 +60 °С, 1.6 В, 3.5 х 8мм. CR123 (CR123A, CR 123, литиевая батарейка для фото), сохраняет 90% за 10 лет, 1500 mAh, -20 +45 °С, 3 В, 34х17мм. CR2032 (литевая бат-ка, плоская "монетка"), Shelf life – 10 year, 210-230мAч (при 21°C и 6,5 КОм), от -30 до +70°С, 3 В, 3х20мм. (используется в компьютерах, на системной плате, для энерго-зависимой памяти CMOS и системных часов). Типовой ток разряда – 0.2-0.3 мА, максимальный кратковременный – 3-4 мА, max импульсный (до нескольких секунд) – до 15-20мА (энергию импульса – можно увеличить с помощью конденсатора, в сотни микрофарад, подключённого параллельно). CR2450 (литевая батарейка, плоская "монетка"), длительный срок хранения (10 year), 550-600мAч, от -30 до +70°С, 3 В, 5х24мм. Максимальный кратковременный ток разряда: 20-30мА.
Аккумуляторы:
AA (HR6, пальчиковый, металл-гидридный), 1.2 В, длина 50, диаметр 14 мм. AAA (HR03, мизинчиковый, металлгидридный), 1.2 В, 44х10мм. 16340 (RCR123A, литий-ионный аккумулятор), 3.7 В, 34х16мм. 18650 (168A, литийионные акки), 3,7 В, 65х18мм. CR 2 (литиевый акк-р), 3 В – длина 27, диаметр 15мм.
Размеры источников питания (батареек и аккумуляторов) цилиндрической формы

Рис. 2. Сравнение геометрических размеров источников питания
(батареек и аккумуляторов) цилиндрической формы.

Батареи состоят из нескольких, соединённых последовательно элементов питания.

Цилиндрические (button cell / "кнопочные", сложенные столбиком):
3LR50 (A23, щелочная высоковольтная батарейка), 12 В – 29х10 мм.
Прямоугольные:
3LR12 (КБС, 3336, «Рубин», «Планета», щелочная батарея), 4.5 В – 65х61х21 мм. 6LR61 («Крона», щелочная батарейка), 9 В – 49х27х18 мм.

Полный список:
https://ru.wikipedia.org/wiki/Типоразмеры_гальванических_элементов

Литиевые спецэлементы

В различных моделях приборов учёта (в счётчиках газа и в резервной схеме электропитания программируемых-многотарифных электросчётчиков) ставятся малоточные литиевые спецэлементы, способные работать при экстремальных температурах и в течение достаточно продолжительного времени – сроком, не менее 15 лет, благодаря очень медленному саморазряду, который составляет, примерно, 1% в год от номинальной ёмкости элемента питания. Обычно, это дорогие литий-тионилхлоридные батарейки, имеющие такой временный недостаток, как эффект пассивации (пониженное напряжение на клеммах), при первичном включении или после длительного перерыва в работе.

Для депассивации источников питания серии ER (долгоживущие элементы бобинной конструкции и рассчитанные на большие токи – эл-ты рулонной конструкции) – нужно нагрузить батарейку на токе в десятки миллиампер, до момента достижения номинальных значений напряжения, в три с половиной вольта. Для этого используется нагрузочное электросопротивление или конденсатор на полмикрофарада.

По отзывам потребителей, элементы питания газовых счётчиков быстрее, раньше времени выходят из строя, садятся, если кто-то из соседей заземлился на газовую трубу. В таком случае, специалисты настоятельно рекомендуют устанавливать счетчик через диэлектрические переходники, чтобы элемента питания хватило на межповерочный интервал прибора учёта.

Есть особенность, при эксплуатации литий-тионил-хлоридных батареек в условиях экстремально низких температур – их нельзя быстро нагревать под нагрузкой, что может вызвать резкий саморазогрев батарейки, привести к разрыву её корпуса внутренним давлением и, даже, взрыву.

Спецэлементы широко применяются в аппаратуре, для надёжной работы в экстремальных условиях, длительное время, автономно, без замены источника питания в течение полутора десятков лет. Это и навигационное оборудование, сигнализация, охрана и безопасность, различные датчики и счётчики, накопители информационных данных, медицинская техника и другие устройства.

Если в ноутбуке перестала работать встроенная батарея аккумуляторов (АКБ)

Если ноутбук уже старый, а его внутренняя АКБ вышла из строя, то и нет смысла что-то там мудрить с заменой. Пусть ноут спокойно доработает свой оставшийся ресурс, питаясь от внешнего блока питания, подключённого к ИБП (бесперебойник, на случай отключения электричества в электросети). Без встроенной АКБ, ноутбук проработает дольше, т.к. во внутренней схеме уже не будет добавочного тока, необходимого для периодической подзарядки батареи. Крышка от негодной кассеты отделяется и ставится на место в ноут, чтобы батарейный блок был всегда закрыт и внутрь корпуса не попадала пыль и грязь.

Старые сборки литиевых аккумуляторов 18650, извлечённые из АКБ – в любом случае, лучше сразу половинить, разделять, оставляя только части жестянок сварных перемычек, для возможности их подсоединения к нагрузке и к зарядке. Подойдёт любое зарядное устройство, которое может работать с данными аккумуляторами. Например, заряжать 18650 можно поэлементно от "лягушки-зарядки" (током 200-250 мА), контролируя конечное напряжение заряда (должно быть в диапазоне 4,05—4,15 вольт на элемент) цифровым вольтметром. "Плюс" зажимается в лягушке на контакт, а "минус" подаётся проводом с "крокодилами" на оставшуюся от прежней перемычки жестянку на банке. Внимание! Не нарушать правила электро и пожаробезопасности. Элементы 18650 из АКБ ноутбука – не имеют встроенной схемы управления защитой от перезаряда и чрезмерного разряда.

Чтобы использовать в качестве донора двенадцативольтовый автомобильный аккумулятор, к нему подсоединяются последовательно силовые диоды на 10 ампер в прямом направлении (к минусовой клемме авт-го акка подключается катод диода, обозначенный кольцом на корпусе) для получения нужного выходного напряжения (12,2—12,5 вольт под нагрузкой, в виде цепочки лития). Падение напряжения на каждом диоде составляет: Шоттки (рассчитанный на десятки вольт) – 0,2—0,4 В, кремниевый – 0,6—0,7 В. Собирается последовательная схема: 12-вольтовый акк, Шотки (один или несколько диодов, чтобы обеспечить нужное напряжение), литиевые банки в количестве трёх штук (3*4=12 В), мощный реостат на несколько Ом.

Нет смысла тратить время на частые дозарядки б/у акк-в 18650 и поддержание, при их хранении, уровня заряда в пределах 50%.

По-необходимости, старые аккумуляторы используются для питания второстепенных девайсов, гаджетов, светодиодных фонариков, мощных фонарей, автономных накопителей, какой-нибудь бытовой аппаратуры. Нужно учитывать, что из-за повышенного внутреннего сопротивления, максимальный ток от старых элементов питания – будет меньше, и напряжение будет быстрее падать, проседать при интенсивном разряде. В ноутбучных элементах 18650 нет схемы защиты от переразряда, но отсутствие схемы управления – снижает на десятки миллиом сопротивление такого аккумулятора и уменьшает его саморазряд, по сравнению с обычными защищёнными акк-ми.

В аккумуляторах 18650 имеется защитный "клапан", в виде мембраны, разрывающей плюсовой контакт, при аварийном повышении давления в банке. В полевых условиях, когда нет лучших альтернатив, возможно восстановление электрического контакта, но, тогда уже, нет и гарантии безопасной эксплуатации. Мембрана легко повреждается, при этом, начинает вытекать и испаряться электролит. Перед защёлкиванием размыкателя, сбрасывается избыточное давление газа (не допуская выхода жидкого электролита наружу). После включения (вдавливания контакта на место), отверстие надёжно герметизируется.

Если решено приобрести новую батарею, то её, перед покупкой, надо проверить. После установки АКБ в ноутбук, дождаться полной зарядки. Когда индикатор на экране покажет уровень 99-100%, в панели управления (в подменю «Электропитание») включите сбалансированный режим питания и отсоедините внешний блок питания от сети 220V. Теперь отключите автоотключение экрана, запретите переход в спящий режим и запустите аудиоплеер. Засеките время до полной разрядки аккумулятора (в норме – около двух часов работы) и снова подключите к сети 220 вольт до тех пор, пока не зарядится батарея.

Определение внутреннего омического сопротивления (постоянному току) у батарейки или аккумулятора

Существует множество методик и практических способов, чтобы определить внутреннее сопротивление источников питания, на постоянном или на переменном токе. В данной статье рассмотрены несложные приёмы измерений и расчётов, когда из всей аппаратуры в наличии имеется только простейший китайский тестер.

По описанным в руководствах методикам, производятся измерения и вычисления, результаты которых записываются с точностью до второго знака после запятой. Искомый параметр зависит от типа и величины нагрузки, текущей температуры и состава электролита, степени разряда батарейки и заряженности аккумулятора, и от множества других факторов. Поэтому, всегда будет присутствовать определённая, большая или маленькая, ошибка измерений.

Формула для упрощённого расчёта внутреннего электрического сопротивления:

Rвн = (R * (Е – U)) / U     [1]

Е – напряжение без нагрузки. ЭДС покоя – примерно равняется напряжению Е (при высоком входном сопротивлении присоединённого вольтметра), когда химический источник электропитания находился без нагрузки достаточно длительное время (более 2-3 часов).

U – кратковременно (не более 10 секунд), под нагрузкой сопротивлением R (2—12 Ом),
с номинальной мощностью рассеяния – не менее 2 Вт. Лампочка для этого не годится, т.к. при нагревании спирали накала, её электросопротивление значительно меняется, существенно увеличивается. Для этих целей хорошо подходит толстая нихромовая (температурный коэффициент сопротивления нихрома – в несколько десятков раз меньше, чем у стали, меди и вольфрама) проволока от старой открытой электроплиты, откалиброванная отдельными отрезками по нужным номиналам R и закреплённая на негорючем диэлектрическом основании.

Формула для более точных измерений с двумя различными резисторами (обеспечивающими приблизительно, 20-30 и 70 процентов от допустимого, например, 3 и 9 Ом), то есть, только под нагрузкой:

Rвн = (R1 * R2 *(U2 – U1)) / (U1*R2 – U2*R1)    [2]

Если считать и по току, то могут получаться неточные величины импеданса, с погрешностью. И причина не в том, только лишь, что формулы неправильные, а в том, что внутреннее сопротивление тестера – ненулевое.

При измерениях электрического тока (на верхнем, амперном пределе), с использованием обычных китайских мультиметров – возможна существенная систематическая ошибка из-за внутреннего сопротивления самого прибора. Поэтому, стандартные формулы со значением тока в уравнении – обеспечат максимально точный результат, только когда применяются с промышленной, специальной аппаратурой, при строгом соблюдении правил и методик лабораторных измерений по ГОСТ (заданные интервалы времени, порядок и последовательность стендовых испытаний). По результатам измерений с двумя резисторами, вычисляется дельта (разница) напряжений и токов:

Rвн = dU/dI     [3]

На практике, применяют и упрощённый способ с одним резистором, где дельта считается от напряжения без нагрузки (как в первом варианте), а ток вычисляется по закону Ома. Как первая формула:

Rвн = (Е – U) / (U/R)      [4]=[1]

Или вариант с реальным измерением тока: (Е – U) / I      [5]

Так же, зная ток при двух различных нагрузках, математически рассчитывается ток короткого замыкания (теоретически возможный) – по формуле из задачи с уравнениями для школьного курса физики старших классов. Данная формула не учитывает всех химических процессов в элементах электропитания, на предельных нагрузках, и конструктивных особенностей. Поэтому, вычисленное значение будет отличаться от фактически возможного:

Iкз = (I1*I2*(R2 – R1)) / (I2*R2 – I1R1)    при R1 < R2

При непосредственном измерении Iкз ("коротыша") тестером, тоже, получатся заниженные показатели – из-за внутреннего сопротивления самого прибора.

// Быстрый и объективный способ проверки работоспособности – стрелочным тестером, имеющим автоматическую защиту от перегрузки, тестируется аккумулятор или обычная батарейка на "ток короткого замыкания", включая на 2—3 секунды. Должно быть – не меньше 2 ампер. Норма – если будет больше 3 А. Метод суровый, но объективный. При таком тестировании – сразу видно "переходную характеристику" во время разряда (по стрелочному индикатору тестера), насколько хорошо аккумулятор держит большую нагрузку. Цифровые показатели – максимальный ток (для вычислений, в качестве Iкз – это не годится, т.к общее сопротивление цепи – ненулевое) и скорость спада. Чтобы не испортить, какой-нибудь, особо ценный элемент питания, в цепь последовательно подключается достаточно мощное нагрузочное сопротивление, до нескольких сотен миллиом.

Если электросопротивление самодельной низкоомной нагрузки измеряется цифровым тестером, на малом пределе (200), то нужно учитывать внутреннее сопротивление самого мультиметра, проводов и контактов. Цифры на табло, при замкнутых накоротко щупах прибора, могут иметь значения, например – 00.3 или 004 Ом, то есть – 300 или 400 миллиом, соответственно, которые нужно будет вычитать. Это уменьшит ошибку измерений, но в конечном результате – останется ещё внутренняя погрешность тестера (указывается в тех.паспорте устройства). Поэтому, низкоомные резисторы – лучше мерить по схеме резистивного делителя, на основе точного измерения падения напряжения (в приборе наивысшая точность – именно для DCV) на участке последовательной цепи с эталонным прецизионным резистором (образцовое высокоточное постоянное электросопротивление с точностью 0.05—1%, имеющее на корпусе серую полоску цветной маркировки). Из пропорции Rx/Rэталон=Ux/Uэталон считается искомое электрическое сопротивление Rx.

// Узнать внутреннее сопротивление любого мультометра, включённого в режиме омметра, можно с помощью низкоомного прецизионного резистора. Померенное значение R будет отличаться от номинала на искомую величину.

Примерные величины внутреннего электро-сопротивления (току) для исправных-свежих источников питания повышенной ёмкости, при нормальной температуре:
– литиевый элемент (типоразмер АА) – < 200 мОм (миллиом).
– щелочная батарейка (размер АА) – до 200 мОм.
– никель-металл-гидридные аккумуляторы (АА, NiMH) – до 150 мОм.
– заряженный свинцовый акк. – первые десятки мОм.
– Li-ion, Li-po аккумулятор – от единиц до первых десятков миллиом.
– LiFePO4 литий-железо-фосфатный акк. – единицы миллиом.
– Li4Ti5O12 литий-титанат. акк. – до 1 мОм

Граничные условия и особенности эксплуатации аккумуляторов

Для многих типов элементов электропитания нежелателен глубокий разряд, при котором напряжение источника падает ниже критического значения. Так же, недопустим перезаряд. Нарушение граничных условий эксплуатации – может привести к необратимым процессам потери ёмкости.

Ориентировочные значения минимально допустимых значений напряжения аккумуляторов без внешней нагрузки и максимального безопасного напр-я полностью заряженного акк-ра (сразу после отключения от зарядника):
NiMH акк. (рабочее напряжение – 1.2 вольта на элемент) – 0.9 / 1.5 В
Li-ion, Li-po акк. (рабочее напряжение – 3.6-3.7 вольта на элемент) – 2.8 / 4.2 В
LiFePO4 (LFP, "life" – литий-железо-фосфатный акк., 3.2-3.3 В на банку) – 2 / 3.7 В
Lead-acid (свинцово-кислотная 12-вольтовая аккумуляторная батарея) – 10.5 / 14 В
Li4Ti5O12 (LTO, литий-титанатовый акк., 2.2-2.4 В на банку) – 1.6 / 2.7 В

Для заряда большинства типов акк-в – оптимальна температура от +15 до +25 °C
В интервале темп-р от 0 до +5 °C – рекомендуется заряжать током, не более, 0.1 С
Заряд литиевых аккумуляторов (кроме литий-титанатовых) на холоде, при минусовых температурах – запрещён!

Предельной датой хранения (при нормальных условиях с температурой +20 градусов по Цельсию) элементов электропитания – принято указывать время сохранения до 80% от первоначальной ёмкости.

Предельной температурой при хранении, для большинства типов аккумуляторов и батареек, можно считать значения до минус 30-40 градусов. Если температура будет ниже, то происходят необратимые повреждения, после которых, перемороженные элементы питания уже не подлежат восстановлению, выводятся из эксплуатации и утилизируются. Морозоустойчивыми являются – кислотные аккумуляторы (заряженные, не менее чем, на половину, с достаточной плотностью электролита – более 1.27 г/см3), литий-титанатовые акк-ры и литиевые батарейки, например – миниатюрная CR2032 (применяемая в небольших фонариках, в сигналках и аварийных мигалках).

Типичные ёмкости элементов питания

(при разряде малыми токами)

Ёмкость литиевого элемента с типоразмером корпуса – АА, равна, примерно, 2 – 3 А·ч
Ёмк. щелочного эл-та АА ~ 1.5 – 3 А·ч
Ёмк. щелочного эл-та ААА ~ 1 А·ч

Ёмк. солевой батарейки АА ~ 0.5 – 1.5 А·ч, мощность – до 1 Вт·ч
Ёмк. солевой бат-ки ААА ~ до 0.6 А·ч

Ёмкость Ni-MH аккумуляторов АА ~ 2 – 3 А·ч

У литиевых акк-ов 18650, применяемых в АКБ ноутбуков, ёмкость достигает 2 - 3 А*ч Если литиевый аккумулятор заряжен и имеет ёмкость 2500 мА*ч, то он отдаст мощность, равную, приблизительно 10 Вт·ч
Внимание! Будет снижение ёмкости лития – после, даже, единичного случая переразряда до напряжения ниже 2.8-3 вольт. Саморазряд аккумуляторов 18650 – составляет около 3% в месяц и 10% от номинальной ёмкости, в течении года (при комнатной температуре). Даже после 500 циклов заряд-разряд – потеря ёмкости литиевого акка составит не более 20%.

Реальная ёмкость любого источника питания – зависит от величины тока нагрузки.

Энергоёмкость солевых и щелочных батареек – существенно уменьшается при высоких значениях разрядного тока.

На больших нагрузочных токах, литиевые элементы – в разы более энергоёмкие, чем лучшие из щелочных.

Небольшой нагрев источника питания – способствует уменьшению внутреннего сопротивления т.е увеличивает величину отдаваемой ёмкости.

Быстро отсортировать источники питания по ёмкости, провести выбраковку – можно вольтметром, измеряя напряжение без нагрузки. Для батареек одного типа – напряжение прямо пропорционально оставшейся ёмкости. Из выбранных элементов, выбираются лучшие и проводится детальная сортировка по мощности, путём тестирования с электрической нагрузкой, пиковой-импульсной (с помощью "нагрузочной вилки", за исключением литиевых эл-в) или малоточной.

Удельная энергоёмкость типовых малогабаритных аккумуляторов, ватт-часов на килограмм веса:

NiMH ~ 60–120 Вт-ч/кг
Литийионные ~ 100–250 Вт-ч/кг
Литийполимерные ~ 100–400 Вт-ч/кг
Литий-железо-фосфатные ~ 90-250 Вт-ч/кг
Литий-титанатные ~ 50–110 Вт-ч/кг
Натрий-ионные (Na-ion / Sodium-ion, 3,5-3,6 В) > 50 Вт-ч/кг, теоретический максимум – до нескольких сотен ватт-час на килограмм

Возможно, что натрийионные аккумуляторы, вскоре, будут применяться наряду с литийионными. Na-ion будет дешевле и проще в эксплуатации, чем литиевые элементы питания. Возможен "нулевой заряд" натрийионного акк-ра, что повышает безопасность при перевозке и хранении.

Быстрое тестирование, проверка, отбраковка батареек

На современном потребительском рынке, среди электротоваров могут встречаться некачественные изделия, подделки и заводской брак. Поэтому, перед покупкой комплекта батареек, необходимо выборочно протестировать отдельные экземпляры элементов электропитания. Если продавец категорически против вскрытия упаковки и проверки, тогда – купить один экземпляр, из партии, для испытаний.

Источник тока тестируется контрольным разрядом ("ударным", кратковременным или длинным – в течение определённого интервала времени) под достаточной нагрузкой. На картинке показаны три варианта схем самодельных устройств для теста полуторавольтовых батареек. Такие способы позволяют приблизительно оценить степень пригодности источника эл.питания.

В первом случае (смотри рисунок 3) – измерения проводятся вольтметром, а в качестве нагрузки (для ограничения до тока, примерно, 1 ампер) используется шунт – электрическое сопротивление 1-2 Ом (мощный резистор, реостат или кусок тонкой проволоки, намотанной на кирпич). Внимание! Не нарушать правила электро и пожаробезопасности. По достаточной величине измеренного напряжения ("напруга" больше 1 вольта) и малой скорости его уменьшения, в течении нескольких секунд – делается вывод о пригодности элемента питания для дальнейшей эксплуатации. Просадка напруги – обусловлена степенью разряда, внутренним сопротивлением источника питания и величиной внешней нагрузки.

Полярность подключения шнура – плюсовой провод к положительному полюсу батареи, минус к минусу. Чёрный провод тестера – это минус (на мультиметре, там, значок земли нарисован), красный (его можно ещё узелком завязать) – плюс.

Во втором примере, для экспресс-теста в режиме "короткого замыкания" (за исключением свинцово-кислотных аккумуляторов, т.к. у них очень низкое внутреннее сопротивление!) контактов батарейки, используется амперметр, переключённый на максимальный предел измерения (несколько ампер, "постоянный ток" – DC). Прибор с ограничением в 1.5 А – должен иметь защиту от перегрузки (его будет зашкаливать, но по отскоку стрелки, будет приблизительно видно порядок величины). Годная батарейка, при подключении на пару секунд, покажет больше 2 ампер и медленное уменьшение тока, со временем (через 2 секунды тестирования "под максимальной нагрузкой"). Для проверки мелких, кнопочных элементов питания (для часов) – нужно переключиться на предел измерений в 60 или 300 мА (нормальными будут считаться значения теста, когда ампераж не меньше 50 миллиампер). Метод суровый, но быстрый и объективно показывающий, насколько хорошо держит большую нагрузку гальванический источник питания. Внимание! Данным способом нельзя проверять литиевые элементы электропитания, т.к. в этом варианте нет внешнего ограничения по току. Не нарушать правила электро и пожаробезопасности. Нельзя коротить сетевую розетку – там можно мерить только напряжение!

Для проверки состояния 12-вольтовых автомобильных (свинцовых, как обычных кислотных, так и необслуживаемых – гелевых) аккумуляторов – используют специальную "нагрузочную вилку" с мощным низкоомным (0.1 Ом) шунтом и "показометром". Мультиметр и простой амперметр, в режиме КЗ – сгорят (если в приборе нет автоматической защиты или нормального предохранителя).

Для третьей схемы – берётся любой стрелочный индикатор, небольшого размера, и к нему последовательно подключается ограничительный резистор (до нескольких килоом, надо подбирать подходящий). Порядок измерений такой же, как с вольтметром. Градуировку шкалы – можно сделать с помощью стандартного вольтметра, подключив его, на время эталонировки, параллельно.

"Народный способ" тестирования батарейки – попробывать на кончик языка (расстояние между контактами – до 1 сантиметра, при напряжении до 1.5 – 4.5 вольт). Внимание! Не применять при больном сердце и установленном кардиостимуляторе.

Самодельный тестер для проверки батареек и аккумуляторов типоразмера AA, AAA, D
Рис. 3. Самодельные тестеры для проверки батареек
и аккумуляторов типоразмера AA, AAA, C, D

На фотографии изображен магазинный пробник для тестирования различных батарей, в том числе и малогабаритных, миниатюрных (кнопочных).

Тестер элементов питания (батареек для электронной техники): AAA (LR3), AA (LR6), C (LR14), D (LR20), E-block (9V), button cell (для часов)

Рис. 4. Фирменный тестер элементов питания: AAA (LR3), AA (LR6),
C (LR14), D (LR20), Крона (9V), button cell (для часов)

Если нет возможности проверить батарейки прямо в магазине, тогда надёжнее будет – приобретать изделия ведущих мировых производителей, признанных брендов и марок (Varta, Panasonic, Duracell, Sanyo Eneloop, Renata, GP), лидирующих в рейтингах независимых экспертов. И даже в этом случае, перед походом в магазин, стоит снова посмотреть в Интернете актуальные, свежие результаты тестирования конкретных наименований моделей источников питания, чтобы заранее знать, что лучше искать.

Среди имеющегося, на прилавках, ассортимента, вполне можно найти недорогие батарейки с хорошими параметрами. Например, китайский Космос, Трофи и продукцию других торговых марок, занимающих высокие позиции в последних тестах, по соотношению цена/качество. При покупке – обязательно нужно посмотреть срок годности, указанный маркировкой на корпусе элемента электропитания (должен быть – плюс три года или больше, от текущей даты).

Частичное восстановление ёмкости старых батареек (не аккумуляторов!)

В соляных и щелочных батарейках, расходуется, в основном, минусовой электрод (корпус элемента питания или анодная паста, в виде цинкового порошка) и сохнет электролит. По этим причинам, в основном, и уменьшаются выходные параметры гальванических элементов электропитания.

В полевых условиях, когда нечем заменить, туристы пытаются хоть как-то восстановить работоспособность батареек. Из способов, наиболее часто упоминаемых в Интернет, можно привести, в качестве примера, следующие:
– механически воздействовать на корпус батарейки (постучать по минусовому торцу или слегка помять внешнюю оболочку);
– немного подогреть, для увеличения химической активности электролита;
– добавить подходящую жидкость (залить воду или раствор уксуса) в электролит, в проделанные шилом, продольные отверстия (у шелочных батареек – ближе к оси центрального электрода, а у соляных – вдоль стенок корпуса), со стороны плюсового электрода. Другой вариант – извлечь минусовую пластину, вместе со стержнем, спринцевать подсолёной водой через отверстие, слегка постучать чтобы впиталась и поставить электрод на место. После этого, отверстия необходимо закрыть герметиком (горячей смолой, хлебным мякишем, глиной и т.д.)

Внимание!
Восстановленные батарейки уже нельзя ставить в аппаратуру, а только во внешний батарейный блок, так как есть риск, что из старых элементов питания может вытечь жидкость и испортить электронную часть аппаратуры. Батарейки нельзя заряжать (предупреждающая надпись: Do not recharge), как аккумуляторы, это опасно!

Экстремальная зарядка для мобильной техники

В экстремальных, походных условиях, при отсутствии реальной возможности подключения зарядного устройства к электросети в 220 вольт, мобильный телефон и смартфон можно зарядить от любого постоянного источника электропитания с номинальным напряжением 5 вольт (рабочий диапазон довольно широк – примерно от 4.8В до 6-7В под нагрузкой), обеспечивающего ток 0,5 ампер (допустимый интервал – от 0,15А до 0,7А) или 1-2 А (на современных смартфонах и планшетах). Например, батарея, собранная из литиевого аккумулятора 18650 и одного пальчикового элемента АА/ААА (в сумме, они дадут, приблизительно, пять с половиной вольт), резистора на 1 или 2 ома (отрезок проволоки), мощного диода (подключается к минусу крайней батарейки тем его выводом, где нанесена полоска контрастного цвета и где расположена плоская часть корпуса радиодетали), соединённых в последовательную схему.

В турпоходе, для подключения к внешней батарее, будет необходим самодельный USB-разъём (гнездо, тип А) с припаянными к контактам 1 и 4 проводами (смотреть распиновку здесь), присоединяемый к штекеру питающего кабеля вместо штатной телефонной зарядки.

При наличии компактного импульсного DC-DC преобразователя, имеющего достаточную мощность – можно, путём регулировки настроечного винта на плате, получить любое выходное напряжение, в пределах допустимого для микросхемы. К примеру, из трёх-четырёх-вольтового источника (литиевый аккумулятор или пакет из нескольких пальчиковых батареек, собранных в кассете) – вырабатывается 5, 9 или 12 вольт. Таким способом можно зарядить севшие аккумуляторы большинства видов различной мобильной техники. В тепле, в отличие от околонулевых температур, процесс "накачки" акка – закончится быстрее.

Чтобы исключить опасность возгорания и пожара, в результате сильного нагрева проводов, проводка должна быть достаточной толщины. Многожильный, устойчивый к многократному изгибу, имеющий большее сечение, кабель – предпочтительнее. Одножильные провода могут быстро выходить из строя, ломаться, при изгибе и растяжении, в ходе интенсивной эксплуатации.