Сравнение аккумуляторов АА: емкость, ресурс, саморазряд, плюсы и минусы

При выборе источников питания в формате АА есть несколько вариантов:

- батарейки (солевые, щелочные, литиевые)

- аккумуляторы "простые" (NiMH, NiCd)

- аккумулятор "за две батарейки сразу" (LiFePO4)

- аккумуляторы "с преобразователем" (Li-ion)

С батарейками все более-менее понятно: по всем параметрам щелочные выигрывают у солевых, а литиевые - дорогие, те для особых случаев.

У батареек не все хорошо с отдаваемым током. Ток больше ампера им дается с трудом, емкость значительно падает.

Для больших токов и постоянного использования лучше годятся аккумуляторы.

Никель-кадмиевые аккумуляторы хорошо переносят перезарядку, дают приличный ток, но имеют небольшой ресурс и высокий саморазряд.

Никель-металл-гидридные аккумуляторы тоже хороши по отдаваемому току, но не любят перезарядки. А для их грамотной зарядки нужны продвинутые зарядные устройства, умеющие отслеживать "дельту ви". Не все, ой не все это умеют.

У обоих вариантов никеля проявляется "эффект памяти": если начать заряжать аккумулятор, не исчерпав до конца его заряд, то емкость снижается. Не до уровня старта заряда, но в зависимости от него. Это серьезный недостаток. И ситуацию обостряет разрядная вольт-амперная характеристика аккумулятора, т.е падение напряжения по мере разрядки. Вот у щелочной батарейки оно падает пропорционально остаточному заряду. Питаемому устройству легко предсказать конец батарейки. У никеля все иначе. Он из последних сил зубами держит свои 1,2 вольта и только в самом конце напряжение падает обрывом вниз. Если вы питаете таким аккумулятором фотовспышку, об исчерпании заряда вы узнаете за 1-2 кадра до вынужденного финала фотосессии.

Вот ведь какая ловушка получается: и дозарядить перед фотосессией нельзя (эффект памяти) и достоверно оценить остаток заряда невозможно. Для гарантированного успеха есть единственный способ - разрядить аккумулятор до дна, а потом снова зарядить. Но это снижает ресурс и отнимает время. Да, и требует хорошего зарядного устройства, разумеется.

Таких проблем нет у литиевых аккумуляторов. Да вот незадача - напряжение на выводах не совпадает с нужными нам в формате АА полутора вольтами. У литий-ионного оно 3,2 - 4,2 вольта, у литий-железо фосфатного - 3 - 3,3 В.

Однако, последний не безнадежен: Что можно предпринять с ним – я расскажу позже.

Но и классический Li-Ion можно втиснуть в формат АА по размеру и напряжению. Нас выручит встроенный контроллер заряда. Он формирует из трех с хвостиком вольт нужные нам полтора, и он же отвечает за зарядку аккумулятора от источника в 5 вольт. Т.е. от любой телефонной зарядки или пауэрбанка. Минусы, как полагается, тоже есть: вся эта машинерия греется, отжирает кпд и занимает место, оставляя для собственно аккумулятора совсем небольшой уголок.

Сможет ли Литий в таких условиях составить конкуренцию старику Никелю? Какие факторы перевесят? Об этом обзор, который вы читаете. Простите за долгое вступление.

NiMH

Сперва я протестировал свои старые аккумуляторы. Это икеевские (да продлятся дни ее в свободном мире) NiMH аккумуляторы LADDA.

Заявленная емкость 2000мАч

Рекомендуемый ток заряда – 200мА

Дата производства – 2014 год.

Где они были все эти 8 лет? В фотоаппарате Canon, потом в игрушках, потом в фотовспышке. И вот они перед нами, на тестировании. 8 лет для аккумуляторов – критический возраст. Иные до него вообще не доживают. Посмотрим, на что годятся старички.

Этот комплект аккумуляторов уже стоял во вспышке и сделал много пыхов, так что остаток должен быть небольшим.

1. 681 мАч; 2. 736 мАч; 3. 370 мАч; 4. 665 мАч

Аккумулятор номер три слегка подозрителен, т.к. заряд у него меньше, а работали все «хором». Номер 2 – явный лидер.

Посмотрим, что выяснится в результате цикла заряд-разряд.

Заряжаем током 200 мА, разряжаем током 400 мА. Это многовато, но для низкотоковых применений (типа настенных часов) лучше использовать батарейки, у аккумуляторов саморазряд будет больше, чем полезная работа.

Зарядились все благополучно:

Разряжаем лучший:

Худший оказался с емкостью 1423 мАч.

Ну что ж, LADDA еще послужит! Будем использовать эти данные как ориентир для следующих испытаний.

LiFePO4

Производитель GTF. Заявленная емкость – 600 мАч. Куплены в январе 2022 года.

За 10 месяцев я периодически их разряжал и снова заряжал, фиксировал результаты и теперь у нас есть возможность посмотреть, как изменились характеристики.

Сразу после покупки 14.01.2022

1. Заряд 518 заряд 433, разряд 516 заряд 435
2. Заряд 492 заряд 418, разряд 499 заряд 417

Через месяц, 15.02.2022

1. Разряд 510 заряд 429
2. Разряд 495 заряд 417

Еще через 3 месяца, 23.05.2022

1. Разряд 451, заряд 412
2. Разряд 467, заряд 415

Еще через 5,5 месяцев, 03.11.2022

У первого образца разряд 528 мАч, заряд 429 мАч.

У второго образца разряд был 499 мАч, заряд - на 411 мАч.

Обращает на себя внимание, что берет аккумулятор меньше, чем отдает. Я не склонен думать, что мы на пороге великого открытия. Скорее всего зарядное устройство не совсем корректно учитывает заряд при разных напряжениях. В любом случае, важно то, что за время хранения в месяц, потом три, а потом и полгода, заряд почти не снизился. Т.е. саморазряда, можно сказать, нет! Правда, емкость аккумулятора не дотягивает до заявленных 600 мАч. Казалось бы, 600 – это совсем немного. Но нужно учитывать, что это при напряжении 3,2 вольта - вдвое большем, чем Никель-металл-гидрид! Так что в пересчете на энергию это приблизительно эквивалентно аккумулятору старого типа с емкостью в 1200 мАч.

При использовании этих аккумуляторов нужно всегда учитывать эту разницу. Если его установить вместо батарейки, устройство скорее всего сгорит.

Зачем же он тогда нужен?

Его можно использовать там, где две или четыре батарейки соединены последовательно. Вместо одной вставляем такой аккумулятор, вместо другой – пустышку - корпус, в котором просто кусок провода от анода к катоду.

Емкость от пустышки у нас конечно больше не станет, но пока литий не сядет - работать будет превосходно. Для особо нежных устройств, которые чувствительны к разнице между двумя с половиной и тремя вольтами, внутри пустышки можно установить диод. На нем будет падать эта лишняя половина вольта. А платить придется емкостью. Мало того, у нас вместо двух батареек одна, так еще и удельная плотность энергии LiFePO4 на треть меньше, чем у классического Li-Ion. Но в плюсах то, что мы наконец избавились от эффекта памяти и увеличли ресурс относительно NiMH. У технологии LiFePO4 ресурс порядка 6000 циклов, против 500 у никеля.

SmarTools 5

А вот это уже настоящий литий-ионный аккумулятор с контроллером заряда и степдаун преобразователем. Заряжается через встроенное гнездо usb type C, разряжается как обычный аккумулятор АА. О зарядке говорит красный светодиодик, сияющий в районе гнезда. При зарядке он мигает, после окончания – горит непрерывно.

К паре аккумуляторов в комплект прилагается провод-разветвитель, для зарядки двух аккумуляторов от одного гнезда.

Заявленная емкость 2600 мВтч. Напряжение – 1,5 В. Измерять емкость в ваттах в час – это способ нормировать как выдаваемый ток с напряжением 1,5 вольт, так и потребляемый, по цепи в 5 вольт.

Делим 2600 на 1,5 – получаем 1733 мАч – столько аккумулятор должен отдать.

Делим 2600 на 5 – получаем 520 мАч. – столько аккумулятор должен принять от гнезда usb. Но это в идеальном мире, в нашем же наверняка все будет иначе.

Пришли мне эти аккумуляторы в декабре 2021 года, я их тоже периодически заряжал и разряжал, так что есть возможность оценить изменение характеристик.

Как и предполагалось, разрядная характеристика плоская.

Контроллер выдерживает 1,35 вольт, а не 1,5. Аккумулятор разряжается полностью, отдав 1261 мАч. Это не такой уж плохой показатель.

Заряжаем аккумулятор обратно.

Контроллер берет ток 0,35А. По цепи 5 вольт потреблено 551 мАч. В милливаттах это будет 2728 мВтЧ

Можем подсчитать КПД. (1261*1,35)/2728 = 0,62.

В этом параметре учитывается все: и преобразование 5 вольт в 4,2 для зарядки лития, и потери на хранении и преобразование 4,2 в 1,35.

При тестировании двух последовательно включенных аккумуляторов током 0,8А они показали емкость 1126 мАч. Надо понимать, что при последовательном включении цепь прерывается как только отключается самый слабый аккумулятор. Остальные могут остаться недоразряженными. Но это не страшно, эффекта памяти же нет.

После я снова зарядил аккумуляторы и оставил их на полгода. В мае измерил оставшийся заряд. Он оказался 300 мАч. Маловато. Получается, саморазряд почти 13% в месяц.

Может быть, аккумулятор потерял не только заряд, но и емкость?

Заряжаем, разряжаем…

Нет, с емкостью все в порядке. Она даже слегка повысилась – 1253 мАч.

Сейчас, по прошествии почти года, новое тестирование: 1180 мАч.

Вполне приличный показатель, деградации аккумулятора практически не наблюдается.

Znter

Тоже литий-ион с контроллером заряда-разряда. Заявленная емкость по цепи 1,5В – 1700 мАч. В ваттах это будет 2,6 Втч.

Зарядка осуществляется через гнездо micro-usb, расположенное с торца около плюсового контакта. Одновременно заряжать и разряжать такой аккумулятор не получится. В комплекте к пачке из 4 аккумуляторов идет четыреххвостый провод-разветвитель для зарядки.

О стадиях зарядки можно узнать по светодиоду, для которого проделано специальное отверстие подле разъема. Огонек красного цвета говорит о том, что зарядка идет, зеленого – что она закончена. Смена огонька происходит несколько раньше, чем полностью прекращается ток зарядки.

Аккумуляторы пришли в конце января 2022 года.

Током в 0,4 А аккумуляторы разрядились, отдав плюс-минус 1435 мАч.

А как насчет токов побольше? Эксперимент показал, что до 1,75А аккумуляторы справляются. Вот разрядка одного током 1,7А:

1260 мАч. Можно сказать, емкость значитиельно не снизилась.

Тестируем саморазряд. Я снова зарядил аккумуляторы и оставил лежать до конца мая. В мае от заряда осталось от 931 до 1011 мАч.

(на графиках напряжение и ток соответственно)

Это значит, емкость теряется, грубо говоря, на 7% в месяц. Учитывая, что преобразователь напряжения запитан на постоянной основе, это неплохо.

С мая по ноябрь снова хранение для определения саморазряда. За почти полгода остаточный заряд снизился до 763-849

Дозарядка и последующая разрядка показала эффективную емкость в интервале 1380-1470 мАч.

Считаем по среднему: от 1425 за 5,5 месяцев осталось 849 мАч, т.е. саморазяд 40% за 5,5 месяцев. Снова порядка 7% в месяц.

Наконец, последний тест. Влияет ли преобразователь напряжения на пульсации? Проверим:

Осциллограф настроен на 50 мВ на деление. Видимых пульсаций нет. Ток при этом 0,4А.

Итоги

1. Аккумуляторы из Икеи (да не покинет шведов вдохновение при сочинении своих затейливых названий!) оказались вполне пригодны к эксплуатации даже через 8 лет. Но я старался бережно к ним относиться.
2. Если режим использования аккумуляторов такой, что требуется постоянно их подзаряжать, лучше переходить на литий. Возможно емкость будет и ниже, но если под рукой зарядка от телефона или пауэрбанк – это не проблема.
3. Поскольку литиевые аккумуляторы с контроллером не предупреждают о приближающейся разрядке, их не стоит использовать, если прерывание работы нежелательно. Скажем, при съемке видео. (интересно, есть сейчас фото и видеокамеры на батарейках АА?)
4. LiFePO4 хороши стабильностью характеристик во времени и ресурсом. Но, учитывая, что один из элементов питания придется заменить пустышкой, общая емкость пострадает. В случае, если она не критична – это неплохой вариант.
5. У аккумуляторов наблюдается разброс по такому важному параметру, как саморазряд. У литиевых с контроллерами он составляет 7-13% в месяц. К сожалению, оценить его можно только в результате длительного исследования, как то, что вы только что прочитали.

Выводы

Я бы не стал сейчас покупать NiMH аккумуляторы. Все-таки их время прошло. Поддерживать их в хорошем состоянии хлопотно, а при неправильной эксплуатации ресурс теряется очень быстро. Из остальных трех образцов мне больше подходят литий-ионные, с контроллером заряда. У них достаточная емкость и характеристики не ухудшились заметно за почти год эксплуатации. Выбор между двумя представленными в тесте брендами, думаю, в пользу Znter, т.к. у него меньше саморазряд. Но у SmarTools более прогрессивный тип разъема зарядки.

Ссылки на аккумуляторы АА

SmarTools - можно выбрать 1, 2 или 4 штуки. Шнур в комплекте

Znter AA - от 1 до 8 штук в наборе, шнур-разветвитель для зарядки в комплекте.

GTF AA - можно купить от 1 до 10 шт, самый недорогой вариант. С минимальным саморазрядом.

AA пустышка - есть и АА и ААА, стоят копейки.