Выше мы приводили для каждой из протестированных батареек
разрядные графики - зависимость напряжения на батарейке от времени при заданной
нагрузке. Однако сравнивать батарейки по ним трудно, поэтому ради большей
наглядности мы рассчитали для каждой из батареек её ёмкость и свели результаты в
несколько диаграмм.
Впрочем, перед тем, как переходить к числам, стоит поговорить о самой
ёмкости. Традиционно её указывают в ампер-часах: ёмкость 1 А*ч означает, что
батарейка может отдавать ток 1 А в течение часа. Вообще говоря, такое
определение ёмкости неверно - ведь ёмкость есть количество запасённой в
батарейке энергии, энергия измеряется в джоулях, которые, в свою очередь,
пересчитываются в "электрические" единицы по формуле 1 Дж = 1 Вт*с.
Соответственно, и ёмкость батареек надо измерять в ватт-секундах (или, что
удобнее, в ватт-часах), а вовсе не в ампер-часах.
Проиллюстрируем сказанное простым примером.
Допустим, мы взяли две батарейки напряжением по 1,5 В и паспортной ёмкостью по 1
А*ч и соединили их последовательно. Мы получили батарею с ёмкостью тот же 1 А*ч
- если её нагрузить током 1 А, она сядет через 1 час, ведь в течение этого часа
каждая из батареек будет отдавать ток 1 А. Но ведь на самом деле ёмкость такой
батареи - вдвое больше, чем у каждой отдельной батарейки. Поэтому правильнее
учитывать ёмкость именно в ватт-часах. В приведённом выше примере для одной
батарейки она будет равна 1,5 Вт*ч, для двух - 3 Вт*ч независимо от способа их
соединения (последовательно или параллельно).
Особенно важно это учитывать при сравнении батареек и
аккумуляторов с разными рабочими напряжениями: так, в литий-ионном аккумуляторе
с паспортной ёмкостью 1 А*ч и рабочим напряжением 7,4 В энергии запасено много
больше, чем в Ni-MH аккумуляторе с паспортной ёмкостью 2,7 А*ч и напряжением 1,2
В - 7,4 Вт*ч против 3,24 Вт*ч.
Для элементов питания с одинаковым паспортным напряжением указание
ёмкости в ватт-часах приобретает смысл, если учесть, что при разряде напряжение
на них падает по-разному. Скажем, если две батарейки на токе 1 А сели за час, но
первая почти всё время держалась на напряжении около 1,2 В, а вторая быстро
просела до 0,9 В - очевидно, что первая отдала больше энергии.
Впрочем, если привязываться к реальным
нагрузкам, то у них может быть разный характер энергопотребления: как правило,
простые устройства (фонари, электромеханические детские игрушки и так далее)
потребляют тем больший ток, чем больше напряжение батарейки, а вот электронные
устройства (фотоаппараты, плееры и так далее) склонны потреблять постоянную
мощность - то есть, чем больше напряжение питания, тем меньший ток им требуется,
и тем легче режим работы батарейки в них. Поэтому для вторых ёмкость в
ватт-часах имеет наибольшее значение.
Кроме того, важно определиться, что мы считаем окончанием
разряда. В своих статьях для батареек мы будем брать две точки: падение
напряжения батарейки до 0,9 В и до 0,7 В. Первая выбрана из соображений, что
многие устройства могут просто отказаться работать при меньшем напряжении,
поэтому в них батарейку, "просевшую" ниже 0,9 В, можно смело считать
разряженной. Однако есть и устройства, способные работать при напряжениях вплоть
до 0,7 В - это различная электроника, использующая для получения нужного ей
питания повышающие импульсные преобразователи. Продолжать тестирование при
падении напряжения ниже 0,7 В смысла нет - абсолютное большинство батареек при
достижении этой границы уже полностью разряжены, и далее напряжение на них
спадает до нуля почти мгновенно. Поэтому в качестве второй точки мы выбираем
момент, когда батарейка разрядилась до 0,7 В.
Также, чтобы нашим читателям было проще ориентироваться в
цифрах, приведём табличку с результатами измерений энергопотребления различных
устройств из
предыдущей
статьи:
Итак, для каждой батарейки в
каждом из тестов будут представлены четыре значения: ёмкость в ампер-часах и в
ватт-часах при разряде до 0,9 В и до 0,7 В. Сортируются результаты по значениям
для разряда до 0,9 В, как по наиболее жёсткому из критериев.
Среди солевых батареек на малом токе победила продукция Camelion, в
аутсайдеры попали батарейки GP Supercell, продемонстрировав изрядное отставание
от серии Greencell того же производителя. При этом в целом все батарейки
показали очень скромный результат, лишь одна смогла дотянуть до 0,5 А*ч, да и то
- при глубоком разряде до 0,7 В.
При пересчёте в ватт-часы картина
не меняется. В средней группе поменялись местами две пары батареек, но разрыв
между ними и в предыдущем тесте был на уровне погрешности измерений.
На токе 750 мА результат крайне печален: до границы 0,9 В все батарейки
"просели" почти мгновенно. Использовать солевые батарейки в фонаре, фотоаппарате
и тому подобной аппаратуре по этой причине совершенно бессмысленно: в лучшем
случае, время их работы исчисляется минутами, в худшем - устройство вообще не
включится.
При разряде до
0,7 В вперёд вышла батарейка Camelion - выше мы уже обсуждали её странное
поведение при разряде большими токами. Впрочем, погоды это не сделает, результат
всё равно крайне скромен.
При переходе к измерению ёмкости в
ватт-часах позиции в рейтинге сохраняются.
А вот щелочные батарейки при разряде малым током показывают совсем
другие значения! Более того, для них довольно невелика разница между ёмкостями,
измеренными по падению напряжения до 0,9 В и до 0,7 В - а значит, батарейка
эффективно отдаёт большую часть накопленной в ней энергии до того, как её
напряжение серьёзно "просядет".
Лидируют батарейки Varta High
Energy, вплотную за ними идут Sony, "Космос" и другие. Хуже всех выглядят
батарейки IKEA Alkaline и GP Super Alkaline (в том числе и продающиеся под
маркой "Старт"). Интересны в этом графике два момента: во-первых, "высокомощные"
батарейки, такие как Energizer Maximum, Sony Stamina Platinum и Varta Max Tech
не только не заняли первых позиций, а и проиграли менее мощным моделям тех же
производителей. Во-вторых, батарейки Camelion Oxy-Alkaline, по ёмкости в
ампер-часах занявшие последнюю позицию в рейтинге, при пересчёте в ватт-часы
заметно продвинулись к его середине - связано это с их высоким рабочим
напряжением. Впрочем, соперничать с Varta High Energy они всё равно не
могут.
При разряде током 750 мА лидер остался тот же - Varta High
Energy - но "высокомощные" батарейки заметно подтянулись к верхней части списка,
а часть "маломощных", наоборот, резко провалилась вниз. Скажем, Energizer
Maximum и Ultra+, Sony Stamina Platinum и Stamina Plus, по сути, поменялись
местами.
При переходе к ватт-часам порядок в общем и целом сохраняется,
за тем исключением, что батарейки Camelion Oxy-Alkaline благодаря своему
высокому рабочему напряжению снова совершают прыжок вверх по рейтингу. В целом
же можно с некоторой печалью отметить, что ёмкость всех батареек с ростом тока
нагрузки сильно упала: ни один из участников не добрался даже до полутора
ватт-часов.
Из сравнения
диаграмм для разных нагрузок становится очевидно, что однозначно лучших батареек
не бывает: разные их типы действительно приспособлены под разные задачи. Скажем,
для светодиодного фонарика, потребляющего 100 мА, нет смысла переплачивать за
дорогие батарейки максимальной мощности - это именно мощность, а не ёмкость,
поэтому в устройстве, потребляющем небольшой ток, служат они ничуть не дольше
более дешёвых собратьев.
Импульсный разряд с амплитудой
тока 2,5 А - самый жестокий из наших тестов, зато именно в нём и проявляются
преимущества "высокотехнологичных" мощных батареек. На первое место выходит
Varta Max Tech, следом за ней идут Camelion Oxy-Alkaline, Sony Stamina Platinum
и Energizer Maximum - то есть модели, изначально предназначенные для устройств с
очень большим энергопотреблением.
При переходе к ватт-часам лидером
становится Camelion Oxy-Alkaline - благодаря своему большому рабочему
напряжению. В остальном картина не меняется.
В целом же надо отметить, что импульсная нагрузка с амплитудой
2,5 А - очень тяжёлая задача даже для щелочных батареек.
И, наконец, литиевые батарейки. Так как из представителей этого типа
гальванических элементов в нашей статье присутствует только Energizer Ultimate
Lithium, то сравнивать мы его будем с лидерами среди щелочных и солевых батареек
- это позволит оценить, на что же способны литиевые батарейки и стоят ли они
своих денег.
Впрочем, из этих двух диаграмм уже всё
очевидно: на токе 750 мА литиевые батарейки в разы превосходят щелочные,
результаты же солевых можно и вовсе не учитывать. Более того, при переходе к
ватт-часам разрыв только увеличивается - литиевая батарейка лучше держит
напряжение по мере разряда.
В тесте на импульсный разряд с
амплитудой тока 2,5 А солевые батарейки сдаются сразу: первый же импульс
просаживает напряжение на них почти до нуля.
Литиевая батарейка не просто сохраняет позиции, а и ещё более
увеличивает отрыв от щелочной: при пересчёте в ватт-часы разница достигает пяти
раз! И это, заметьте, по сравнению не с абстрактной "обычной батарейкой", а с
лидером наших предыдущих тестов.
И, наконец, последняя таблица: внутреннее сопротивление батареек. Оно
рассчитывалось по падению напряжения в тесте с импульсной нагрузкой, для расчёта
брался участок графика, на котором напряжение с приходом импульса проседало до
1,0 В. Скажем, если при приходе очередного импульса напряжение просело с 1,32 до
1,0 В, то сопротивление равно (1,32В - 1,0В)/2,5А = 0,128 Ом.
Мощные батарейки, во главе которых Varta Max Tech, расположились в
верней части рейтинга. Camelion Oxy-Alkaline занял среди щелочных последнее
место, но выше мы неоднократно отмечали, что выйти на первые места по реальной
ёмкости ему помогает относительно высокое рабочее напряжение. Оно же помогло и
литиевой Energizer Ultimate Lithium, чьё внутреннее сопротивление также
оказалось относительно высоко.
В остальном же наибольшее сопротивление ожидаемо оказалось у батареек
GP, IKEA и "Космос" - аутсайдеров нашего тестирования. Ну и, разумеется, все
солевые батарейки показали очень большое внутреннее сопротивление - как уже
отмечалось выше, тест импульсного разряда для них чрезмерно жесток.
Вместо заключения: батарейки против
аккумулятора |
Из полученных
данных можно сделать много интересных выводов, основные из которых удобно
собрать компактным списком:
солевые батарейки принципиально непригодны для устройств с
большим потреблением;
разные щелочные батарейки оптимальны с точки
зрения соотношения ёмкости и цены для разных применений: мощные и дорогие
батарейки не обеспечат большей ёмкости при разряде малым током, нежели более
дешёвые собратья, но выиграют на разряде очень большими токами;
ёмкость
и солевых, и щелочных батареек сильно зависит от разрядного тока: чем он больше,
тем меньше ёмкость;
ёмкость литиевых батареек от разрядного тока
почти не зависит, поэтому на больших токах они обеспечивают в разы большую
ёмкость, чем лучшие из щелочных.
Тем не
менее, возникает ещё один вопрос - а насколько хорошо батарейки конкурируют с
аккумуляторами? Особенно он важен в том свете, что стоимость литиевых батареек
приближается к стоимости хороших Ni-MH аккумуляторов с ёмкостью 2700
мА*ч.
О работе
аккумуляторов с малыми нагрузками мы поговорим в следующей статье, а сейчас я
позволю себе привести три диаграммы с одним и тем же масштабом оси времени, на
которых показана работа разных элементов питания с нашей импульсной
нагрузкой:
Щелочная батарейкаЛитиевая батарейкаNi-MH аккумуляторПроигрыш щелочной батарейки очевиден, а вот между литиевой и
аккумулятором наблюдается паритет - с одной стороны, литиевая батарейка имеет
немного большую ёмкость и большее рабочее напряжение, с другой стороны, по
ширине линии отлично видно, что внутреннее сопротивление аккумулятора втрое
меньше.
Вывод из этого
можно сделать простой: щелочные батарейки при работе с большими токами в
принципе не способны достичь характеристик современных Ni-MH аккумуляторов.
Литиевые батарейки в целом способны конкурировать с аккумуляторами, но ярко
выраженного превосходства не демонстрируют - поэтому их использование оправдано
в случаях, когда аккумуляторы недоступны. Если своевременная зарядка комплекта
Ni-MH аккумуляторов не является для вас проблемой, то они будут лучшим способом
питания любых устройств с большим энергопотреблением - фонарей, фотоаппаратов,
плееров, игрушек...