В чем разница между никель-металлгидридной аккумуляторной батареей 1,2 В и щелочной батареей 1,5 В?

Это вопрос, который очень часто возникает в нашей повседневной работе.

Обычно считается, что никель-металлгидридные аккумуляторы не могут заменить одноразовые батарейки из-за их более низкого напряжения. Однако это относится только к некоторым устройствам – обычно с низким энергопотреблением и обычно в конфигурации, где аккумуляторы подключаются последовательно по 3-4 шт.
В устройствах с высоким энергопотреблением никель-металлгидридный аккумулятор покажет еще более высокое напряжение, чем щелочной аккумулятор, и прослужит гораздо дольше.
Это связано с тем, что значение 1,2 В является средним рабочим (разрядным) напряжением Ni-MH аккумулятора. Полностью заряженный никель-металлгидридный аккумулятор может достигать напряжения, превышающего 1,4 В. Таким образом, он находится на одном уровне с уровнем напряжения новой щелочной батареи.

Подводя итог – да, в подавляющем большинстве устройств Ni-MH аккумуляторные батареи будут работать как минимум так же хорошо, как и одноразовые щелочные аккумуляторы.

Сравнение разрядных характеристик высококачественной никель-металлгидридной аккумуляторной батареи (everActive Professional Line 2600) с щелочными батареями ведущих коммерческих брендов. Ток разряда: 500 мА, характер нагрузки: постоянный. 

Нагрузка в 500 мА достаточно требовательна к щелочным батарейкам – это типичное потребление тока многими горелками, игрушками, электрическими измельчителями специй и т.д. - В таких приложениях щелочные батарейки работают не оптимально. В случае еще более требовательных устройств, например, ламп-вспышек, потребление тока еще выше (даже многократно) - в таких приложениях разница в производительности между никель-металлгидридной батареей и щелочной батареей будет еще больше в пользу батареи. 

При токе разряда 500 мА хороший аккумулятор прослужит примерно в два раза дольше, чем твердощелочные аккумуляторы. Испытание под высокой нагрузкой выявляет недостатки щелочных батарей и ясно указывает на  преимущества никель-металлгидридных батарей.

Сравнение разрядных характеристик высококачественной никель-металлгидридной аккумуляторной батареи (everActive Professional Line 2600) с щелочными батареями ведущих коммерческих брендов. Ток разряда: 100 мА, характер нагрузки: непрерывный

Нагрузка в 100 мА более умеренная – это зачастую энергопотребление простейших фонариков, простых игрушек, беспроводных микрофонов, микропортов. В этих условиях характеристики аккумулятора все же более благоприятны, чем у щелочного аккумулятора. Свежезаряженная никель-металлгидридная батарея 1,2 В поддерживает более высокое напряжение, чем батарея 1,5 В в течение значительной части рабочего цикла. Однако общее время работы уже может быть немного больше на одноразовом аккумуляторе. Кроме того, следует учитывать, что напряжение на Ni-MH аккумуляторе со временем снижается во время хранения, поэтому часто устройства, которые используются нерегулярно, лучше работают на щелочных аккумуляторах.

Такие устройства, как пульты дистанционного управления, метеостанции, часы, электронные мультиметры требуют для работы еще меньше электроэнергии (в разы меньше) – в таких устройствах щелочные батарейки обычно работают гораздо дольше и предсказуемее.

Что бросается в глаза на обоих графиках, так это плоская характеристика разряда никель-металлгидридной батареи. Аккумуляторные батареи в обоих случаях большую часть времени поддерживают напряжение выше 1,2 В. В этом много преимуществ – например, модель с дистанционным управлением всегда охотно и быстро разгоняется, а перечница всегда работает с высоким, равномерным КПД. Однако в случае со многими устройствами такие характеристики разряда делают невозможным правильное считывание и оценку состояния заряда батареи – в зависимости от устройства индикатор низкого заряда батареи не загорается в нужный момент – либо слишком быстро, либо слишком поздно, когда  устройство перестает сотрудничать. Поэтому, несмотря на очевидные преимущества аккумуляторных батарей, стандартные щелочные батареи более надежны и предсказуемы в некоторых приложениях.

Щелочные и аккумуляторные батареи - факты

Чтобы хорошо разобраться в этом вопросе, нужно знать о различиях между одноразовыми батареямии никель-металлгидридные аккумуляторы. Объясним тему на примере популярных «пальцев» АА и ААА. В качестве представителя одноразовых батареек упомянем щелочные батарейки – это самые универсальные и достаточно эффективные одноразовые батарейки, общедоступные на рынке.
Основные технические данные.

Щелочная батарея:

• номинальное напряжение: 1,5 В/ячейка,
• емкость до ок. 1400 мАч для AAA/LR03 и 2900 мАч для AA/LR6,
• внутреннее сопротивление >200 мОм - предназначено для устройств с низким или умеренным энергопотреблением,
• срок годности – обычно 5-10 лет с момента производства,
• склонность к выливанию/протеканию.

Никель-металлгидридная аккумуляторная батарея:

• номинальное напряжение: 1,2 В/ячейка,
• емкость до ок. 1100 мАч для AAA/R03 и 2700 мАч для AA/R6,
• внутреннее сопротивление 50-100 мОм - подходит для устройств с высоким потреблением тока,
• срок годности – не применяется,
• самодействующее падение напряжения с течением времени.

Беглый анализ приведенных выше параметров покажет, что аккумуляторы теоретически имеют более высокое напряжение и несколько большую емкость.

На практике 1,2 В для аккумулятора принимается как среднее напряжение от рабочего цикла (при разрядке в устройстве), а 1,5 В — выходное напряжение (для новой, неиспользуемой) щелочной батареи. В большинстве устройств диапазон рабочих напряжений никель-металлгидридных аккумуляторов и аккумуляторных батарей совпадает и батареи не имеют преимущества в этой области.

То же самое касается и емкости – более высокая емкость щелочных батареек достигается только при разрядке малыми токами – ниже 50 мА. При разряде 500 мА (типичное потребление тока, например, для многих фонарей) достигнутые мощности будут вдвое ниже.

Никель-металлгидридные аккумуляторы показывают небольшие потери емкости при одинаковых условиях - независимо от тока разряда. Кроме того, из-за гораздо более низкого внутреннего сопротивления падение напряжения при работе значительно меньше – особенно в требовательных устройствах.

Есть еще одна печально известная особенность, которая говорит против щелочных батареек – каждая щелочная батарейка, даже при хранении/использовании в благоприятных условиях, однажды выйдет из строя – в результате ее полного разряда или старости. Ni-MH аккумуляторы очень устойчивы к разливу – в их случае возможная утечка должна быть явно спровоцирована.

Из вышесказанного может показаться, что аккумуляторы имеют лучшие параметры практически во всех аспектах. Но уверены ли вы?

К сожалению, ответ не ясен. Никель-металлгидридные аккумуляторные батареи не лишены недостатков. Аккумуляторы имеют несколько меньшее выходное напряжение (в начале) по сравнению с щелочными аккумуляторами, кроме того, это напряжение автоматически падает даже при хранении. Некоторые устройства не способны нормально работать при более низких уровнях напряжения – со временем ситуация становится еще хуже.

Аккумуляторы по своей природе являются сильносильными - их использование в устройствах с очень низким энергопотреблением приводит к быстрому увеличению внутреннего сопротивления - следовательно, сокращению срока их службы, что приводит к гораздо меньшему количеству циклов зарядки/разрядки. Аккумуляторные батареи, особенно самой большой емкости, также могут быть немного больше (толще), чем одноразовые батареи, что также может быть проблематично в редких случаях.

Автор: Михал Середзиньский
Копирование содержания текста или его части без согласия представителя компании Baltrade sp. z o.o. запрещено.

3

121

6