Тестируем батарейки: Щелочные батарейки. Литиевые батарейки. Аккумулятор.

Из полученных данных теста можно сделать много интересных выводов, основные из которых удобно собрать компактным списком:

солевые батарейки принципиально непригодны для устройств с большим потреблением (например фотоаппаратов);
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.

Проигрыш 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...

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.
 

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 батарейка

Литиевая батарейка

Ni-MH аккумулятор
Проигрыш 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...