К литий-ионным батареям есть ряд устоявшихся претензий. Например, они плохо работают на морозе и подвержены возгоранию. Но помимо объективных технических характеристик главные опасения вызывают составные компоненты этих батарей, точнее их доступность. Литий неравномерно распределен по планете. И так получилось, что самые крупные поставщики находятся в странах с очень нестабильной политической обстановкой. При постоянно растущих объемах потребления литий-ионных батарей прекращение поставок может стать катастрофой.

Кто-то, как, например, стартап Lilac Solutions, ищет способы более эффективной добычи лития. А кто-то работает над альтернативными батареями. NantEnergy относится к последним.

Команда работает над получением стабильной и недорогой воздушно-цинковой батареи. И на днях ее глава рассказал NYT, что его команде удалось добиться успеха. По словам Патрика Синьсяна, его стартап создал батарею, которая позволяет хранить энергию при гораздо меньших затратах, по сравнению с литий-ионными.

Стоит отметить: Синьсян ничего не понимает в аккумуляторах и энергетических технологиях в целом. Он — хирург, выходец из семьи китайских эмигрантов в ЮАР и самый богатый медик в мире. Состояние доктора оценивается примерно в $10-12 млрд. Синьсян разбогател на инновационных методах лечения рака, а теперь, вот, взялся за чистую энергетику. Но не только, в бизнесе он берется буквально за все. В начале этого года Синьсян, например, купил газету Los Angeles Times за $500 млн.

Что касается нового типа батарей, то на протяжении последних месяцев NantEnergy тестировала свои установки в Африке и Азии. Компания установила батареи в 110 отдаленных деревнях, в которых ранее были серьезные проблемы с электроснабжением.

В паре с солнечными панелями и ветровыми генераторами цинковые аккумуляторы улучшили ситуацию, утверждает Синьсян.

«Это может изменить существующую экономику и создать целую новую область, используя только чистую мощь солнца и ветра», — говорит миллиардер. Он обещает, что поставки батарей начнутся уже в следующем году. NantEnergy собирается стать первой компанией, запустившей коммерческое распространение цинковых батарей. Синьсян хвалится тем, что стартапу принадлежит 100 уникальных патентов.

По его мнению, рынок новых аккумуляторов имеет потенциальный объем в $50 млрд.

Первые поставки придутся на телекоммуникационные компании. Цинковые батареи будут питать вышки сотовых операторов, обеспечивая их автономную работу. Дальше предприниматель обещает быстро расширять распространение, начиная с домашних хранилищ электроэнергии и заканчивая установкой новых аккумуляторов на все виды электротранспорта. Говоря о дешевизне, он называет точные суммы. Производство воздушно-цинковых аккумуляторов в пересчете на 1 кВт*ч не должно превысить $100, стоимость литий-ионных батарей достигает $300-400 за 1 кВт*ч.

Зачем собирать самому? Да затем, что аккумуляторные батареи — это та область, где готовый продукт — всегда лажа. Они всегда неоправдано дорогие. Всегда не достать нужного размера, который, разумеется, уникален для каждого устройства. Всегда нет нужной емкости, а есть только те, которые расчитаны на беготню от розетки к розетке в пределах города.

Особенно громко ругать производителей начинаешь тогда, когда попадаешь в форс-мажорную ситуацию. Остаешься без связи, потому что на морозе сдох коммуникатор. Не можешь снять удачный момент, потому что кончился родной аккумулятор на камере, а запасной от фирмы стоит $50. Или сидишь и скучаешь, потому что ноутбука хватило на час.

А вот сами вы можете собрать батарею, которая будет ограничена только двумя параметрами: ценой за ватт-час и энергоплотностью. Все остальные характеристики вы будете выбирать сами.

Статья написана для дилетантов и от дилетанта.

Только одно «но». Эта статья НЕ про батареи мощнее нескольких киловатт-часов.

Просто потому, что у меня не было никакого опыта использования таких батарей. Я не собирал электромобили и не делал системы автономного электроснабжения для дома. Принципы создания таких батарей совпадают с обычными, так что вам не помешает прочитать и эту статью, но оборудование используется совершенно разное. Так что за информацией обязательно идите на форум «электротранспорта.ру» или ForumHouse.ru.

Теория на пальцах

Элемент, ячейка, «банка», «батарейка» — то, что накапливает и отдает энергию. От аккумуляторных элементов зависят все характеристики батареи.

Батарея — это уже набор из многих элементов. Несколько ячеек соединяют в батарею, когда характеристик одной ячейки мало. Если соединить последовательно — растет напряжение. Если параллельно — увеличивается емкость батареи. Может включать в себя не только банки, но и всякую там управляющую электронику.

Напряжение — это то, с какой силой батарея может ударить током в потребителя. Является лишь характеристикой аккумулятора, от потребителя не зависит.7 Измеряется в вольтах (V).

Сила тока — чем она больше, тем больше жрет потребитель электричества. Измеряется в амперах (A).

Емкость — характеристика аккумулятора, измеряется в ампер-часах (Ah). К примеру, емкость в 2Ah означает, что аккумулятор может отдавать ток в 1A два часа и в 2A — один час.

Емкость аккумулятора также зависит от разрядного тока. Обычно чем он больше, тем емкость меньше. Производители аккумуляторов обычно указывают емкость, полученную при разряде каким-нибудь мизерным током в 100mA.

Справа показаны характеристики Li-ion-аккумулятора, который разряжают при разной силе тока. Чем ток выше, тем кривая разряда ниже.

C — буква латинского алфавита, которой измеряют отношение силы тока к емкости аккумулятора, то есть во сколько раз ток превышает емкость. Если аккумулятор имеет емкость 2Ah и разряжается при токе в 4A, то можно сказать, что он разряжается при токе в 2C. Все дело в том, что чем больше емкость аккумулятора, тем проще ему отдавать ток, и поэтому такой характеристикой пользоваться удобнее, чем просто амперами.

Энергия — та характеристика, которая позволяет сравнивать аккумуляторы с разным напряжением. Измеряется в ватт-часах и грубо вычисляется путем умножения напряжения на аккумуляторе на его емкость. Численно равна площади фигуры под кривой разряда.

Попугаи емкости и ватт-часы энергии

Предположим, у нас есть две батарейки одинаковой емкости — 2200mAh. Но одна из них — литий-ионная, а другая — никель-металлгидридная.

Вопрос: означает ли это, что в обоих аккумуляторах одинаковое количество энергии? Будет ли одно и то же устройство работать от обоих банок одинаковое время?

vs

На самом деле, глядя лишь на характеристику емкости, нельзя сравнивать энергию, которую может накопить и отдать аккумулятор. Для этого нужно знать номинальное напряжение на нем.

Грубо прикинуть количество энергии в ватт-часах можно, умножив номинальное напряжение аккумулятора на его емкость. И у нас получится:

• Для NiMH: 1.2 вольт * 2.2 ампер-часа = 2.64 ватт-часа
• Для Li-ion: 3.7 вольт * 2.2 ампер-часа = 8.14 ватт-часа

…что энергия Li-ion-аккумулятора той же емкости — в 3 раза больше, чем NiMH.

Но это всего лишь грубая «прикидка». Так, напряжение в 1.2 вольта на NiMH-элементе — это максимальное напряжение, соответствующее полному заряду аккумулятора. При разряде оно будет только падать, и реальная энергия будет немного меньше 2.64 ватт-часов. Тем не менее, именно такой способ расчета энергии аккумулятора мы будем использовать для сравнения их характеристик.

Типы аккумуляторов

тип	↓ NiMH	↓ Li-ion	↓ Li-polymer	↓ LiFePO4	↓ Lead-Acid
номинальное напряжение на 1 ячейку	1.2V	3.7V		3.3V	2.105V
диапазон напряжений	0—1.2V	2.5—4.2V		2.0—3.65V	1.75—2.1V
число циклов заряд/разряд до потери 20% емкости	500—1500	1000		2000—80002	200—800
срок хранения до потери 20% емкости	до 2 лет5	~1.5 года		5—10 лет3
время простого заряда	до 16 часов	1—2 часа		45 минут3	6-10 часов
время быстрого заряда	1—2 часа	45 минут	15 минут6	15 минут3	1-2 часа4
↓ энергоплотность, ватт-часов на кг	80	200	150	100	40
↓ цена за ватт-час	$0.5—$1.3	$0.5—$0.7	от $0.3	$0.5—$2.2	$0.1—$0.3

NiMH — никель-металл-гидридные

Аккумуляторы этого типа морально устарели и добавлены для сравнения. Но иногда есть смысл подумать об их покупке — например, когда нужно сделать замену для сдохшей NiCd- или NiMH-батареи. Именно такие ставят в дешевые радиоуправляемые модели.

− Капризны в зарядке, требуют для быстрого заряда сложных устройств.
− Теряют заряд со временем. LSD-аккумуляторы (Long Self Discharge) этого недостатка лишены.
− Обладают «эффектом памяти», то есть временно теряют часть емкости при частичных разрядах. Любят только полные разряды. LSD-аккумуляторы также лишены этого недостатка.
− Имеют низкую энергоплотность.
+ Недо- и перезаряд им вреден, но не опасен, так что из этих банок можно составлять батарею просто так, без защитной электроники.

Наиболее популярный типоразмер для этих «банок» — обычный AA, то есть с пальчиковую батарейку.

Li-ion — литий-ионные

+ Обладают самой высокой энергоплотностью.

− Быстро разряжаются при использовании на морозе.

Вы, может быть, испытывали это вредное свойство, если пользовались мобильным телефоном зимой на улице. Батарея волшебным образом разряжается, и вы остаетесь без связи.

− Портятся при разряде ниже 2.5V.
− Взрывоопасны при перезаряде выше 4.2V.

Именно поэтому многие Li-ion-банки имеют под корпусом специальную плату, которая отключает ток при напряжении ниже 2.5V или выше 4.2V. Такие батарейки имеют слово «protected» («защищенные») в названии. Незащищенные же банки (unprotected) без специальной платы использовать в батарее нельзя. Подробнее о защите Li-ion-батарей и о их балансировке смотрите ниже.

− Теряют емкость со временем, даже от простого лежания на полке.
− Особенно быстро теряют емкость при высокой температуре.

Именно поэтому так быстро приходят в негодность батареи ноутбуков. Располагаются они близко к центральному процессору и видеокарте, которые сильно греются, да еще и с постоянным 100%-ным зарядом — все условия для того, чтобы быстро умереть. Вот такие данные приводит battery university:

температура	при хранении с зарядом в 40%	при хранении с полным (100%) зарядом
0°C	теряет 2% за год	теряет 6% за год
25°C	теряет 4% за год	теряет 20% за год
40°C	теряет 15% за год	теряет 35% за год
60°C	теряет 25% за год	теряет 40% за 3 месяца

Популярный типоразмер для литий-ионных «банок» — 18650 (18мм в ширину и 65 в длину). Именно такие используются в батареях ноутбуков. Возможно, вы их никогда не видели за пластмассовым корпусом батареи, но иногда их можно там нащупать. Такие же используются в спортивном электромобиле Tesla Roadster.

Li-polymer — литий-полимерные

+ Полностью совместимы с Li-ion.
+ В отличие от Li-ion, могут отдавать сильные токи — 10—40С.
+ Могут быть какой угодно толщины и формы. Подходят для питания совсем миниатюрных устройств, вроде шпионских штучек.
+ Продаются, как правило, в уже собранной батарее, с защитными платами и шлейфами для балансировки — удобно!
− Еще более взрыво- и пожароопасны.
− Еще хуже работают на морозе. Посмотрите, например, на такой график разряда:

LiFePO4 — литий-железо-фосфатные

Дальнейшая эволюция литиевых батарей. Аккумуляторы будущего. В отличие от Li-ion, они:

+ не боятся мороза;
+ не пожароопасны;
+ отдают токи до 50C;
+ могут быть заряжены сильным током за 15 минут;
+ имеют огромное число циклов заряд-разряд (2000-8000 до потери 20% емкости2);
+ практически не подвержены потере емкости при хранении3.

Недостатки по сравнению Li-ion:

− стоят дороже и имеют меньшую емкость;
− имеют меньшую энергоемкость;
− не совместимы с привычными Li-ion-элементами из-за другого диапазона напряжений — 2—3.65V.

− И так же, как Li-ion, требуют соблюдения своего диапазона напряжений — 2—3.65V.

Наиболее уважаемая компания на рынке LiFePO4 батареек — A123 Systems. Она же и разработала эту технологию.

Популярный типоразмер для «банок» — 26650 (26мм в ширину и 65 в длину) — был введен с подачи той же A123 Systems.

LiFeYPO4 — литий-железо-иттрий-фосфатные

Разновидность литиевых аккумуляторов, о которой мне ничего не известно, кроме того, что добавление иттрия увеличивает число циклов заряд-разряд. Ну, поживем — увидим.

Lead-Acid — свинцово-кислотные

− Обладают самой низкой энергоплотностью.
− Медленно заряжаются — до нескольких часов!
− На высоких токах (по их меркам — это то, что выше 0.1C) могут не отдать и половины емкости батареи.
− Очень чувствительны к температурам.
− Имеют малое число циклов заряд-разряд — от 200 при жестком обращении до 800 при щадящем.
− В случае обслуживаемого аккумулятора — требует ухода.
+ Чертовски дешевы!

Хотелось бы упомянуть здесь старые-добрые свинцово-кислотные аккумуляторы. Потому что у каждого читателя наверняка возникнет вопрос — а на кой черт все это надо, когда в любом магазине автозапчастей можно купить ящик на 12 вольт? Почему мы не будем их здесь рассматривать?

• Во-первых потому, что свинцово-кислотные аккумуляторы продаются уже собранными в батарею на 6—12V, что никак не сходится с названием этой статьи.
• Во-вторых, свинцово-кислотные батареи — настолько обширная тема, что достойна еще парочки статей.
• В-третьих, я считаю их слишком тяжелыми для разных интересных вещей.

Все это не отменяет того, что свинцово-кислотные аккумуляторы — отличная штука, когда нужна дешевая энергия. Смотрите, например, ForumHouse.ru, раздел «автономный дом».

Сравнение

В интернете много таблиц, сравнивающих характеристики разных типов аккумуляторов. И у всех таких таблиц один и тот же недостаток — там сравниваются сферические кони в вакууме. Поэтому я составил свою, с конкретными примерами:

тип	пример	ватт-часов на:		$ за ватт-час емкости	центов за ватт-час энергии
		кг	литр
NiMH	Turnigy AA LSD 2550mAh с хоббикинга, по цене без доставки	99	370	0.77	0.148 (500 циклов)
	Eneloop AA LSD 2000mAh с ебея	89	309	1.24	0.076 (1500 циклов)
Li-ion	TrustFire защищенные 18650 1900mAh с дилэкстрима	132	425	0.67	0.067 (1000 циклов)
	TrustFire незащищенные 18650 1750mAh с дилэкстрима	145	391	0.51	0.051 (1000 циклов)
	Panasonic незащищенные 18650 2200mAh с дилэкстрима	360	675	0.79	0.079 (1000 циклов)
	Panasonic незащищенные NCR18650 3100mAh с дилэкстрима	251	479	0.84	0.084 (1000 циклов)
LiPo	батарея с хоббикинга на 14.8V 5Ah, по цене без доставки	140	269	0.30	0.030 (1000 циклов)
LiFePO4	безымянные 18650 LiFePO4 1350mAh с дилэкстрима	111	269	1.11	0.045 (2000 циклов)
	A123 18650 с хоббикинга, по цене без доставки	66	219	2.22	0.111 (2000 циклов) 0.027 (8000 циклов)
	A123 ANR26650M1A с ебея	104	220	1.30	0.065 (2000 циклов) 0.016 (8000 циклов)2
	«банка» на 8Ah c ev-power.eu, с 20% VAT	98	209	0.65	0.032 (2000 циклов)
	большая «банка» на 20Ah, оттуда же, с 20% VAT	70	141	0.52	0.026 (2000 циклов)
	китайский «аккумулятор» на 36 мегаватт-часов	—	—	0.07	?
LiFeYPO4	Winston (Thunder Sky) на 100Ah с ебея	91	?	0.42	0.014 (3000 циклов)
Lead-Acid	случайная необслуживаемая батарея на 12V/17Ah	40	88	0.23	0.046 (500 циклов)
	случайный автомобильный аккумулятор на 12V/50Ah	46	91	0.13	0.026 (500 циклов)

Я, например, сделал такие выводы:

• За LiFePO4 будущее. В долгосрочной перспективе они выигрывают даже у свинцово-кислотных аккумуляторов по цене. Ну а с плюсами железо-фосфата и минусами свинца — тем более. Это единственное, из чего можно собирать электротранспорт. И единственное, что можно выволочь на мороз.
• Самая высокая энергоплотность — у фирменных Li-ion-аккумуляторов. Если их придется тащить на себе, то это самый разумный выбор.
• Иногда имеет смысл взять готовую литий-полимерную батарею и не париться.

Соединение элементов в батарею

Последовательное соединение

Это когда положительный (+) полюс каждого элемента соединяется с отрицательным (−) полюсом следующего:

Напряжения элементов в этом случае складываются, а емкость остается той же.

Последовательно соединенные элементы нуждаются в балансировке.

Дело в том, что даже банки из одной партии имеют немного разные характеристики. И заряжаются они с разной скоростью.

Возьмем батарею из трех последовательно соединенных элементов. Напряжение на полностью заряженном элементе — 4.2V. Значит, полностью заряженная батарея должна иметь напряжение в 12.6 вольт. Какой-то из элементов — например, посередине — может зарядиться быстрее, и к напряжению в 12.2V у нас будет такая картина:

Если продолжить зарядку, то к напряжению в 12.6V аккумулятор посередине перезарядится:

В итоге — возгорание элемента и мучительная смерть от удушья. Дабы такого не происходило — применяют балансиры, которые берут часть тока на себя, если напряжение на отдельном элементе подходит к критическому:

И в итоге все элементы будут заряжены полностью:

Хорошее решение для балансировки батарей — это зарядники, которые используют любители радиоуправляемых моделей, или Hobby Charger’ы. Самые популярные из них — iMAX B6 и Turnigy Accucel-6. Такие зарядят вам какой угодно тип батареи, расскажут о ее реальной емкости, ну и вообще модная тема.

Схема распайки шлейфа на балансировщик в случае 4-х последовательно соединенных элементов выглядит так:

Такие шлейфы называются JST-XH и различаются по количеству последовательно соединенных элементов. Например, JST-XH 4S — это для четырех, как на картинке. Набрать таких шлейфов можно на ибее.

Параллельное соединение

Это когда положительные (+) полюсы соединяются с положительными, а отрицательные (−) — с отрицательными:

Когда элементы соединяются параллельно, то их напряжение остается прежним, а емкости — складываются. Получается одна большая батарейка.

Балансировка в случае чистого параллельного соединения не требуется. Однако если в батарее есть и последовательные соединения — как в этой схеме 4S2P — то было бы неплохо припаять балансировочный шлейф:

О пайке литиевых элементов

Паять литиевые аккумуляторы нельзя. От нагрева паяльником они испортятся.

С другой стороны, для точной балансировки пайка рекомендуется, так как лишнее сопротивление может исказить получаемые зарядным устройством данные о напряжении.

Так что если очень хочется, то можно. Но в этом случае брать лучше «банки» с клеммами, и прикасаться паяльником не дольше пары секунд.

Беда.

Если вы все же нашли в себе смелость спаять банки в батарею, то прочитайте неофициальное руководство на английском от Hyperion HK Ltd. по пайке батареек от A123. Там подробно, с иллюстрациями, описывается этот процесс.

Если нет, то давайте рассмотрим альтернативные варианты.

Можно использовать в качестве контактов редкоземельные магниты. Они очень сильные — друг от друга не отдерешь. Снаружи покрыты никелем или цинком, которые не окисляются. Контакт с банкой обеспечивают прекрасный. Для полного счастья к ним можно припаять провода, но делать это очень осторожно: температура Кюри для них — при которой магниты превращаются в тыкву — около 300 градусов. Использовать можно только легкоплавкий припой и паяльник с термостабилизацией — вроде такого.

Или купить специальную держалку, как для обычных AA/AAA-батареек.1 Большой плюс такого решения в том, что батарейки не будут припаяны намертво, и на место дохлых банок можно вставлять запасные заряженные. И не надо покупать дорогие зарядники с балансировщиками — можно заряжать батарейки по 2 штуки зарядным устройством за 150 рублей.

На ебее можно найти вот такую готовую чудо-держалку батареек со встроенной защитой Li-ion-элементов. И не надо ничего паять — просто вставил незащищенные Li-ion-батарейки и поехал.

Защита банок от переразряда и перезаряда

Как я уже говорил, литиевые элементы не простят вам ни того, ни другого.

Самый простой способ уйти от этой проблемы — использовать защищенные (protected) батарейки. Именно такие покупают для всяких светодиодных фонарей. Защищенные батарейки имеют внутри корпуса вот такую маленькую платку:

Другой вариант — поставить одну большую плату на всю батарею. Например, такую. Вот ее схема подключения в конфигурации 4S2P — 4 последовательно соединенные батареи по 2 аккумулятора параллели:

Где P+ и P- — клеммы к заряднику или потребителю.

Не забывайте, что LiFePO4 не совместимы с обычными Li-ion-элементами, и для них нужны специальные защитные платы.

Широтно-импульсные модуляторы, или DC-DC-преобразователи

Это такие устройства, которые будут из того напряжения, что выдает вам аккумулятор, делать то, что вам нужно. Потому что часто от того напряжения, что выдает батарея, устройство либо сгорит, либо не заработает, либо первое при полностью заряженной батарее и последнее при разряженной.

Спаять такое нехитрое устройство можно и самому. Вот инструкция для новичков от DI HALT’а. Если вам лень, то добро пожаловать на ebay.

Такие преобразователи делятся на повышающие напряжение и понижающие. Обычно предпочитают использовать последние. Вот хороший экземпляр с регулировкой выходного напряжения — за $1.74. Существуют также разновидности с ограничением силы тока на выходе. Такие нужны, например, чтобы заряжать другой аккумулятор, или чтобы питать светодиод. Вот пример такого за $3.08.

Как и любое устройство, DC-DC-преобразователи имеют свой допустимый диапазон напряжений и силы тока. Заранее рассчитайте, сколько потребуется для вашего потребителя. В случае слишком больших токов на преобразователь нужно поставить охлаждение, а то и вовсе заменить на вариант помощнее.

Ремонт батареи ноутбука

Нет смысла покупать новую батарею для ноутбука, когда можно вдвое-втрое дешевле купить литий-ионных «банок» и заменить ими старые. Вот процесс ремонта на известном видео:

Остается только выделить несколько вещей.

• Li-ion-аккумуляторы боятся высоких температур, а особенно — паяльника. Рекомендуется для пайки выбирать только «банки» с клеммами и не держать паяльник дольше пары секунд. Если вы будете неаккуратны, то вы можете испортить аккумулятор!
• Li-ion-аккумуляторы взрыво- и пожароопасны в случае перезаряда. Дважды проверьте правильность подключения ваших «банок».
• Некоторые производители ноутбуков вставляют в свои батареи хитрую электронику, которая по сути является защитой от ремонта. Сначала прочитайте в интернете об опыте ремонта батарей для ноутбуков из вашей серии. Возможно, что ничего не выйдет. Все претензии в этом случае — к производителю.

Автономная зарядка мобильников и всего на свете

Такая штука пригодится в поездках, походах — везде, где есть проблемы с розетками. Для этого вам понадобятся:

Также вам будет нужен мультиметр (тестер), который выдерживает ток до 10A.

1. Сначала нужно припаять провода от держалки батареек к ШИМу: черный к IN-, красный к IN+.
2. Затем нужно будет настроить ШИМ. Если этого не сделать — этот прибор может сжечь ваш телефон!
   1. Переключите мультиметр в режим измерения постоянного напряжения и дотроньтесь щупами до контактов OUT+ и OUT-. Мультиметр покажет напряжение холостого хода. Возьмите мелкую отвертку и покрутите первый потенциометр (крутилка такая, на фотографии он слева) до тех пор, пока мультиметр не покажет напряжение в 5 вольт.
   2. Затем переключите мультиметр в режим измерения постоянного тока. Так же дотроньтесь щупами до OUT+ и OUT-. Отрегулируйте силу тока короткого замыкания потенциометром справа до 1 ампера.
   3. Потенциометр посередине обычно трогать не надо.
3. Выньте батарейки из держалки.
4. Присоедините USB-гнездо к ШИМу. Для этого отрежьте его от USB-удлиннителя и распорите отрезанный конец. Черную жилку вам необходимо припаять к контакту OUT-, красную — к OUT+, а зеленую, белую и экран трогать не нужно. Можно обрезать их к черту, если мешают. Лишь бы не контачили ни с чем.

Все. Теперь можно вставлять батарейки в держалку, веник со штекерами — в USB-гнездо и заряжать что угодно где угодно. Большой плюс этой схемы в том, что батарейки не прикручены намертво, и их можно заменять на запасные, когда они сдохнут.

Зарядить мобильник такой ерундой можно раз пять. Если вам требуется просто продолжительная работа мобильника, то можно вытащить из него аккумулятор — энергия в этом случае будет расходоваться эффективнее.

Аккумуляторная батарея для Raspberry Pi

Проверил рецепт. Не работает! Ждите дальнейших правок.

Эта плата просто просится, чтобы к ней прикрутили автономное питание. Она жрет от силы 3.5 ватта, так что одной Li-ion-батарейки ей хватит часа на два. К сожалению, увидеть в природе это чудо техники почти невозможно, так что мы будем лишь теоретизировать.

Нам нужно всего лишь подвести 5 вольт к плате и к ее USB-периферии. Потому что плата выдает только 100mA на USB-периферию. А без нее скучно. Периферией могут быть, например, wifi-адаптер и веб-камера.

	3 защищенных Li-ion-батарейки	$14.07		кусок MircoUSB-кабеля	?
	держалка для батареек	$1.45		простой широтно-импульсный модулятор	$1.88
	пара не очень нужных USB-кабелей для соединения платы с периферией, желательно коротких, тонких и без экрана	?		сама плата, достать которую невозможно	$25—35

Также понадобится мультиметр.

1. Сначала нужно припаять провода от держалки батареек к ШИМу: черный к IN-, красный к IN+.
2. Затем нужно будет настроить ШИМ. Если этого не сделать — вы можете спалить и свою плату, и ее периферию! Переключите мультиметр в режим измерения постоянного напряжения и дотроньтесь щупами до контактов OUT+ и OUT-. Мультиметр покажет напряжение холостого хода. Возьмите мелкую отвертку и покрутите потенциометр (крутилка такая) до тех пор, пока мультиметр не покажет напряжение в 5 вольт.
3. Выньте батарейки из держалки.
4. Обеспечьте питанием Raspberry Pi. Для этого распорите конец MicroUSB-штекера. Черную жилку вам необходимо припаять к контакту OUT-, красную — к OUT+, а зеленую, белую и экран трогать не нужно. Можно обрезать их к черту, если мешают. Лишь бы не контачили ни с чем.
5. Добавьте питания периферии. Для этого возьмите какой-нибудь не очень нужный USB-кабель, которым вы собираетесь соединять устройство с платой. Аккуратно — очень аккуратно! — распорите оболочку и достаньте черную и красную жилки. Затем припаяйте их к ШИМу — черную к OUT-, красную к OUT+.

Вот и все. Затем вставляйте батарейки и в путь. По моим прикидкам, все должно работать и сгореть ничего не должно.

См. также

• Старая статья — об аккумуляторных батарейках.
• Каталог батареек на дилэкстриме.
• Как правильно тренировать и калибровать батарею смартфона.

• Форум «электротранспорт.ру». Даже если вас (как меня сейчас) не интересует сборка электромобилей, там можно узнать, например, где можно дешево взять крупную партию фирменных аккумуляторов.
• ForumHouse.ru, раздел «автономный дом». Местные накопили много знаний по использованию свинцово-кислотных аккумуляторов.
• Совершенно умилительная картина — человек долго разбирался в процессах в свинцово-кислотных аккумуляторах и начал выпускать собственные зарядные устройства. Есть еще его тред на электротранспорте.
• Маленький контроллер для зарядки Li-Ion и Li-polymer аккумуляторов за 28 рублей.

Примечания

1 На buyincoins.com можно получить скидку в 5%, если при регистрации указать «apsheronets» как recommender’а.

2 Смотрите статью «о ресурсе LiFePO4-аккумуляторов A123 ANR26650M1».

Результаты теста A123 LiFePO4 ANR26650M1A, взято из State-of-Health Estimation of Li-ion Batteries: Cycle Life Test Methods by JENS GROOT. Вертикальная шкала — емкость, горизонтальная — количество циклов заряд-разряд.
Cycle A — симуляция гибридного городского автобуса: постоянное чередование заряда и разряда.
Cycle B — то же, но с другой моделью.
Cycle C — полный заряд и полный разряд при постоянном токе.
Cycle D — колебания заряда около 40% при постоянном токе.
Cycle E — длительный разряд, симуляция потребления автобуса среднего размера.

Таким образом, ресурс этой «банки» до потери 20% емкости:

• при жестком обращении с полными разрядами — ~1800 циклов в случае быстрого разряда и ~2200 в случае длительного;
• при щадящем обращении с частичными разрядами и зарядами — от 8000 циклов и выше.

3 Спецификация на A123 ANR26650M1.
В частности, показывает потерю емкости всего в 23% при хранении в течение 15 лет в полностью заряженном состоянии при температуре 60°C:

4 Из описания чудо-задрядного устройства для свинцовых аккумуляторов:

Процесс зарядки в «нормальном» (классическом) режиме выглядит примерно так: первые 4-6 часов идут основные циклы зарядки АКБ, а потом с разной частотой и периодичностью идет «адаптивная добивка» емкости АКБ, еще примерно 2-4 часа. При постановке «на ночь» в зарядку, как правило, к утру АКБ полностью заряжается до своей номинальной емкости.
В «адаптивном» (AUTO) режиме ЗУ может заряжать АКБ до 100% емкости от 50 минут до 2 часов. (сильно зависит от возможностей самой АКБ, и токов заряда, которые может принимать АКБ. Для быстрой зарядки АКБ токи могут достигать 0.8-1.5С)

5 С официального сайта:

6 Из описания батарейки на хоббикинге:

Информация об исследовании

Литий содержится в небольших количествах во всех тканях организма.

При поступлении в организм литий всасывается практически полностью, выведение его осуществляется с мочой. У больных хроническим алкоголизмом его концентрация снижена. Дефицит лития встречается при иммунодефицитных состояниях, некоторых новообразованиях и при депрессиях. Литий влияет на обмен натрия, кальция, магния, изменение функций различных ферментов, гормонов, витаминов и факторов роста. Побочные эффекты приёма лития могут включать неврологические симптомы, слабость, утомляемость, апатию, потерю аппетита, тошноту, неустойчивую походку, летаргию, истончение и потерю волос. Тяжёлая интоксикация проявляется мышечной слабостью, гиперактивностью глубоких сухожильных рефлексов и эпилептическими судорогами. После острого отравления литием симптомы появляются через 1 — 4 часа. Возникают тошнота, рвота, понос, атаксия, тремор, судороги и угнетается сознание вплоть до комы. В анализах выявляются гипергликемия, лейкоцитоз, глюкозурия, альбуминурия, полиурия и гипоосмолярность мочи, нарушения сердечного ритма. Литий повреждающе действует на кости и щитовидную железу, на нейроэндокринные процессы, жировой и углеводный обмен (инсулиноподобный эффект). Исследования лития сыворотки используют при мониторировании терапии этим препаратом. Длительный приём препаратов лития, сопровождающийся его аккумуляцией в тканях, отражается и в повышении уровня лития в волосах. Низкое содержание лития в тканях может быть связано не только с низким уровнем его поступления в организм, но и с изменением метаболизма при некоторых патологических состояниях.

Показания к назначению анализа:

• Контроль длительной терапии препаратами лития.
• Диагностика отравлением литием.
• Научные исследования.

Литий-ионные батареи можно найти повсюду, от смартфонов до электромобилей. Но материалы, из которых они изготовлены — кобальт и литий — редкие, дорогие и труднодоступные. И чем выше спрос на электроэнергию, тем дороже они будут. Другое дело натрий-ионные батареи — сырье для них есть повсюду, оно дешевое, а его добыча не наносит вреда природе. К сожалению, они не могут удержать столько же энергии, как литий-ионные.

Есть у них и другая проблема — перезарядка. У наиболее перспективных катодов для натрий-ионных батарей во время зарядки образуется слой неактивных кристаллов натрия, который мешает потоку ионов и, в результате, уничтожает аккумулятор.

Команда ученых из Университета штата Вашингтон и Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории разработала натрий-ионную батарею, которая запасает столько же энергии, что и литий-ионная, а работает не хуже них, пишет EurekAlert.

Решением ученых стало создание слоистого катода из окисел металла и жидкого электролита с дополнительными ионами натрия. Такой соленый раствор лучше взаимодействует с катодом. Дизайн катода и система электролита позволяют ионам натрия постоянно двигаться, предотвращая образование кристаллов. Испытания показали, что емкость натрий-ионной батареи не уступает литий-ионной, и она сохраняет свыше 80% энергии после 1000 циклов заряда и разряда.

«Наше исследование открыло важную связь между развитием структуры катода и поверхностным взаимодействием с электролитом, — сказал профессор Линь Юэхэ, руководитель проекта. — Это самые лучшие результаты, которых добивались ученые со слоистыми катодами натрий-ионных батарей. Они показывают, что такая технология может быть не менее жизнеспособна, чем литий-ионные батареи».

Другой команде ученых из США удалось значительно увеличить плотность энергии натрий-ионных. Они добились высокого КПД за счет использования органического катода.

Никель-кадмиевый, никель-металлогидридный, литий-ионный — понятия, которые относятся к аккумуляторному инструменту. Что же выбрать?

Технология шагнула далеко вперед, создавая каждый год что-то новое, без чего человек не может представить жизни. Так, многие строители и творческие люди не могут представить свою работу без инструментов, которые работают от аккумулятора, благодаря чему работа идет быстрее и более качественно.

На рынке строительных материалов представлен большой выбор инструментов, будь это инструмент бош, hitachi, Makita, а теперь появилась еще и марка GREENWORKS. С выбором техники покупатели сталкиваются постоянно и обращают внимание на производителя, гарантию, отзывы других покупателей. Покупая аккумуляторный инструмент, почитайте и о самом аккумуляторе и его параметрах.

Все данные инструменты устроены по принципу накапливания энергии от электричества или от батареи, а затем отдающие энергию, чтобы прибор заработал. В первую очередь, длительность работы будет зависеть от аккумулятора, и во вторую очередь от материалов, из которых изготовили инструмент производители.

Выделяют следующие основные виды аккумуляторов:

Никель-кадмиевые (Ni-Cd)

Модель, которая появилась в двадцатом столетии и имеет свои преимущества и недостатки. Они относятся к группе щелочных батарей. Эти аккумуляторы (АКБ) востребованы и на сегодняшний день. Основное применение они нашли там, где требуется отдача постоянного уровня большого тока: трамваи, троллейбусы, электро кары, авиа транспорт и т.п. Это связано с тем, что Ni-Cd аккумулятор выдает стабильную мощность и не перегревается. Также они находят применение и в различных инструментах: шуруповертах, дрелях и т.п.

Существенное ограничение в использовании такого типа батарей – это крайняя токсичность кадмия (он является тяжелым металлом повышенной токсичности). К тому же, у никель-кадмиевых аккумуляторов явно выражен «эффект памяти». То есть, при заряде не полностью выработанного аккумулятора новый цикл разряда будет только до того уровня, с которого его зарядили. Поэтому заряжать такой тип стоит только после полной разрядки. Однако, хранение Ni-Cd желательно не в глубоком разряде, иначе это вызывает необратимые процессы разрушения в батарее.

Из плюсов – это стабильная работа даже при отрицательных температурах, быстрый заряд без выделения тепла, низкое внутреннее сопротивление и малый удельный вес.

Плюсы:

• Стоимость — доступная цена таких Ni-Cd аккумуляторов;
• Быстрая зарядка батареи и стабильная отдача большой мощности;
• Ёмкость и рабочие параметры сохраняются при температурах до -20C;
• Средняя сумма циклов заряда и разряда. При строгом соблюдении правил, возможно, до 1000 циклов;
• Практически не ограничен срок хранения (при строгом соблюдении правил).

Минусы:

• Высокий уровень саморазряда – Ni-Cd теряет порядка 8-10% от своей ёмкости в первые сутки после полного заряда;
• Ежемесячная потеря до 10% уровня заряда при хранении;
• Необходимо применять технологию восстановления после длительного хранения (минимум 5-7 циклов разряда-заряда);
• Высокая токсичность кадмия;
• Существует запрет в некоторых странах на эксплуатацию таких батарей и требуется спец оборудование для их утилизации.

Как мы видим, несмотря на довольно внушительные плюсы, есть один существенный недостаток: это необходимость тщательного слежения за состоянием аккумулятора и категорическое соблюдение условий хранения. А в противном случае просто не избежать покупки нового.

Никель-металлогидридные (Ni-MH)

Появились чуть позже первой модели и сразу же облегчили работу людям. Однако плюсы прошлого аккумулятора стали минусами этого вида. Очень большую роль в качестве и долговечности Ni-MH батарей играют используемые сплавы, составы анодов и электродов. Поэтому каждый производитель использует разную технологию производства, в зависимости от поставленных задач. В итоге удалось добиться большей емкости при меньших размерах и снизить эффект памяти.

Одним из важных достижений стал отказ от использования токсичного кадмия Cd. Но основными недостатками стали: нагрев элементов, высокая степень разрядки при хранении, довольно узкий диапазон рабочих температур, необратимые потери емкости при разряде в ноль и т.п.

Плюсы:

• Относительная экологичность Ni-Cd по сравнению с Ni-MH;
• Снижен порог эффекта памяти;
• Увеличена емкость при снижении веса и объема;
• Хорошие показатели при соблюдении температурных значений.

Минусы:

• Дороже по сравнению с Ni-Cd аккумуляторами;
• Саморазряд выше в 1,5 раза по сравнению с никель кадмиевыми АКБ;
• Снижение рабочей емкости после 200-300 зарядок-разрядок;
• Повышенное выделение тепла при заряде, поэтому добавляются дополнительные детали (предохранители и температурные реле), которые не способствуют надежности;
• Практическая бесполезность и неработоспособность при температурах ниже -10С и выше +40С;
• Ввиду технологических особенностей Никель-металлогидридных батарей, при разряде в ноль проявляется необратимая потеря мощности отрицательно электрода.

Вывод практически такой же, как и у никель-кадмиевых элементов: необходимость постоянно соблюдать рекомендации к использованию и хранению этих элементов. Согласитесь, что это попросту можно забыть сделать.

Литий-ионные аккумуляторы (Li-Ion)

Это последние разработанные АКБ, который используют, в том числе в инструментах Greenworks и других фирм. Собрав все минусы предыдущих моделей, производители постарались превратить их в плюсы и это у них получилось. Это уже не щелочные элементы и они активно вытесняют Ni-Cd и Ni-MH.

Прежде всего удалось добиться стабильной работы в широких температурных интервалах, от -20С до +60С, удалось достичь наиболее приемлемых результатов хранения. Саморазряд в год составляет всего примерно 10 -20% от общей емкости. Существенно улучшена безопасность от внутренних коротких замыканий, улучшены характеристики заряда-разряда и т.д. Конечно, и у этого типа аккумуляторов есть свои минусы. Вот давайте с них и начнем.

Минусы:

• Конечно, это стоимость Li-Ion. К сожалению, пока она выше, чем у щелочных;
• Сокращение времени работы при отрицательных температурах;
• Условия хранения – не ниже 0С, а идеальные условия около 40С при половинном уровне заряда самой батареи;
• Ограниченный срок службы, примерно от 2 до 6 лет;
• Необходимы специальные зарядные устройства, разработанные под конкретный аккумулятор, ввиду технических особенностей зарядки разными токами Li-Ion батарей.

Плюсы:

• Несомненно – это практическое отсутствие эффекта памяти. Подзаряжать устройство можно по мере необходимости.
• Большая емкость при небольшой массе АКБ.
• Низкий уровень саморазряда;
• Возможность быстрой зарядки Li-Ion Литий-ионных аккумуляторов без «последствий», при условии использования специальных зарядных устройств, соблюдающих правила комбинированной зарядки разными токами.
• Слабая стойкость литий-ионных аккумуляторов к перезаряду решена просто – использование в зарядных устройствах специального реле, отключающего питание аккумулятора при полной зарядке.
• Высокая пожаробезопасность: специальная система защиты держит под контролем процессы заряда и разряда.
• Высокая энергоемкость, в отличии от всех других видов батарей.

Литий-ионные аккумуляторы на сегодняшний день являются наиболее пригодными для постоянной и интенсивной эксплуатации аккумуляторного инструмента. Конечно, цена является в некоторых случаях решающим фактором. Но в данном случае можно применить пословицу «Скупой платит дважды».

Подводя итоги, скажем, что прежде чем покупать аккумуляторный инструмент прочтите информацию о его емкости, т.е. сколько прибор проработает без подзарядки, а также обратите внимание на напряжение, с которым сможет работать инструмент. Так, например, у шуроповертов диапазон может быть от 3 до 36 В. Приобретая дрели, пилы, лобзики, перфораторы или отвертки, обращайте внимание на наш инструмент Гринворкс – это производитель, который действительно создаёт качественные инструменты с долгим сроком службы. А в подтверждении этого – расширенная гарантия 2 года на технику.

Сейчас в XXI веке наблюдается тренд в сторону развития «умных аккумуляторов». Специалисты компании Greenworks как раз активно работают над этим. Уже сейчас в батареях Гринворкс воплощены: умная зарядка – это специальный чип, контролирующий уровень и равномерность заряда всех ячеек аккумулятора, схема отключения при полной зарядке, специальное реле, защищающее от перегрева батарей, это пожаро и взрывобезопасность, ячейки аккумуляторов только от ведущих производителей SAMSUNG или LG, и т.д.

Вы спросите, а что дальше?

Мы думаем, что не за горами персональная идентификация батарей, контроль состояния и оптимизация всех процессов – и все это на экране вашего смартфона!

Надеемся, что этот обзор основных параметров аккумуляторных батарей оказался вам полезен. Осталось только выбрать наиболее подходящий вариант именно для Вас.

Материал подготовлен ведущим специалистом в России по аккумуляторной технике GREENWORKS Дмитрием П.Команда green-battery. Читать продолжение: Выбираем аккумулятор (2 часть)