В данной статье я хочу рассмотреть особенности работы источников питания формфактора АА разного типа в туристических фонарях. Сегодня все больше и больше получают распространение высокомощные туристические фонари. Светодиодные источники постоянно модернизируются — качество излучаемого спектра улучшается, увеличивается КПД, яркость растет. Но высокая мощность излучателя ставит определенные требования к источникам питания, так как потребление тока таких фонарей существенно выше. В настоящее время световой поток большинства даже дешевых фонарей зачастую больше 50 Лм. Распространенные в магазинах солевые и щелочные элементы питания не могут похвастаться хорошей работой при высоком потреблении тока, и логичным выбором многих становится использование аккумуляторных батарей. Давно меня мучал вопрос, на сколько же лучше для фонарей литиевые батареи и аккумуляторы, нежели распространенные щелочные (alkaline) одноразовые элементы питания. Я протестировал эти батареи в высокомощном фонаре на разных его режимах работы. В рамках данной статьи мы не будем затрагивать плюсы и минусы фонарей на элементах питания отличных от АА, но попробуем разобраться в особенностях работы пальчиковых элементов питания. Все нижесказанное будет так же касаться элементов питания формфактора ААА, с поправкой на то, что емкость одного элемента ААА почти в 3 раза меньше, чем АА.
Давно известно что солевые батарейки практически не пригодны для использования в большинстве устройств. Их емкость в 3-4 раза меньше, чем у щелочных, а с большими токами они не умеют работать совсем. Так что рассматривать их для использования в фонарях не имеет ни какого смысла. Емкость щелочных источников питания сильно зависит от потребляемого тока — они отлично работают при низком токе, а на высоких токах быстро разряжаются. Литиевые батарейки отлично работают со всеми потребляемыми токами, имеют наибольшую емкость, но цена их довольно высока. Компромиссом являются аккумуляторы с низким саморазрядом (LSD), которые и рекомендованы к применению в фонарях. Давайте разберемся подробнее в особенностях работы тех или иных элементов питания в фонарях, которые проявились в ходе синтетических тестов нового налобника ZebraLight H53w.
Подопытными кроликами были: Alkaline — GP Ultra; Lithium — Energizer Ultimate Lithium; LSD NiMH — Ikea Ladda.
Принципы работы драйверов в светодиодных фонарях будем считать не сильно отличающимися друг от друга, и примем данный налобник за эталонный фонарь, но основе которого можно рассмотреть особенности тех или иных элементов питания применительно к современным фонарям.
Более подробно прочитать про работу батареек на разных токах, а также различие в их емкости можно в грандиозном тестировании батареек. Про синтетическое тестирование батареек на трех нагрузочных токах можно прочесть здесь.
Тесты производились с замером относительной освещенности при помощи датчика освещенности смартфона. Программой для сбора результатов измерений являлась Physics Toolbox Sensor Suite. Графики строились по средствам Excel. Так как средств для замера полного светового потока не имею, то принято, что производитель указал реальные данные, что похоже на правду.
Токи, потребляемые фонарем, в тестируемых режимах на свежих элементах питания:
330 Lm (0.9 h) — 2,32 А
198 Lm (2.3 hrs) — 1,01 А
65 Lm (8.5 hrs) — 310 мА
30 Lm (21 hrs) — 120 мА
Получился следующий график (нажмите для увеличения)
Как и следовало ожидать, самые распространенные щелочные батарейки практически бесполезны для использования в современных высокомощных фонарях. Их емкость при больших токах довольно низка, и из-за быстрой просадки напряжения при высоком потреблении, яркость фонаря падает мгновенно. На режиме максимальной яркости, при потребляемом токе 2,3 А, батарейка разрядилась моментально. В режимах 198 Лм (1А) и 65 Лм (310 мА), щелочь хоть и выдает необходимые токи для работы фонаря, но разряжается гораздо быстрее собратьев. За то на низкой яркости (30 лм и ниже), при потребляемых токах меньше 150 мА и ниже, фонарь будет светить на них почти так же долго, как и на литиевых батарейках и аккумуляторах. Кроме того, щелочные батарейки (как и литиевые аккумуляторы) отвратительно работают на морозе. Так что делать выбор в пользу этого типа элементов питания следует делать лишь при условии отсутствия под рукой более подходящих решений, либо в потребителях с небольшим током.
Литиевые батарейки, как и следовало ожидать, оказались лидерами. Лишь при максимальном токе, батарейка «раскачивалась» в течении первых десяти минут, пока не нагрелась и не начала выдавать необходимый ток, а время работы при 330 Лм было сопоставимо с LSD NiMH аккумуляторами. В остальных режимах фонарь светил даже дольше, чем заявлено производителем. Если абстрагироваться от их стоимости, то литиевые элементы питания являются безусловно лучшими для применения в ярких фонарях. Их емкость в 1,4 раза больше емкости аккумуляторов, и на морозе они не проседают совсем. Но высокая их стоимость ограничивает их область применения. Их актуально брать в длительные экспедиции, при наличии спонсора при отсутствии возможности заряжать АКБ и необходимости экономии веса, либо при решении каких-то других уникальных задач отличных от питания фонарей. Хотя, если рассматривать фонарь с питанием на одной батарейки формфактора АА относительно фонаря на трех ААА (запасенная энергия у них будет приблизительно одинаковой), то литиевые одноразовые элементы питания уже не кажутся такими дорогими, так как стоимость одной «заправки» фонаря литием сравнивается с щелочью.
Компромиссом же являются аккумуляторные батареи. При эпизодическом использовании обычные NiMH АКБ выходят из строя довольно быстро, если считать по циклам заряд-разряд, а саморазряд у них довольно высокий. Даже просто при хранении они теряют 20% запасенной энергии уже через сутки. Гораздо лучше в этом плане ведут себя элементы питания, выполненные по технологии LSD NiMH (англ. Low Self-Discharge — низкий уровень саморазряда), так называемые предзаряженные аккумуляторы. Кроме того LSD АКБ лучше работают на высоких токах. Если верить уважаемому Алексею Надёжину, на чьи тесты я ссылаюсь в данной статье, то оптимальными по соотношению цена-качество, являются аккумуляторы Ikea Ladda, на которых и проводилось тестирование.
Влияние мороза на емкость элемента питания
Как только температура окружающей среды опускается ниже +5°С емкость элементов питания начинает заметно снижаться. Первыми сдаются литиевые аккумуляторы, которые мы не рассматриваем в рамках данной статьи. При температуре около 0°С емкость литиевых батареек (не путать с аккумуляторами) падает где-то до 95% относительно того, что они могут отдать при комнатной температуре, LSD аккумуляторов — 92%, щелочь же отдает лишь 50%.
При температурах -15… -20°С способность отдавать заряд относительно таковой при комнатной температуре составляет порядка 82-85% для литиевых батареек, 78-82% для LSD аккумуляторов и лишь порядка 12-15% для щелочных батарей. То есть пока температура использования элементов питания еще положительная, то щелочь можно использовать, иначе — выбор очевиден.
1 комментарий