Покупатели, естественно, предполагают, что одноразовая щелочная батарея на 1,5 В должна превосходить по характеристикам перезаряжаемый никель-металлогидридный элемент на 1,2 В. В устройствах с высоким потреблением энергии, которые потребляют большую часть бытовых аккумуляторов — цифровых камерах, вспышках, моторизованных игрушках, контроллерах и моторах для ухода за собой — обычно наблюдается обратное. В этой статье объясняется, почему сравнение номинального напряжения вводит в заблуждение, как внутреннее сопротивление и форма кривой разряда определяют реальное время автономной работы и почему NiMH-элемент может доставлять больше полезных минут энергии при тяжелой нагрузке, даже если его паспортное напряжение ниже. Понимание этого является основой для подбора химии к устройствам для всего потребительского круга.
Щелочной элемент начинает работать с напряжением 1,5–1,6 В в разомкнутой цепи, но его напряжение постоянно падает под нагрузкой, как на лыжном склоне, с первой минуты до уровня отключения устройства около 0,9–1,0 В. NiMH элемент находится на ровном плато около 1,2 В для большей части своей емкости и резко падает только в конце. Независимые сравнения разрядов при токе в несколько сотен миллиампер показывают, что кривые пересекаются: после первых минут напряжение на клеммах NiMH фактически выше, чем у щелочи, потому что щелочь просела, в то время как NiMH удерживает плато. Для устройства, которому требуется стабильное питание, площадь под кривой выше точки отсечки, а не пусковое напряжение разомкнутой цепи, представляет собой энергию, которую оно фактически может использовать.
Щелочной наклон резко увеличивается с ростом тока, поскольку его внутреннее сопротивление сравнительно велико и возрастает по мере разряда элемента; при сильном импульсе напряжение на клеммах представляет собой напряжение холостого хода за вычетом падения на этом сопротивлении, поэтому кажется, что элемент с высоким сопротивлением «умирает» в тот момент, когда двигатель или вспышка потребляет ток, а затем частично восстанавливается, когда нагрузка прекращается. NiMH имеет гораздо меньшее внутреннее сопротивление и может выдерживать большой ток при небольшом падении напряжения. Вот почему камера, которая сообщает о «низком заряде батареи» при использовании щелочных материалов после нескольких снимков со вспышкой, продолжает снимать на NiMH: NiMH удерживается выше порога отключения камеры в течение импульса, который щелочная среда не может выдержать.
Большие значения мАч, напечатанные на щелочных элементах, измерены при очень низком токе и резко уменьшаются при увеличении тока разряда; элемент, который на пульте дистанционного управления выглядит вместительным, может передать часть этой энергии в камеру. Емкость NiMH гораздо менее чувствительна к току, поэтому ее преимущество увеличивается с увеличением стока. Анимированная кривая ниже накладывает два химических анализа при высокой импульсной нагрузке и отмечает типичную линию отсечки устройства, делая видимой область полезной энергии, которую каждый химический элемент занимает выше этой линии. Урок для выбора источников заключается в том, чтобы сравнивать химические характеристики при фактическом импульсном и среднем токе устройства, а не при самых щадящих испытаниях, указанных в технических характеристиках.
Будет ли напряжение 1,2 В «достаточным», определяется отсечкой устройства по низкому напряжению, выбранной его разработчиком для изначально задуманного химического состава. Хорошо спроектированная электроника с высоким стоком устанавливает порог отсечки достаточно низким - около 0,9-1,0 В на элемент - чтобы полностью использовать плато NiMH; некоторые устройства, спроектированные с учетом крутой щелочной кривой, отсекают более высокие уровни и теряют часть емкости NiMH. Это особенность конструкции и спецификации, а не фундаментальная слабость NiMH, и именно поэтому производитель, консультирующий OEM-производителя, может рекомендовать отсечку, которая освобождает полное плато. В большинстве фотоаппаратов, игрушек и моторов существующая граница уже сильно благоприятствует NiMH.
Двигатели и ксеноновая или светодиодная вспышка представляют собой две самые тяжелые нагрузки в быту: двигатель потребляет высокий пусковой ток, а затем длительный ток, в то время как вспышка заряжает конденсатор повторяющимися сильноточными импульсами. Оба наказывают внутреннее сопротивление: щелочная среда проседает при каждом импульсе и восстанавливается между ними, обеспечивая слабый крутящий момент двигателя и длительное время перезарядки, в то время как NiMH обеспечивает импульс с небольшим провалом для сильного крутящего момента и быстрой перезарядки. Качественное сравнение во второй анимации ранжирует химические параметры по выдержке бросков тока, устойчивому току, стабильности напряжения и подаваемой энергии для моторизованного устройства, показывая, где доминирует NiMH, а где первичный литий оставляет за собой нишу.
Коммерческая ценность этого анализа заключается в том, что он превращает предполагаемый недостаток – более низкое номинальное напряжение – в явное преимущество устройств, где расход заряда батареи самый высокий. В достоверной потребительской статье или рекламном листке объяснение кривой сочетается с простым домашним тестом, который покупатель может повторить: запустить одну и ту же камеру или игрушку на щелочах и на ЛСД-никель-металлогидридном и сравнить снимки или время работы. В документе B определенные категории устройств отображаются в правой ячейке, а в документе C показано, как тщательно протестировать производительность с высоким энергопотреблением, чтобы маркетинговое заявление основывалось на измеренном поведении импульса, а не на утверждениях.
Вэйцзян Пауэрпоставляет LSD NiMH-элементы AA с низким внутренним сопротивлением, предназначенные для камер с высоким потреблением энергии, вспышек, моторизованных игрушек и устройств личной гигиены, с данными разряда с плоским плато при реальных импульсных токах. Отправьте профиль тока вашего устройства и напряжение отключения, и мы укажем элемент, который максимизирует полезное время работы выше порогового значения.
