Правильный аккумулятор для дома на колёсах
А помните время, когда было достаточно просто палатки для выезда?
Нельзя просто так взять и воткнуть обычный аккумулятор в дом на колёсах, лодку или автономный источник питания где-то в горах. Точнее, можно. Но через короткое время он деградирует, и его придётся выбросить. Многие через это проходили, когда пытались использовать обычные стартерные батареи в качестве ИБП для домашнего сервера или как буфер для солнечной батареи.
Чтобы батарея не умирала от глубокого разряда, её внутренняя структура должна быть оптимизирована для таких сценариев. Например, для свинцово-кислотных аккумуляторов нужны более толстые пластины иной конфигурации. Как альтернатива пойдёт литий-ионный вариант, но он очень дорог в пересчёте на запасаемую энергию. Литий имеет смысл использовать там, где вы самостоятельно тащите эту батарею на себе, например, в походах. В остальных ситуациях классические свинцово-кислотные батареи по-прежнему — самый дешёвый способ запасти энергию. Сегодня я расскажу о том, что будет со стартовым аккумулятором при его эксплуатации в качестве резервного и какой тип надо было брать изначально.
Что такое сульфатация
Свинцово-кислотные аккумуляторы постепенно вытесняются литием во многих сферах, в первую очередь — там, где требуются малый вес и высокая энергоёмкость. Условный телефон с пластинами свинца был бы весьма специфичным девайсом. Тем не менее они до сих пор актуальны там, где нужно запасти большой объём энергии за умеренную цену, а вес особо некритичен. На велосипед, например, в качестве вспомогательного тягового аккумулятора не поставишь: замучаешься тащить. А вот в автодом, как резервный аккумулятор на дачу или катер — запросто. Там вес всё равно неважен, а цена на литий уже кусается.
Всё бы хорошо, но у свинцово-кислотных есть одна очень неприятная особенность — они катастрофически быстро деградируют при чрезмерном разряде. По мере разряда свинец на катоде из диоксида постепенно переходит в сульфат. На аноде аналогично идёт образование сульфата свинца, но уже не из оксида, а из чистого губчатого свинца.
Реакция на положительном электроде (зарядка идёт слева направо):
Реакция на отрицательном электроде (зарядка идёт слева направо):
В норме эта реакция почти обратима. Чем более мелкодисперсные кристаллы сульфата свинца образуются, тем легче протекает обратная реакция при зарядке. Кристаллы мелкие, а внутреннее сопротивление пластины невелико, пока батарея не сильно разряжена. Грубо говоря, когда вы разрядили батарею на 20–30 % — всё хорошо. До 100 % можно будет зарядить практически без потерь.
Положительная пластина до процесса формирования.
Зеленоватая отрицательная пластина до процесса формирования.
Если аккумулятор разряжать достаточно сильно, а тем более в ноль и подержать некоторое время в разряженном состоянии, то кристаллы сульфата свинца станут настолько крупными (процесс перекристаллизации), что начнут деактивировать активную массу, превращая её в балласт и разрывая внутреннюю структуру пластин. Более крупные кристаллы сульфата свинца, образующиеся на поверхности, печально отвалятся от основной массы и осядут на дне аккумулятора. С этого момента они не смогут участвовать в реакции заряда. Но даже кристаллы, оставшиеся на пластине, из-за своего высокого сопротивления будут очень неохотно превращаться обратно в металлический свинец и оксид. Суммарная рабочая площадь пластин резко падает, и батарея отправляется на утилизацию. Особенно сильно пострадает типовая АКБ от вибрации в разряженном состоянии — это ускорит осыпание пластин.
Если немного поработать ножовкой, то можно добраться до внутренностей аккумулятора. В домашних условиях так делать не надо: они необслуживаемые и с недружелюбной кислотой внутри. Мы такие операции с распиливанием иногда проводим для экспертной оценки того, как чувствует себя аккумулятор после гарантийного срока службы. Вскрытие показало, что пациент умер от вскрытия и мог бы ещё поработать.
Вот так выглядят разряженные пластины. Белёсые участки — это сульфат свинца в виде кристаллов, которые уже не участвуют в электрохимической реакции разряда.
Как восстановить активную массу?
Многие производители стараются бороться с этим различными способами. Мы используем специальные углеродные добавки в активную массу отрицательных пластин для снижения их внутреннего сопротивления, увеличения скорости заряда и снижения риска образования крупных, плохо растворимых кристаллов сульфата свинца. Технологию назвали Carbon Boost, я уже упоминал о ней в прошлых постах. И всё же это не панацея, и даже самые защищённые аккумуляторы умирают от длительного недозаряда даже с учётом стекловолоконной технологии в AGM и использования Carbon Boost.
Частично растворить крупные структуры можно специальными зарядными устройствами, но это всё равно не вернёт исходных параметров батареи, так как часть активной массы просто осыплется на дно АКБ. Хотя бывают варианты и похуже.
Правильный тип аккумулятора
Фундаментальный принцип проектирования почти любой батареи заключается в том, что мы выбираем либо более высокую ёмкость, либо более высокие токи при прочих равных. В свинцово-кислотных АКБ это достигается в первую очередь балансом между толщиной пластин и их количеством. Более тонкие пластины позволяют разместить больше пластин в батарее. Увеличение рабочей площади пластин даёт более мощный выброс энергии, необходимой для запуска двигателя. Более толстые пластины повышают устойчивость к циклам, обеспечивая безопасное, более глубокое и продолжительное время разряда, и могут использоваться для питания различного оборудования.
Стартерные батареи и батареи долгосрочного питания сильно отличаются по строению и используются в различных целях.
Собственно именно этот баланс и важен при выборе аккумулятора. Аккумулятор для запуска двигателя должен иметь возможность отдать большой ток даже в условиях зимы, поэтому в нём применяется больше пластин для достижения большей рабочей поверхности. Он очень редко питает что-то значительное, когда двигатель выключен. По сути, если у вас работают автомагнитола, обогреватель сидений и фары, то почти всегда в этот момент двигатель заведён, и основное питание потребителей обеспечивает генератор.
У автодомов всё не так. Если вы едете в дикую местность на автодоме, то вряд ли будете стоять с заведённым двигателем. Как ни крути, но на холостом ходу двигатель всё равно будет непрерывно жрать топливо. Поэтому подразумевается, что вы накопите достаточное количество энергии по дороге к стоянке в аккумуляторах, а запуск двигателя — это скорее аварийный вариант, если вы не рассчитали ваши потребности и время стоянки.
Резервная батарея чаще всего должна работать, когда двигатель выключен. Обычно это не очень мощные потребители: неяркое светодиодное освещение, компактный холодильник, который скорее термос, и тому подобное. Высокие пиковые токи тут совершенно не нужны. Но зато гораздо более востребованы более энергоёмкие аккумуляторы, способные дольше отдавать энергию. В структуре таких батарей используется меньшее количество более толстых пластин, и как следствие — с меньшей рабочей площадью.
Если провести аналогию, то стартовые аккумуляторы — спринтеры, а резервные — бегуны на длинные дистанции.
Equipment-линейка — самая энергоэффективная и живучая на длинных дистанциях.
У Exide есть две-три ключевые линейки батарей, при этом, как показано на картинке, для одного и того же запаса энергии могут понадобиться три обычных Exide Dual, или один гелевый, или литиевые аккумуляторы:
Что ещё важно учитывать?
Для правильного подбора аккумулятора необходимо оценить суммарную мощность всех энергопотребителей и необходимое время работы между перезарядками:
Когда вы рассчитываете энергоёмкость, которая вам потребуется для автономной работы, всегда накидывайте 20 % как коэффициент безопасности. Это хороший резерв на случай превышения квоты и будущей деградации аккумуляторов.
Не забывайте про контроллер заряда и мониторинг. Иначе вы можете приехать в свой замечательный автономный дом в горах и обнаружить, что солнечные батареи занесло снегом два месяца назад, а аккумуляторы разрядились в ноль и теперь кандидаты под замену. Всегда оставляйте пару свободных процентов заряда для возможности подачи аварийного сигнала.
Мобильный турист. Как не остаться без зарядки в походе
Содержание
Содержание
Современный турист уже давно не тот энтузиаст, которому в походах было достаточно гитары и привязанного к рюкзаку котелка. Сейчас путешественнику подавай кучу электронных гаджетов, которые помогут ориентироваться на местности, запечатлевать яркие моменты и при этом позволят всегда оставаться на связи с городом.
Не обойтись без фотоаппарата, смартфона, GPS-навигатора, Action-камеры и многих других девайсов. Все они нуждаются в периодической зарядке, поэтому, отправляясь в поход, нужно трезво оценить их возможности и позаботиться об их энергоснабжении.
Наилучший способ — брать с собой только нужные и проверенные устройства, возможности которых хорошо изучены на собственном опыте. Не тащите с собой слишком много гаджетов: из-за них сильно увеличивается вес поклажи, которую придется нести на своих плечах.
Считаем ватты и ампер-часы
Прежде чем покорять новые маршруты составьте четкий план электроснабжения портативных устройств. Он будет зависеть от нескольких ключевых факторов:
Нужно дотошно и скрупулезно посчитать энергетический «аппетит» каждого потребителя, оказавшегося с туристом в пути. Объективно оценить, как часто гаджет потребует подзарядки.
Кнопочный телефон продержит заряд более недели, а современный смартфон заявит о «голоде» уже на вторые-третьи сутки.
В зависимости от полученных результатов подбираем необходимые аксессуары для автономного питания. А вот их тип и нужное количество — во многом зависит от выбранного варианта активного отдыха.
Путешествие на автомобиле
Пожалуй, в наиболее выгодном положении оказываются автотуристы. Ведь в автомобиле имеются и мощный аккумулятор, и генератор, вырабатывающий электрическую энергию. Остается только подобрать аксессуары, подходящие для зарядки конкретных моделей мобильных устройств.
Самые популярные — автомобильные зарядки. Такой аксессуар нужно просто держать в «бардачке». Даже в городских джунглях он выручит не раз.
При выборе автомобильного зарядного устройства следует учитывать тип штекера для зарядки гаджетов, выходную мощность и максимальный ток на выходе.
Особое внимание мощности! Она должна быть выше потребляемой мощности гаджета, или хотя бы равняться ей. В противном случае получится обратный эффект — зарядка будет разряжать аккумулятор устройства.
Еще одним девайсом, который стоит взять с собой в путешествие на авто, является автомобильный инвертор. Он позволит чувствовать себя комфортно даже в глуши: подключить ноутбук к стандартной розетке 220 В или организовать освещение места стоянки с помощью LED ламп — вполне посильная задача для инвертора.
Главное, не увлечься и не допустить разряда автомобильного аккумулятора в «ноль».
Непродолжительные вылазки на природу
Если вылзка на природу планируется всего на несколько дней, оптимальным вариантом с точки зрения соотношения запаса мощности и веса будут портативные аккумуляторы (Powerbank). Пары-тройки таких девайсов достаточной емкости хватит на несколько циклов полноценной зарядки мобильных гаджетов.
Главное, правильно выбрать емкость портативной «банки», и не забыть зарядить ее перед отправкой в путь.
Очень практичны комбинированные устройства, к примеру, фонари с USB-разъемом для зарядки гаджетов.
К тому же, среди предложений портативных аккумуляторов довольно часто встречаются влаго-, пылезащищенные и ударопрочные модели, которые лучше всего подойдут любителям экстремального отдыха.
Автономные походы
Отправляясь в серьезный поход, который займет более недели, помимо портативных аккумуляторов возьмите с собой солнечную панель.
Особенно хорошо солнечная панель работает в связке с портативным аккумулятором. Заряжать повербанк можно прямо во время переходов, расположив солнечную батарею на поверхности рюкзака и подключив к ней аккумулятор.
Сила тока заряда сильно зависит от освещенности, а добиться идеальных условий (отсутствие теней, чистое небо, яркое солнце и т. д.) не всегда реально. К тому же, не всякий смартфон будет заряжаться малыми токами, а вот портативный аккумулятор «впитает» в себя энергию до последней капли.
Для заряда аккумуляторов форм-фактора АА и ААА, использующихся для питания фототехники, нелишним будет иметь в своем арсенале зарядное устройство с питанием от USB-разъема. По необходимости подключаем его к солнечной панели, либо перекачиваем в него энергию с повербанка. При таком подходе, воспоминания останутся не только в голове, но и на цифровых носителях.
Альтернативные источники
Благодаря трендам на экологичность и бережливое отношение к природе, все большую популярность набирают альтернативные источники энергии.
Яркими представителями этого направления по праву считаются ветро- и гидрогенераторы. Получение энергии в них происходит путем трансформации энергии ветра или воды в электрическую.
Отдельное направление альтернативных источников — гаджеты, в основе работы которых лежит термоэлектрический эффект. Т. е. из тепла генерируется электрический ток, силы которого вполне достаточно для зарядки устройств.
Поэтому, попить чайку на природе или приготовить сытный ужин, при этом еще и зарядить устройства — вполне себе совместимые задачи.
Основным недостатком альтернативных источников энергии является их низкая эффективность и пока еще недостаточно хорошие показатели КПД, мешающие их повсеместному использованию. Но, как знать, может уже следующее поколение туристов будет привязывать к своим рюкзакам именно такие ультракотелки!
В походе и в быту аккумуляторы вместо батареек
В походной электронике я перешел на аккумуляторы. Для оптимизации веса, цены и удобства использования вам следует разобраться в видах аккумуляторов и перейти по возможности на один тип для всех ваших приборов. Статья пригодится путешественникам всех сортов и не только им.
Что в этой статье:
Почему не батарейки?
Это экологичнее. Выбрасывать севшую батарейку на природе – кощунство, и приходится нести ее до конца. Так почему бы не нести аккумуляторы, которые можно зарядить дома, в гостинице, в машине или от солнечной батареи? Да и в городе надо сдать в специальное место на переработку. Не во всех городах РФ есть такие места к сожалению.
Это повышает автономность группы. Аккумуляторы можно зарядить от солнечной батареи, автомобиля, во время ночевки в доме с розеткой, в аэропорту – мало ли что подвернется в пути.
В одном элементе АА заявлено 2450 мAh, (в реальности ёмкость больше), от пары таких аккумуляторов мой навигатор Garmin работает 3-4 дня. От батареек он работал меньше.
Некоторые люди ратуют за использование литиевых батареек, но стоят они по 150-200 рублей за штуку, а по отзывам тот же самый Гармин работает от них те же самые 3-4 дня. Если и больше, то на мой взгляд выигрыш в весе не стоит тех денег. И природу загрязняют они.
Не надо думать о «доиспользовать».
— Батарейка наполовину села. Мне следующий раз брать с собой эту полубатарейку и один запасной комплект (когда я знаю, что одной целой мне бы хватило)? С аккумулятором этой проблемы нет: пришёл домой — зарядил и выходишь ты всегда с полным.
— Батарейка почти села и фонарь уже светит не ярко. Но не хочется выкидывать недоиспользованную батарейку. И мучаешься с тусклым светом и этим своим «доиспользованием». С аккумулятором меняешь на следующий не задумываясь.
В результате в ПВД и не долгих походах я не задумываюсь о емкости батареек и хожу всегда с включенным на полную фонариком.
Таблица батареек и аккумуляторов, встречающихся в туристических приборах
Теперь подробнее о более популярных элементах.
АА и ААА аккумуляторы Ni-Mh
Мой выбор именно АА, так как я использую GPS навигатор Garmin, который работает от АА и является ключевым потребителем энергии в походе. От АА (пальчиковые) или ААА (мизинчиковые) работает большинство фонариков. Мой фонарик и рации тоже потребляют АА (некоторые рации с помощью переходников). Правда иногда всё-таки хочется выудить энергию из элементов АА в телефон, заряжаемый по USB. В этом мне поможет ROBITON MobileCharger. Он заряжает 2 или 4 АА или ААА, а также работает как Powerbank – имеет выход USB.
ROBITON MobileCharger
Если ваши приборы работают от типоразмера АА, возможно интересно присмотреться к таким акумуляторам, которые вроде и АА, но прям в них есть порт micro-USB,чтобы заряжать их!
Тут плюс в том, что они не требуют специального зарядного устройства и заряжаются от любого USB-порта обычным microUSB кабелем, который вы и так таскаете свой телефон заряжать. Т.е. экономия в весе. Правда один порт и кабель на зарядку только одного элемента как-то смущает. Сам я их пока не пробовал. Пока у этих чудо-аккумчиков маловата ёмкость (в два раза меньше икеевских LADDA АА), но все изменяется в этой жизни. Кстати они еще и яркое исключение – это единственные АА не никель-металлогидридные, а литиевые.
Литиевые аккумуляторы
Литиевый аккумулятор больше перенесет циклов заряда-разряда и у него в среднем приходится большая ёмкость на тот же вес. Такой аккумулятор стоит в вашем телефоне, в фотоаппарате (и там и там они как правило уникальных форм подходящих только для конкретной модели), повербанки состоят из спаянных литиевых элементов 18650 – эдаких таких переростков пальчиковых АА.
слева на право: ААА (мизинчиковая), АА (пальчиковая), два элемента 18650 без защиты от разряда и перегрузок и последний с защитой (он подлинней чуть)
Из этого типоразмера 18650 (страшное недопущение маркетологов, они не придумали приличное краткое и запоминающиеся название к этим аккумуляторам!) состоит не только почти любой повербанк, но и аккумулятор электрокара Tesla. Также под него есть много фонариков, как правило ручных, но есть и налобные модели. Аккумуляторы 18650 бывают разной ёмкости, но не верьте, если на корпусе написано сильно больше 3000 мAh. Не покупайте аккумуляторы на Алиэкспресс, там китайцы и 7000 мAh напишут, а потом скажут, что это не характеристика товара, а его имя. Годное место для покупки аккумов таких тот же mobilpower.ru.
Обычный повербанк вы все видели в любом салоне связи.
снеговичёк из киндер-сюрприза, чтобы иллюстрация не была слишком скучной
Много классных есть на сайте mobilpower.ru. Из фирм можно порекомендовать Xiaomi – их преобразователь превратит меньше энергии в тепло, чем большинство других производителей.
Из прибамбасов стоит обратить внимание на повербанки с функцией Quick Charge. Это дает возможность зарядить большущий повербанк за более короткое время от сети 220V. (Например повербанк Xiaomi 20 000 mAh при зарядке от “обычного” (но качественного) зарядника током порядка 1A заряжался 19 часов 13 минут. Зарядка от QC шла на 12V и 1A и заняла 8 часов 17 минут. А Xiaomi Mi Bank 10000mAh Pro заряжался обычной зарядкой – 7 часов 38 минут, а QC – 3 часа 54 минуты). Еще надо понимать, что зарядка идет не линейно, и под конец она идет медленно даже при применении QC. Т.е. если бы надо было зарядить повербанк на половину, выигрыш QC во времени был бы больше.
Еще зарядка Quick Charge будет объёмней обычной.
Белая зарядка меньше и имеет три обычных порта USB, а черная один, зато быстрый.
Соответственно есть и повербанки, которые могут сами заряжать что-то с помощью Quick Chаrge. Но это что-то (телефон обычно) должен уметь этот Quick Chаrge воспринимать. Иначе зарядка пойдет обычной скоростью.
Для туристов возможно представляет интерес вот такой повербанк, в котором элементы 18650 не впаяны, а сменные. Там есть вход microUSB и выходы USB, все как обычно.
Три плюса такого устройства:
Литиевые аккумуляторы также стоят в ваших смартфонах. При этом все меньше выпускается телефонов со сменными аккумуляторами, придется их заряжать проводом от USB порта.
А вот в фотоаппаратах пока аккумуляторы сменные, беда в том,что во всех фотоаппаратах они разные, и родных портативных зарядок к ним часто просто нет. Придется заряжать их универсальной зарядной лягушкой напрямую.
зарядка аккумулятора фотоаппарата напрямую
Для этого устройства нужен только источник питания с выходом USB и кабель USB-microUSB.
Итого: Что делать то?
Вариант 1. Подойдет для большинства пользователей выбирающихся на природу дней на 5 максимум без экстрима.
Питаем всё от повербанка. Повербанки Xiaomi например выдают 90% залитой в них энергии. Это очень хороший коэффициент! Подойдет фонарик со встроенным аккумулятором, заряжаемым от USB. Провод вы и так и так таскаете.
Аккумуляторы популярной радиостанции Baofeng UV-5R удобно заряжать в стакане, который питается от USB, а не от сети 220V, как тот, что идет в штатной комплектации.
зарядный стакан с питанием от USB (аккумулятор вставлен) и стакан с питанием от 220V
От такого стакана можно зарядить рацию как и повербанк – почти везде. Хотя мне на недельный поход обычно хватает радиостанции с одним резервным аккумулятором.
Энергосистема основанная на повербанках очень универсальна и динамична. Вы можете заряжать от него ваш телефон-навигатор, ставить для питания фары велосипеда, освещать лагерь светодиодной лентой, купленной на Алиэкспресс и т.д. При этом зарядка повербанков проста, интуитивна, её можно доверить неподготовленному пользователю, ошибиться и сломать тут что-то сложно.
Минус системы: фонарик нужен прямо сейчас. А вы забыли зарядить, или он внезапно сел, включившись в рюкзаке.
Вариант 2. Используем литиевые аккумуляторы с зарядкой от USB, но оставляем себе воможность быстро заменить энергоблок.
У Petzl есть такое промежуточное решение в фонарях, позволяющее при необходимости заменить USB аккумулятор на несколько ААА.
Можно купить фонарик на элементах 18650. И носить запасной элемент для резкой замены.
Можно купить повербанк со сменными элементами 18650 и несколько таких элементов. При необходимости вставлять в фонарик, когда надо вставлять в повербанк и заряжать телефон и что там еще надо. В рюкзаке могут лежать запасные элементы, которые в полевых условиях просто вставляются взамен севших, и зарядка телефона продолжается.
Кстати у Fenix есть фонарик, работающий от сменного 18650 и который прям там можно зарядить кабелем USB FENIX HL60R.
UPD 10.2020: Появились элементы 18650 со встроенным портом micro-USB. Можно заряжать эти аккумуляторы без зарядного устройства вообще!
Вариант 3. Для тех кто пользуется туристическим навигатором Garmin.
Эти навигаторы работают на АА элементах (в настройках надо указать, что конкретно вы используете: аккумуляторы или батарейки – для корректного отображения уровня заряда). Поскольку навигация один из ключевых моментов, в том числе обеспечивающих безопасность, а в сложных мероприятиях с длительной автономностью альтернатив Гармину нет, представляется целесообразным использовать АА как основной источник питания. Почти все мои приборы: GPS, рации, фонарик, работают от них. При крайней необходимости я могу просто вытащить аккумуляторы из одного устройства и вставить в другое. Спутниковый и обычный телефон, если что, я заряжу с помощью зарядника-повербанка на АА/ААА от Robinton, описанного выше.
Часто встречающиеся радиостанции Baofeng UV-5R можно снабдить переходником на 6 АА.
Разобранный батарейный блок для АА
Рация Baofeng UV-5r и батарейный блок АА
Есть кстати переходники и на ААА, которые получаются того же размера, что и штатные аккумуляторы Baofeng UV-5R.
Какие еще плюсы и минусы такой системы? Когда я вставляю аккумы в фонарик/GPS, то всё здорово. Я моментально снабдил прибор полным зарядом. А при конвертации энергии в USB происходят большие потери, чтобы зарядить полностью телефон от АА, надо всё-таки разрядить сначала 4 аккума, затем заменить элементы и повторить процедуру. Т.е. у меня зарядка телефона это всё-таки достаточно затратное действие. Зато могу купить батарейки в ларьке и разрядить их в телефон! Благо я всё-таки редко использую телефон в походе и редко его заряжаю.
Для всех трех вариантов:
Зарядку нестандартных аккумуляторов фотоаппаратов проводить придется напрямую лягушкой, питающейся от USB порта. Она это делает грамотно и нежно.
А вот аккумуляторы популярных раций Baofeng UV-5R лягушкой зарядить тоже можно, но очень геморно. Просто из-за их формы они плохо крепятся в этом зарядном устройстве.
О остальной моей походной электронике можно прочитать ТУТ, а о рациях, которые тоже заряжаются лягушкой или работают от АА ТУТ.