Предисловие
Хорошие батарейки стоят довольно прилично, поэтому есть прямая польза от их замены на литиевые аккумуляторы; особенно - когда можно заменить несколько батареек на один аккумулятор. Однако важно учитывать существенные различия между батарейками и литиевыми аккумуляторами того же типоразмера.
Существуют литий-ионные аккумуляторы цилиндрической формы, которые по размерам полностью совместимы с популярными батарейками AA (пальчиковые) и AAA (мизинчиковые), а также с некоторыми другими типоразмерами (например, "C" и "D").
Однако между ними есть значительная разница в напряжении. Обычные батарейки имеют номинальное напряжение 1,5 В (максимальное напряжение в начале работы — 1,65 В), тогда как литиевые аккумуляторы имеют номинальное напряжение 3,7 В (максимальное — 4,2 В). Простое подключение литиевых аккумуляторов вместо батареек может привести к повреждению устройства.
Но есть решение: заменить несколько последовательно соединённых батареек на один литиевый аккумулятор. Вопрос заключается в том, сколько батареек можно заменить на литиевый аккумулятор и в каких случаях это возможно. Ещё одна проблема — предотвращение глубокого разряда аккумуляторов, поскольку устройства, рассчитанные на батарейки, не имеют защиты от этого. Батарейки просто выбрасываются после полного разряда.
Теория: сколько последовательно соединённых батареек можно заменить на один литиевый аккумулятор?
Большинство устройств, использующих стандартные цилиндрические батарейки, требуют подключения от двух до четырёх таких элементов в последовательной цепи. Есть некоторые приборы, работающие от одной батарейки; в этом случае прямая замена невозможна, но есть альтернативное решение - литиевый аккумулятор в форме батарейки со встроенным понижающим преобразователем (обзор).
Важным параметром для техники является напряжение в начале разряда батареек или аккумулятора.
Для полностью заряженного отдельного литиевого аккумулятора это напряжение составляет 4,2 В. Номинальное напряжение — 3,6–3,8 В, что соответствует примерно 50% заряда.
Для устройств, питающихся от батареек, максимальное напряжение зависит от их количества в последовательной цепи и определяется следующим образом:
• 2 батарейки - 3.3 В;
• 3 батарейки - 4.95 В;
• 4 батарейки - 6.6 В.
Из списка видно, что литиевый аккумулятор оптимально подходит для замены трёх последовательно соединённых батареек. Однако его напряжение немного ниже, чем у трёх батареек, что может потребовать более частой подзарядки. Но это не является проблемой, так как литиевые аккумуляторы не подвержены порче от частых подзарядок.
Замена двух батареек на аккумулятор в устройствах с электромеханическим приводом, например, электромотором, допустима. Однако электромотор будет работать с повышенной мощностью, что приведёт к его разогреву. Поэтому необходимо ограничивать время работы устройства, особенно при использовании свежезаряженного аккумулятора. Скорость вращения вала электромотора также будет выше, что может быть полезно, вредно или безразлично в зависимости от свойств устройства.
Для замены в устройствах, где есть электроника и используются две батарейки, всё гораздо сложнее: напряжение аккумулятора может оказаться недопустимо-высоким; оно на 27% выше, чем у батареек. Если устройство содержит электронику, то такое повышение может быть опасным. Чипы, для которых номинальное напряжение питания составляет 3.3 В, обычно имеют предельно-допустимое напряжение 3.6 - 3.9 В, что в любом случае будет превышено аккумулятором.
Теперь - обратный случай.
Для замены четырёх последовательно соединённых батареек литиевый аккумулятор подойдёт далеко не всегда, так как его напряжение значительно ниже требуемого. Устройство может не включиться, а если включится, то будет работать с пониженной производительностью: мотор будет вращаться медленнее, фонарик светить слабее, динамик - воспроизводить музыку тише и/или с искажениями.
Рассмотрим практическую замену батареек на аккумулятор в трёх случаях: простом (замена трёх батареек), сложном (замена двух батареек на один аккумулятор в электромеханической точилке карандашей) и со снижением возможностей (замена четырёх батареек на один аккумулятор в фонаре).
Заменяем три батарейки на один литиевый аккумулятор в мультиметре
Этот случай оказался простым благодаря отличной совместимости аккумулятора с мультиметром. Совместимость определяется суммой напряжения трёх батареек, а также удобством доступа к батарейному отсеку.
На изображении ниже показано, как заменить три батарейки на один аккумулятор. Для этого всего лишь необходимо установить перемычку, чтобы обойти пустые места под батарейки.
Здесь всё просто: соединяем пластину, которая контактирует с положительным полюсом аккумулятора, с местом, где должен быть плюс третьей батарейки.
В качестве проводника использовалась оголённая жила из витой пары. Её концы были помещены в узкую щель между контактными пластинами и пластиковым обрамлением батарейного отсека. Благодаря упругости пластин, проводник надёжно закреплялся и не болтался.
Как альтернатива, можно припаять эту перемычку (в зависимости от конструкции устройства).
О том, что заряд аккумулятора подходит к концу, мультиметр сигнализировал характерным значком на дисплее. Дополнительный признак - изображение на ЖК-дисплее становится более бледным.
Теперь рассмотрим более сложный случай: замену двух батареек на один аккумулятор в электромеханическом устройстве, где батарейный отсек труднодоступен.
Заменяем две батарейки на один литиевый аккумулятор в точилке для карандашей
Несмотря на появление более совершенных устройств для письма, карандаши, вероятно, останутся актуальными на протяжении долгого времени. Однако не все могут аккуратно заточить карандаш вручную, поэтому были изобретены точилки. Среди них есть и электрические модели, работающие от батареек.
Мне долгое время верой и правдой служила эта "ушастая" точилка:
Но питалась точилка батарейками, и это мне в конце концов разонравилось. Батарейный отсек располагался снизу, батарейки вставлялись в углубления:
Точилка работает от двух батареек AA. При замене их на аккумулятор мотор должен крутиться быстрее, так как напряжение аккумулятора выше. Однако риска выхода из строя нет, поскольку устройство не содержит электроники, только мотор и механические компоненты.
Проблема заключается в том, что простое замыкание контакта для "лишней" батарейки с помощью проволоки невозможно без разборки устройства. А разборка, как это обычно бывает, может привести к поломкам или потере мелких деталей.
Поэтому было принято альтернативное решение — создать из старой батарейки "заглушку", которая бы замыкала пустое место. Для этого была использована разряженная алкалиновая батарейка Duracell. Из неё я удалил все внутренности, а крышку отрицательного электрода припаял в трёх местах к корпусу батарейки, который у батарейки был положительным электродом.
Извлечение содержимого из использованной батарейки могло бы оказаться излишним, так как можно было бы припаять отрицательный электрод к положительному, не разбирая батарейку. Она была настолько прочной, что, вероятно, не произошло бы утечки. Для дешевых батареек внутренности, пожалуй, лучше всё-таки извлечь.
В итоге, в точилку для карандашей были помещены один литиевый аккумулятор и один элемент, создающий короткое замыкание.
После этого крышка батарейного отсека была закрыта, соединяя аккумулятор с "заглушкой" последовательно. Проведены испытания, которые показали, что вращение мотора стало лишь немного быстрее, чем при работе от батареек. Точилка полностью пригодна к использованию без отклонений от обычного сценария.
Заменяем четыре батарейки на один литиевый аккумулятор в велофонаре
Современные велосипедные фонари работают от аккумуляторов, однако велосипедисты многие всё ещё используют "старинные" велофонари, питающиеся от батареек. В том числе и у меня есть такой фонарь, который работает от четырёх батареек AAA, известных в народе как мизинчиковые.
В корпусе фонаря размещена кассета с электронными компонентами и светодиодами, рассчитанная на установку четырех батареек типа AAA. Поскольку все гнезда для батареек легко доступны, процесс установки аналогичен работе с мультиметром: вставляем аккумулятор, а оставшиеся пустыми гнезда соединяем проволокой.
Затем собираем и проверяем фонарь:
После замены четырёх батареек на один аккумулятор яркость фонаря существенно снизилась (как и ожидалось). Если раньше его можно было использовать для полноценного освещения дороги, то теперь он пригоден только для того, чтобы обозначить присутствие велосипедиста на проезжей части. Это тоже важно, так как помогает обеспечить безопасность велосипедиста даже в дневное время.
Существует ещё один вариант: замена четырёх батареек на один аккумулятор и одну батарейку. В этом случае яркость фонаря значительно возросла, и его снова можно использовать для освещения дороги. Однако в таком случае теряется «чистота» эксперимента, так как полностью отказаться от батареек не удаётся. Но, в принципе всё-таки для освещения дороги предпочтительнее использовать более мощные и современные решения, которые изначально рассчитаны на питание от аккумуляторов.
Теперь необходимо рассмотреть сопутствующие вопросы.
Как выбрать аккумулятор для замены батареек?
Подбор аккумулятора для замены батареек начать следует с определения его типоразмера. Краткий список соответствия батареек типоразмерам аккумуляторов - далее в нескольких строчках.
Батарея AA - аккумулятор 14500 (диаметр 14 мм, длина 50 мм);
Батарея AAA - аккумулятор 10440 ( в принципе возможна замена на 10430 - на 1 мм короче);
Батарея "C" (советский "Элемент 343") - аккумулятор 26500 (или 25500);
Батарея "D" (советский "Элемент 373") - аккумулятор 32600 (иногда может подойти 32650 - на 5 мм длиннее. Можно также использовать популярные 18650 с дополнительной гильзой для придания нужной толщины).
Следующий небольшой, но очень важный момент в выборе аккумулятора - это выбор аккумулятора с выступающим на плюсовым электродом, как на следующем изображении:
Существуют также аккумуляторы с плоским "плюсом" и с контактами - лепестками. Такие аккумуляторы не везде подойдут для замены батареек из-за своей геометрии.
И последний вопрос - ёмкость аккумуляторов. С одной стороны, чем больше - тем лучше; а с другой стороны, подозрительно большая номинальная ёмкость может свидетельствовать о жульстве продавца и не иметь никакого отношения к реальной.
Если для аккумулятора 14500 заявлена ёмкость выше 1100 мАч, то это - крайне подозрительно; лучше обходите их стороной! Иначе Вы купите не пойми что.
Аналогично - если для аккумулятора 10440 заявлена ёмкость свыше 400 мАч.
Лучше всего аккумуляторы покупать на Алиэкспресс в фирменных магазинах производителей: PALO, Varicore, Soshine и некоторых других.
Аккумуляторы типоразмера 14500 можно купить, например, у этого продавца (Varicore). Цена зависит от количества, от $3 за 1 шт. до $15 за десяток (внимание - цена может меняться, проверяйте!). Если ссылку не видно, то отключите, пожалуйста, блокировщик рекламы для этого сайта.
Аккумуляторы типоразмера 10440 можно купить, например, здесь (Soshine). Цена - около $3.5 за пару (обычно такие мелкие аккумуляторы по одной штуке не продаются).
Реклама. ООО "АЛИБАБА.КОМ (РУ)" ИНН 7703380158
Как определить, что аккумулятор пора заряжать; и варианты зарядных устройств
Из перечисленных выше примеров применения литиевых аккумуляторов лишь в одном случае устройство (мультиметр) само показывает, что заря аккумулятора подходит к исходу.
В остальных случаях о том, что аккумулятор на исходе, судить придётся по косвенным признакам; например, по снижению яркости света фонарика или замедлению оборотов мотора точилки для карандашей.
Если пользователю не лень, и если в питаемом устройстве или на его поверхности хватает места, то можно дополнительно разместить индикатор уровня заряда (обзор) и/или внедрить маленькую плату защиты аккумулятора от переразряда (обзор).
В любом случае будет правильно по возможности чаще подзаряжать аккумулятор: для литиевых аккумуляторов это безвредно.
Теперь - чем зарядить цилиндрический литиевый аккумулятор?
Существуют универсальные зарядные устройства, пригодные для зарядки литиевых аккумуляторов многих типоразмеров (благодаря "плавающему" контакту для подключения), обзор, есть и другие варианты.
Если же речь идёт о зарядном устройстве какого-то одного типоразмера, то его можно сделать самостоятельно в разных вариантах, например, на основе лампочки от карманного фонаря или из отработанного вейпа с возможностью подзарядки.
Кроме того, иногда в качестве зарядного устройства может выступать и устройство, формально не предназначенное для этого. Например, многие фонарики, работающие на цилиндрических аккумуляторах, содержат контроллер заряда аккумулятора. В этом случае можно вставить в фонарик вместо "родного" другой аккумулятор и зарядить его.
Итоги и выводы
Замена нескольких батареек на один литиевый аккумулятор — вполне осуществимая задача. Однако стоит учитывать, что это может привести к уменьшению времени автономной работы устройства. Несмотря на все преимущества литиевых аккумуляторов, они не могут обеспечить такую же энергетическую ёмкость, как несколько батареек, которые вместе значительно объёмнее одиночного литиевого аккумулятора. В результате пользователю придётся чаще подзаряжать аккумулятор. Ещё один вариант — использовать два аккумулятора для одного устройства: один в работе, а другой - с собой в кармане в качестве резерва.
Также важно отметить, что замена батареек на литиевый аккумулятор не всегда оправдана. Например, нет смысла заменять батарейки в пультах дистанционного управления, которые могут работать на одном комплекте батареек в течение нескольких месяцев или даже лет.