Давно известно, что не все йогурты батарейки одинаково полезны. Также ни для кого не является секретом, что щелочные (или, как их еще называют, алкалиновые) батарейки обладают лучшими характеристиками, чем солевые. Но насколько именно они хороши? В отличие от аккумуляторов, емкость которых в ампер-часах или ватт-часах указывается на упаковке, батарейки довольствуются расплывчатыми эпитетами типа "Super", "Turbo", "Plus", "РАБОТАЮТ ДО Х РАЗ ДОЛЬШЕ" и прочими, на которые не скупятся производители. В результате у покупателя может сложиться впечатление, что щелочные батарейки по своим характеристикам превосходят все другие источники питания аналогичного форм-фактора, в том числе и аккумуляторы. Но так ли это на самом деле?

Для выяснения реальных возможностей батареек я собрал небольшую экспериментальную установку, состоящую из популярного китайского зарядного устройства IMAX B6, подключенного через USB-адаптер к микрокомпьютеру Raspberry Pi.

IMAX B6 and Raspberry Pi

Пользуясь режимом разряда постоянным током (200 мА) до конечного напряжения 0.8В, я протестировал несколько популярных щелочных батареек типоразмера AA ("пальчиковых"). Подключенная к зарядному устройству "малинка" записывала в лог-файл напряжение на батарее в процессе ее разряда. Помимо этого, такой же тест прошли пара никель-металл-гидридных аккумуляторов того же типоразмера (Sanyo Eneloop 1800mAh и Varta Ready2Use 2100 mAh). По полученным данным были построены графики кривых разряда, а также произведена оценка емкости протестированных элементов питания.

Итак, сначала кривые разряда:

Voltage over time

Результаты для меня оказались несколько неожиданными - хвалёные алкалиновые батарейки не такие уж и емкие, как их описывают производители! Даже несмотря на то, что напряжение на них сразу после начала разряда выше, чем на аккумуляторах (1.6...1.75В против 1.3...1.45В), под нагрузкой через некоторое время это различие нивелируется за счет того, что кривые разряда аккумуляторов имеют достаточно продолжительное плато, в пределах которого напряжение на них изменяется незначительно. Батарейки, напротив, такого плато практически не имеют, напряжение на них снижается в первом приближении линейно до уровня примерно 1В, после чего кривая разряда круто идет вниз.

Для получения оценки отданной в процессе разряда энергии (в джоулях), было произведен подсчет охватываемых кривыми разряда площадей на плоскости напряжение-время с последующим умножением на ток разряда. В результате получилась следующая табличка:

Элемент Энергия, Дж Емкость, мА·ч
Panasonic Alkaline 6046.96 1442
Panasonic Everyday 6830.7 1637
Energizer Plus 7328.21 1798
Duracell Turbomax 7395.7 1773
Sanyo Eneloop 7513.83 1743
Panasonic Pro 7703.3 1853
Energizer Maximum 8310.02 2001
Varta Ready2Use 8310.19 2000

В таблицу также добавлена измеренная зарядным устройством емкость (в мА·ч) для каждого из протестированных элементов питания.

Итак, из приведенных выше графика и таблицы можно сделать следующие выводы:

  • Реальная емкость щелочных элементов не так уж и велика. Сравнимой с Ni-MH аккумуляторами емкостью обладают лишь самые дорогие батарейки.
  • Большая емкость в мА·ч необязательно означает большую запасаемую энергию (сравните результаты батарейки Duracell Turbomax и аккумулятора Sanyo Eneloop).
  • Батарейки имеет смысл использовать в устройствах с малым потреблением (например, пультах дистанционного управления, часах), где использование аккумуляторов экономически неоправданно, или в устройствах с расширенным температурным диапазоном (например, внешних датчиках метеостанций), так как в таких условиях аккумуляторы обладают повышенным саморазрядом.

Немного о методике сбора и обработки экспериментальных данных

Логгирование поступающих с зарядного устройства данных производилось модифицированным perl-скриптом от Niobos. USB-порт был настроен в режим 9600 8N1 командой stty:

$ stty -F /dev/ttyUSB0 cs8 -cstopb -ixon raw speed 9600

Лог в текстовом виде сохранялся командой

$ b6_decode.pl < /dev/ttyUSB0 | tee out.txt

После окончания процесса разряда .txt-файлы преобразовывались в .dat-файлы с форматом, пригодном для построения графиков с помощью утилиты gnuplot. Оценка отданной при разряде элементами энергии производилась скриптом estimate_energy.sh.

Желающие поэкспериментировать самостоятельно могут скачать вышеупомянутые скрипты тут.