Не знаю, здесь оставить или перенести в новичковую.
С интересом наблюдал прогрессирующую паранойю в ветке Eleaf iStick 50W крепыш универсал. Обзор и обсуждение. Если вы не читали, - и не надо. Самое ценное там в первом посте. А дальше - обсуждение теплого, пробовавшими мягкое, и глум над ними тех, кто знает отличие Wh от mAh.
Чтобы не отвечать на одни и те же вопросы, про “палочки” и “кубики” написал краткий курс истории карапузов батарейковедения применительно к модам. Надеюсь, эта информация позволит вам реалистичней смотреть на вещи и избавит от ощущения несправедливости мира, опровергнет догмат "Жизнь - боль" применительно к химическим источникам питания.
1. Почему про iSmoka Eleaf iStick 50W?
Серия iSmoka Eleaf iStick - первая действительно массовая линейка варивольт/вариватт модов со встроенной батареей. По уровню популярности она на порядки, превосходит предыдущие образцы вроде MVP/MVP2 или Groove. То есть впервые мод с батареей, выбранной производителем, а не купленной отдельно, стал массовым. И это породило множество вопросов, с которыми раньше пользователи не сталкивались. iSmoka Eleaf iStick 50W является показательным представителем как линейки iSmoka Eleaf iStick, так и набирающего популярность веяния параллельной установки в батарейные моды нескольких батарей. Кроме того, у меня есть показательное письмо одного из покупателей "про кубики" и присланный им для проверки мод.
Итак, iSmoka Eleaf iStick 50W .
Мод со встроенной Li-Ion батареей 4400mah.
Диапазон регулирования выходных напряжений 2.0-10.0 вольт.
Диапазон регулирования выходной мощности 5.0-50.0 ватт.
Что это значит?
В Стране Эльфов
Используя этот мод, я смогу потратить “на коннекторе” 4400mah на мощности 50W. А потом я заряжу его за 5 часов, потому что так сказал производитель.
В реальном мире
Это означает, что в мод установлены в параллель две ячейки с типичной/назначенной емкостью 2200mah с током отдачи около 3-4С.
2. Какова реальная емкость батареи?
Чтобы понять, мы обратимся к первоисточникам, заглянем в документацию признанного лидера в производстве батарей компании Panasonic. Очень интересный набор документов расположен в разделе Panasonic Industrial Devices & Solutions. То есть в месте, не предназначенном для участников гонки мегапикселей при неизменно карликовой диагонали матрицы или в гонке циферок после слова iPhone и верующих в благость этих гонок.
Для примера сравнения возьмем мегапопулярный #5204 Аккумулятор Panasonic 18650 3.7V 3400mah, незащищенный.
Начнем с того, что 3400, под которым он известен во всем мире, - это “принятое в приличном обществе” округление в большую сторону. Ну, как маркировку 2.0 вешают на все автомобили с литражом двигателя от 1901 куб.см. Сам производитель заявляет о нем следующее:
То есть, “он, конечно, даст 3350 mah (а скорее всего и 3450), если погреть в ладошках, но заявить больше 3200, в нормальных условиях, см. сноску про температуру, у нас рука не поднимается”.
И это еще не все.
Указанную емкость батарея отдаст при разряде до напряжения 2.5В с тепличной силой тока 0.67А, т.е с мощностью 2.82-1.68 Вт. Причем, следующий документ считает разряд ниже 2.9В экстремальным и рекомендует выбираться из него зарядом с током 0.32А или ниже:
Для справки.
Причем, о своем графике даже Panasonic (а не многочисленные xxxФаер) пишет:
В вольном переводе “Если вы будете нам тыкать тем, что мы тут нарисовали - мы будем смеяться вам в лицо”.
Более реальные характеристики доступны на весьма уважаемом сайте www.dampfakkus.de с током разряда 2, 3, 5А:
То есть при разряде новой батареи до приемлемых 3.0 вольта, с мало-мальской нагрузкой, от типичной емкости можно сразу отнимать как минимум 10%.
Для батарей iSmoka Eleaf iStick 50W производитель заявляет 2200mah. Ячейки имеют маркировку 3.7V 7.77Wh
Для справки.
Что в переводе на человеческий означает 2100mah. Еще при разборке mini iStick я задавал вопрос на тему емкости заводу.
[26.01.2015 15:54:40] Cptn: in mini istick battery 3.33Wth. its not 1050mah, its 900mah
[27.01.2015 5:54:13] iSmoka/Eleaf: I asked our engineer today, he told me that it is 1050mah, and the capacity will be different if testing in different way.
[27.01.2015 9:05:59] Cptn: http://icigarette.ru/images/mini_istick/IMG_4592.jpg
[27.01.2015 9:06:07] Cptn: 3.33Wh = 900mah
[27.01.2015 9:18:00] iSmoka/Eleaf: I don't think this is how to calculate my friend. mah= Wh/ V. so 900mah is not an exatly data if counting in this way, it will still depend on the voltage.
[27.01.2015 9:29:32] Cptn: you come up with a new way?)) last 150 years nominal capacity calculated in this manner
Краткий перевод:
-А чего вы 1050 пишете, это ж 900?
-Ну, смотря, как считать.
-Молодцы, нобелевка ваша.
То есть в маркетинговых целях, как и большинство, кстати, производителей, причем не только ЭС, iSmoka Eleaf указывает некоторое значение, которое обязательно будет получено при идеальных условиях. Ну, вот, как мне обещали на шестилитровом двигателе 16 л на сотню в смешанном цикле, при том, что предыдущие 3.5 литра двигателя кушали в реальной жизни на сотню 21 литр вместо 14, вроде, паспортных. Я не сильно удивился тому, что средний расход за последний год держится на 26 литрах, и если не глушить при заправке, то… =)) Но я верю, что существуют люди, которые при сертификации автомобиля видели 16 л на сотню.
Уверен, что и батарейка mini iStick на 0.1-0.2С выдаст 1050mah, и уж точно батареи iStick отдадут 2200mah при разряде до 2.5 вольт в щадящих условиях.
В общем:
-Ну, смотря, как считать. ©
Поэтому я полагал, что типичной емкостью вполне можно считать 2200mah, минимальной 2050-2100mah.
Реально отдаваемая емкость не до экстремальных 2.5В, а до безопасных 3.0В будет составлять на новой батарее не менее 1800-1900mah.
От “спарки” батарей я ожидал 3600-3800 mah при токе разряда 0.2С. К сожалению, из-за недостатка времени, позволить себе разряжать сутки с током 0.44А я не мог, поэтому разряд происходил с током 1.4-1.6А. Это те значения, которые выставляет разрядно/зарядное устройство, если выставить максимальный ток разряда 2А. Будучи старым “диванным комнатным вертолетчиком” я использую IMAX B6 mini, который люблю за безгеморойность и прямой линк по USB к компьютеру, без плясок с бубном вокруг COM-порта, как у предыдущей “большой” версии.
Попавший как раз под руку для проверки iSmoka Eleaf iStick 50W удивил, выдав на токе разряда ~0.7C при разряде до 3.0В 3977mah.
С утра был проведен цикл заряда. За ночь батареи немного восстановились и при заряде с максимальным током 2А, это около 1С, в батарею “утрамбовалось” 3749mah за 2 часа 16 минут.
Ток:
Напряжение:
Емкость:
При заряде на 0.5C влезло бы чуть больше. А еще доразрядить перед этим - и все 4000-4050, думаю, запихались бы.
То есть батарейки и вправду оказались шикарными, даже будучи слегка попользованными.
3. Как работает контроллер?
Однако, над батареями нависает контроллер. В контроллере нас интересуют две вещи:
-Собственное потребление, т.е. КПД.
-Напряжение отсечки, при котором нагрузка будет отключена.
КПД
КПД определяет, какое количество ресурсов будет преобразовано, а разница до 100% будет использована для нужд преобразования. Т.е. для обогрева галактики.
Очень хорошие, т.н. высокоэффективные, DC-DC преобразователи имеют КПД до 96%. Они стоят неприемлемых для массовых устройств денег и имеют габариты, не позволяющие использовать их в модах. Массовые компактные преобразователи имеют КПД 75-85%, до 90% на высоких мощностях. В принципе, из разницы заявляемых выходных мощностей мода и возможностей батарей можно сделать вывод, что iSmoka Eleaf на собственное потребление контроллером в режиме DC-DC преобразователя в iStick’ах закладывает 10-20%, в зависимости от мощности.
Напряжение отсечки
В п.2 показано, что производители батарей считают экстремальной просадку батарей ниже 2.9 вольт. Поэтому большинство производителей делают отсечку на уровне 3.1-3.3 вольта. Это позволяет после отключения нагрузки еще некоторое время питать контроллер, светить экранчиком и не просесть глубоко за счет саморазряда батарей.
Я уточнил у завода этот параметр.
Dear Sergey,
Thanks for your mail!
i checked with our engineer, he said that it should be 3.3V ))
Many thanks!
it very much. voltage typically decreases to 2.9-3.0 volts. if only 3.3, the battery gives about 70-80% of capacity
Dear Sergey,
Thanks for your mail!
I asked our engineer, this should not happen. The platform of voltage is 3.7V. The battery should be almost empty when the voltage decrease to 3.3V.
Many thanks!
Ну, да, iSmoka Eleaf слегка перестраховались. Что вполне объяснимо исходя из предполагаемой нагрузки. Даже смартфон с батареей на 3.8В на 3.56В тоже уверен, что практически разряжен:
4. Сколько отдаст батарея?
В Стране Эльфов.
Там же написано: 4400mah на мощности 50W.
В реальном мире
Из уже приводившихся таблиц
видно, что при разряде до 3.3В, в зависимости от тока разряда, батарея Panasonic 3400mah отдает от 44 до 70% номинальной емкости.
Для сравнения стоит добавить таблицы, касающиеся высокотоковых батарей #5450 Аккумулятор Samsung 18650 High Drain 20A, 3.7V 2500mah, незащищенный и истина будет лежать где-то между
Здесь, у высокотоковой батареи, отдаваемая до 3.3В емкость изменяется от 72 до 86% от номинальной.
Интерполируя с некоторыми допущениями, полагаю, “спарка” из двух весьма приличных батарей iStick отдаст от 3500 mah при 4А (мощность в процессе снижается с 17 до 13 ватт, без учета потерь на преобразование) до 2600 mah при 10А (с 42 до 33 ватт).
Для чего нам это нужно знать? Когда у нас отключается батарея на 3.3В, она не разряжена “в ноль”. Она просто не способна поддерживать минимальное пороговое значение напряжения при данном уровне мощности. Значительная емкость остается не использованной. Чем выше используемая мощность, тем большая часть емкости батареи останется невостребованной на момент достижения напряжения отсечки.
5. Как происходит заряд батарей?
Заряд литий-ионных и литий-полимерных батарей происходит в два этапа. Так называемый “CC-CV” цикл. По-русски, цикл постоянного тока - постоянного напряжения:
Первый этап (СС, постоянный ток) заканчивается, когда напряжение (синяя линия) достигает своего максимального значения 4.2В. На этом этапе сила тока (красная линия) поддерживается постоянной и батарея набирает 70-80% своей емкости (темно-синяя линия).
На втором этапе (CV, постоянное напряжение) напряжение поддерживается постоянным, а сила тока по мере заряда снижается обычно до 0.1А, и заряд прекращается.
Причем максимальное напряжение достигается тем быстрее, чем выше сила тока на первом этапе:
То есть калькуляция “разделим емкость батареи на ток, указанный на зарядке, и накинем 10-20% “на усушку-утряску” в корне неверна. Процесс сильно нелинейный. Очень зависит от того, что оставалось “в банках” перед зарядом и тока заряда.
Для справки.
6. Индикация заряда
Самая правильная индикация заряда - индикатор горит/не горит. Однако, производители в угоду “наглядности” часто добавляют на экран “полосочки”, “кубики” и пр. украшательства.
Как это работает?
В Стране Эльфов
В батарейке сидит гномик и считает электрончики.
Нет, гномика нужно два. Если батарея съемная, то один гномик считает электрончики в батарее, и когда батарею вставляют в мод, то сообщает второму гномику, сколько электрончиков в батарее. И тот рисует кубики на экранчике, исходя из пришпиленной перед ним бумажки, сколько электрончиков на кубик.
В реальном мире
На самом деле единственный параметр, который обычно отслеживает контроллер заряда, это напряжение на батарее. И исходя из этого принимает решение, какой этап CC-CV цикла сейчас актуален для батареи.
Соответственно, и для индикации напряжения, в нашем случае 3.3-4.2 вольта, диапазон разбит на участки, каждому из которых соответствует определенное количество “кубиков”.
Обычно, если кубиков 5, четвертый означает, что напряжение достигло 4.2 В, батарея заряжена на 75-85%, этап СС закончен, и пятым кубиком мы можем “моргать” весь второй этап CV. У iStick моргают все кубики сразу.
Системы с учетом фактического заряда существуют, конечно, но как правило, не используются в массовых устройствах, так как для расчета используется перемножение мгновенных значений тока и напряжения, а следовательно, к вольтметру добавляется амперметр, таймер, инструменты для расчета.
Для индикации обычно характерна некоторая инерционность. Т.е. если я вставляю, к примеру, в свое #5514 Зарядное устройство Nitecore Sysmax I4 V2, универсальное заряженную батарею, то она не сразу показывает все три индикатора, а моргнет сначала 5 раз нижним, потом 5 раз средним и только потом верхним, показав, что батарея заряжена. Т.е. контроллер искусственно задерживает индикацию.
7. Индикация разряда
Схожа с индикацией заряда. Только верхняя граница диапазона не 4.2, а 3.6-3.7 вольта. Грубо говоря, все, что выше 3.6 = пять кубиков. Нижняя граница в нашем случае в районе 3.3 вольта.
Типичный график разряда в зависимости от тока разряда имеет длинные линейные участки, что позволяет с приемлемой точностью делить диапазон на “кубики”.
Вроде все понятно и прозрачно. Но дальше начинается самое интересное. Как только вы отключаете нагрузку по достижению 3.3В… Напряжение перестает быть 3.3 вольта. Дело в том, что исчезает, так называемая “просадка”.
Просадка вызвана внутренним сопротивлением батареи. У современных приличных батарей внутреннее сопротивление примерно 20-100 мОм (миллиом, мегаом пишется как МОм) или 0.02-0.1 Ом . Тестером тыкать, кстати, в батарею не надо, измеряется косвенно, как раз через просадку при разных токах разряда, чем меньше, тем лучше.
У #5450 Аккумулятор Samsung 18650 High Drain 20A, 3.7V 2500mah r=18мОм или 0.018 ома.
У #5204 Аккумулятор Panasonic 18650 3.7V 3400mah r=66мОм или 0.066 ома.
А напряжение, которое видит тестер или контроллер под нагрузкой, считается по формуле:
Uвых=Uэдс - Iнагр * Rвнутр
То есть, если вы нагрузите свежезаряженный Samsung на 10А, тестер покажет
4,2 - 10*0,018 = 4.02 В.
А если Panasonic
4,2 - 10*0,066 = 3.54 В.
И приготовится сдохнуть. Ибо от него требовать больше 2С, т.е. 6.5А, не стоит.
Для справки.
Соответственно, когда мы снимаем нагрузку на 3.3 вольта, то реальное значение напряжение будет тем выше, чем с большей мощностью вы использовали iStick. Не было возможности проверить, но по аналогии и поведению, думаю, внутреннее сопротивление должно быть порядка 30 мОм.
Это значит, что если вы использовали перед выключением мод на 50Вт, с батарей снималось порядка 55Вт (5Вт - это очень оптимистичный взгляд на аппетит контроллера), 8.33А с банки. При отключении нагрузки тестер показал бы
3.3 + 8.33*0.03 = 3.55 В
А если на 20Вт, здесь я бы на контроллер списал 15%, то
3.3 + 3.5*0.03 = 3.4 В
Большинство производителей не афишируют свои ноу-хау и на вопрос об алгоритме индикации отвечают уклончиво. Пользуясь iStick 30W, который имеет тот же контроллер, что и iStick 50W, я заметил следующее. Алгоритм индикации имеет задержку примерно 3 сек и запоминает нижнее значение напряжения “на банках”. Если вы резко увеличили нагрузку, то “индикатор заряда” уменьшится через несколько секунд и запомнится в таком положении, даже если вы уменьшите нагрузку. Сбросить это можно, подключив кабель.
Я разрядил мод на 15 ваттах
Уменьшил мощность - индикация не изменилась, хотя с этой нагрузкой напряжение выше.
Вставил кабель, дождался пока индикатор заряда моргнет, вытащил:
Причем сначала индикатор вообще показал половину батарейки.
Снимаем блокировку Lock
То есть индикация как заряда, так и разряда, - это весьма абстрактная картинка, напрямую не связанная с емкостью батареи, обрабатывающая значение напряжения “на банках” по алгоритму, придуманному производителем. Поэтому, если через 5 минут после начала заряда у вас три палочки это не значит ничего, кроме того, что текущее значение напряжения "на банках" соответствует трем палочкам в алгоритме расчета. А стало оно таким, потому что на этапе CC напряжение растет очень быстро. Если подключить нагрузку - батареи столь же стремительно сядут.
ИТОГО
Разумеется, в одной статье я не могу охватить весь курс электротехники, начиная с азов, что такое сила тока, напряжение, сопротивление, мощность и их соотношения
Для справки.
Можно еще много писать о температурных эффектах, сопротивлениях и пр. и пр. Просто запомните главное:
спойлер
Чем с большей нагрузкой вы используете мод:
тем быстрее будут убывать “палочки” на индикаторе;
тем большая емкость останется “в банках” на момент снижения напряжения до уровня отсечки;
тем большее напряжение “на банках” будет после отключения нагрузки;
тем быстрее быстрее будут прибавляться “палочки” на индикаторе, возможно, даже, контроллер будет их искусственно задерживать;
тем быстрее батарея зарядится.
