Li-ion 1.5В - что ты такое? Путеводитель по классу устройств

Думаю, пришло время собирать камни.
Будем считать, что это пока альфа-версия.
Поэтому замечания, дополнения и конструктивная критика всячески приветствуются.

Возможно, что в будущем будет иметь смысл слепить еще одну версию данного гайда: укороченную и упрощённую. Но я пока не понимаю, на какой уровень имеет смысл ориентироваться.
Жду предложений.

Почему «аккумуляторы» Li-ion 1.5В не являются аккумуляторами?

Потому что Li-ion 1.5В — не химические источники тока в обычном понимании.
И не «заряжаемые батарейки» по терминологии китайских продавцов.
По сути — это павербанки, выполненные в форм-факторах, характерных для Ni-MH: ААА, АА, С и D.

Как устроены все нынешние Li-ion 1.5В?

Единообразно.
Отличие только в том, что на большинстве есть USB-порт для заряда, а на некоторых — нет.
Причем, сейчас выбор между USB-ишным и без-USB-шным вариантами определяется только желанием заказчика. А для ОЕМ-производителя оно почти по-барабану: одни и те же чипы + единообразная обвязка на управляющей платке.
Ибо теперешние управляющие чипы для таких устройств изначально сделаны под оба варианта зарядки встроенного акку в параллели.
Это легко проверить. Собрал USB-шные банки из предыдущих статей и стал втыкать в зарядную коробку, которая подает на слоты +5В. Начало процесса заряда обнаружено у всех. Токи заряда — характерные для каждой модельки.

---

На самом деле, USB-порты на ряде моделек убирают уже не первый год и делают это не спроста.
• Для ААА можно существенно (~30%) увеличить объем под Li-ion акку. Потому как плата управления с напаянным портом влезает в корпус только вдоль.
Для АА — уже не суть, ибо нынешнюю плату управления c портом USB уже можно вставить в корпус не вдоль, а поперек. А потери пары миллиметров по высоте банки из-за наличия порта на корпусе с гаком могут быть скомпенсированы улучшением вменяемости встроенного Li-ion акку.
• USB-порт делает любую банку негерметичной. Попадание влаги внутрь в газообразном или в жидко-капельном виде — не есть хорошо при любом раскладе.
• Позволяет производителям поиметь дополнительный доход за счет продажи юзерам «специализированных устройств для зарядки Li-ion 1.5В»***
***Прим. На самом деле, они управлением зарядом Li-ion 1.5В вообще не занимаются. Все происходит внутри банки. Всем рулит втроенный чип.
Эти зарядные коробочки выполняют только 3 функции:
• зафиксировать банку в слоте
• постоянно подавать на нее 5В
• просигнализировать пользователю об одном из двух возможных состояний:
-ток идет через слот (банка заряжается)
-ток не идет через слот (банка не заряжается)
Более подробно -ТУТ или ТУТ.

Про аккумуляторы Li-ion 3.7В

Как было показано выше, Li-ion 1.5В — вообще не аккумуляторы, а павербанки. Но внутри каждого из них есть обычный аккумулятор Li-ion 3.7В.
Он может быть в металлическом корпусе
А может быть безкорпусной, типа «скрутка».
Потенциально «скрутка» перспективнее корпусных вариантов, ибо позволяет высвободить дополнительный объем под собственно Li-ion. Но при этом это должен быть правильный цилиндр без всяких там закруглений с торцов.
Максимальную емкость встроенного Li-ion 3.7В можно получить, если избавиться от пластиковой оболочки того цилиндра, как это было обнаружено внутри IMUTO.
Там банка самой девайсины является емкостью для электролита скрутки Li-ion 3.7В.
Замеры той ААА IMUTO (без USB) показали рекордные значения энергоемкости — 1200 мВтч. Что, скорее всего, сейчас близко к технологическому пределу. Ибо для ААА XTAR без USB заявлены те же самые 1200 мВтч.
Правда, теперь появились ААА XTAR 1620 мВтч… Но, скорее всего, там что-то не чисто. Возможно, заявлена емкость самой скрутки, а не то, что можно получить на выходе после DC-DC. Еще заявлен режим разряда «две ступеньки» (см. ниже), причем первая — на 1.5В. Как у маркетологов получилось 1000х1.5=1620 — мне совершенно непонятно:

---

И еще про несунов откровений в массы. В прошлой жизни, маркетологи PALO внезапно заявили, что у них там внутри не Li-ion акку, а суперконденсаторы.
Уж не знаю, с чего их так осенило, наверное соблазнила приставка «супер». А что такое суперконденсатор, зачем он нужен и почему он там как корове седло, они немного не в курсе. Про особенности суперконденсаторов и сравнение их с Li-ion можно узнать из этого обзора.
Короче, ерунда все это. Те, кто разбирал PALO, не дадут соврать.
Спасибо ChinaFar за разборку, ссылка:

Чипы, управляющие Li-ion 1.5В

Современные Li-ion 1.5В одноплатные и одночиповые. Десять лет назад это было отнюдь не так, ибо специализированных чипов тогда еще не придумали. И на холстом ходу оно жрало как не в себя (52...55мкА), а не как сейчас (4...10мкА).
10 лет назад, чтобы перекинуть богатый внутренний мир управляющей платы из корпуса С/D в корпус АА или ААА, инженерам ZNTER приходилось разделять плату на 2 части. А теперь вся эта красота аккуратно спрятана в одну махонькую микросхемку. На платке остались только пара конденсаторов, пара резисторов, светодиод и неизбежный дроссель для ШИМ.

Но в те далекие времена был и один явный плюс: работал режим сквозной зарядки (функция ИБП). По крайней мере, у ZNTER сквозная зарядка присутствовала во всех типоразмерах: ААА, АА, С, D.
А сейчас с этим совсем плохо: при постановке нынешних Li-ion 1.5В на зарядку через USB-шнурок вы неминуемо получаете на выходе 4.7...5В. Так что, предупреждаю сразу же — теперь перед зарядкой по USB надо отсоединяться от низковольтного потребителя, что бы его ненароком не спалить.

---

В чипе все зашито намертво.
Производитель может изменить только 1 параметр — cилу тока заряда в режиме Constant Current [сопротивление резистора Rprog на плате].
А пользователь или «специализированное устройство для заряда Li-ion 1.5В» вообще ничего не могут менять. Это не их ума дело.

---

Очень важная штука — форма разрядной кривой, которая определяется логикой работы чипа.

① 10 лет назад все было однозначно: одиночная ступенька без вариантов.
Все хохотали и радовались: стабильные 1.5В на выходе. Просадка под большими нагрузками есть, но она смешная по сравнению с самыми разнеможными батарейками и аккумуляторами.
При одной и той же силе тока нагрузка на ZNTER-340 в 2 раза больше, чем на Ладду-750. А просадка в 2 раза меньше.
Плохо то, что индикатор уровня заряда запитанного устройства постоянно показывает 100%. А потом устройство внезапно отрубается. И этот момент у многих стал вызывать чувство глубокой озабоченности ©.

② Прошло неск. лет, появились первые специализированные чипы и все они стали использовать алгоритм «две ступеньки». Разрядная кривая представляет собой 2 ступеньки по напряжению: первая (основная) 1.5В + вторая (информационная) 1.10-1.15В.
Условием перехода от первой фазы ко второй является снижение напряжения на внутреннем Li-ion 3.7В до определенного уровня. Обычно это 3.1...3.3В.

Опять все стало практически однозначно, ибо от одиночной ступеньки почти все производители быстренько поотказались.
Увы, но чувство глубокой озабоченности отпустило многих, но не всех.
Оказалось, что немалая часть нынешней электроники при напряжениях выше волшебных 1.1В уже отказывается работать. А значит, вторая ступенька для них не существует.

③ С 2023 года на рынок стали выходить чипы с разрядными кривыми типа «трапеция»***, которые на сей момент является оптимальными (имхо).
***SM5102 (HICHON) — найден в ААА Hoco ТУТ, а NDP4135DB (Deep-Pool Microelectronics) — используется в последних, самых «чотких» АА XTAR 4300mWh
Условием перехода со ступеньки на наклонную полку так же является снижение напряжения на внутреннем Li-ion 3.7В до определенного уровня.

④ В 2024 появились анонсы чипов, частично эмулирующих разряд ХИТ, что для больших нагрузок является несколько спорным решением из-за наличия просадки в середине и конце разряда. А с прошлого года на фабриках их начали ставить куда не попадя и достаточно массово. На сей момент мне известны уже три случая их обнаружения:
— Smartoools ААА, USB
— IMUTO без USB-порта
— Smartoools АА, USB — видео от КвП.
В видео от КвП наглядно показано отличие в разрядных кривых на малой нагрузке 100 мА:
(слева) чип LC9215D (2 ступеньки)
(середина) чип IP5167 (эмуляция ХИТ)
(справа) щелочная батарейка
При бОльших нагрузках разница становится более заметной.
А если заменить чип IP5167 на что-то дающее на выходе «трапецию», то получится четвертый вариант: чуть просаженная ровная ступенька от LC9215D с наклонной полкой в конце вместо второй ступеньки. И бОльшую часть времени напряжение на выходе будет несколько больше, чем в случае IP5167. Правда, в смысле информативности четвертый вариант слабее.
Как всегда, недостатки есть продолжение достоинств.

---

На рынке теперь 3 алгоритма разряда. А в отрасли наступил некоторый хаос/бардак.
• Вендоры не знают что продают сегодня и что будут продавать завтра.
• Покупатели покупают одного из 3 котов в мешке. При этом тщетно надеясь, что под знакомой оберткой окажется тот же самый кот, что и год назад.

— Дайте мне ситчика повеселее!
— Берите любой! У нас любой — обхохочешься…

• ОЕМ-щики заряжают в паяльные автоматы ленты с чипами, которые сегодня есть на складе, ибо обвязка у разных чипов единообразна или близка к тому.
Возможно, фабричные даже владельца бренда (вендора) не ставят в известность. А зачем? Во-первых объяснять долго. Во-вторых может не понять. А главное — оно ему и не нужно. Для успешных продаж нужны: удалой маркетинг, удачный дизайн и правильная логистика. Какие к чертям чипы и алгоритмы? Реальные потребительские свойства товара — это все от лукавого. Ну или для фирмачей типа XTAR-ов. Так у них и маржинальность выше в 2-3 раза.:)
А контор, «брендирующих» сейчас Li-ion 1.5В, три вагона и маленькая тележка. «Выпускают» все кому не лень, толком не понимая что там да как. Эдакий национальный промысел. Давеча смотрел видос — уже и Орико сподобилась. Для расширения ассортимента переходников и коробочек.

---

Что имеем на сей момент.

ССЫЛКИ
[1] — Аккумуляторы Smartoools ААА, заряжаемые по USB
[2] — Самые дешевые ААА Li-ion аккумуляторы, заряжаемые по USB и с 1.5В на выходе. Часть 2
[3] – Самые дешевые ААА Li-ion аккумуляторы, заряжаемые по USB и с 1.5В на выходе. Часть 3
[4] – Li-ion аккумуляторы с 1.5В на выходе. Теперь без USB-порта
[5] — Недорогие ААА Li-ion 1.5В, заряжаемые по USB. Часть 4. VariCore
[6] — АА XTAR 4150mWh
[7] — АА XTAR 4300mWh
[8] — сообщение от ChinaFar
[9] — видео от КвП

Про то как мультиметры сходят с ума. Ужосы пульсаций на выходе Li-ion 1.5В

Относительно пульсаций для начала гляньте видео на Трубе, с 920 сек. (дубль на Дзене, 15:00).

• Понятно, что пульсации на выходе будут всегда, ибо на борту импульсная понижайка. А после нее — вершина сглаживающего фильтростроения — керамический конденсатор в количестве одна штука.
• Понятно, что теоретически может существовать девайсина, крайне чувствительная к несильным пульсациям напряжения.
• Понятно, что чем больше нагрузка, тем больше размах тех пульсаций.

Правда, я пока не знаю примеры устройств, которые питаются от батареек, очень чувствительны к пульсациям и при этом жрут как не в себя, сотнями мА. Может быть, что-то постоянно использующее полупроводниковые сенсоры запахов, периодически запускающее мелкий шаговый двигатель и при этом обвешанное рандомно включающимися лампочками и свисто-перделками...:)

---

Но не суть. Главное, что под видосами по данной тематике (коих мною просмотрено уже несколько сотен) с завидной регулярностью появляются сообщения типа «от пульсаций по питанию мультиметры сходят с ума» или «мой мультиметр сходит с ума». Причем, «сходить с ума» это обязательная часть заявления.
Так как я никогда не видел сходящего с ума мультиметра, то решил глянуть как оно выглядит а-натюрель или, по-нашему, живьем.
Из своего основного мультиметра вынул батарейки и заменил их на Li-ion 1.5В MNKE (самые незатейливые и дешманские). Так как надо было вставить банки ААА в слоты для АА запихнул в свободное пространство плотные комки из кухонной люминиевой фольги.
Сделал замеры 3 параметров.
Потом батарейки вернул взад и сделал замеры тех же 3 параметров.
Результаты на коллаже ниже. Слева — одно питание, справа — другое. Где какое — внезапно забыл. Думаю, специалисты по схождению с ума мультиметров помогут напомнить.

---

Я это к чему. Теоретически проблема пульсаций существует. Но масштабы и важность оной… несколько преувеличены, как мне кажется.

Заключение

Что имеем в сухом остатке.

① Li-ion 1.5В — не химические источники тока (аккумуляторы). Это павербанки.
С одной стороны — более сложные по конструкции и принципу действия. С другой — более простые в использовании.

② Существуют 2 варианта исполнения Li-ion 1.5В:
— с USB-портом для заряда
— без USB-порта
В остальном это одно и тоже. Их обслуживают одни и те же чипы с единообразной обвязкой.
• USBшные варианты наиболее просты в использовании (не требуют ничего кроме розетки, адаптера питания и соединительного кабеля), но не герметичны.
А в случае ААА нет возможности размещения управляющей платы поперек корпуса, поэтому теряется емкость. Начиная с АА проблема исчезает.
• Без-USBшным вариантам для заряда требуется только одно — подать 4.6...5.5В постоянного напряжения на клеммы.
«Устройство для зарядки Li-ion 1.5В» должно понять с чем имеет дело, подать 5В, а потом просигнализировать что заряд закончен. Короче, просто стоять рядом и не мешать. Сам заряд осуществит встроенная плата управления.

③ Современные (одночиповые) Li-ion 1.5В не поддерживают режим сквозной зарядки (функция ИБП).
Более того, при постановке на заряд через USB-шнурок на выходе появляются 4.7...5В. Поэтому перед зарядкой по USB надо отсоединяться от низковольтного потребителя.

④ Еще несколько лет назад разрядная кривая всегда представляла собой 2 ступеньки по напряжению: первая (основная) 1.5В + вторая (информационная) 1.10-1.15В. Без вариантов.
Начиная с прошлого года чипы со ступеньками на выходе начали заменять на более продвинутые варианты: «трапеция» и «эмуляция ХИТ». Делается это внезапно, бессистемно, от партии к партии и без оповещения со стороны вендора, ибо он сам не в курсе. Поэтому не удивляйтесь, если вы покупали обычные «2 ступеньки», а попался «более ценный мех». В соседнем лоте будет продаваться тоже самое, но уже из другой партии.;)

⑤ На выходе Li-ion 1.5В всегда будут присутствовать пульсации. Это неизбежно.
Их размах будет зависеть от величины нагрузки и параметров единственного сглаживающего керамического конденсатора на плате управления. При нагрузках ~0,1А для ААА характерны размахи до 2%, для АА — до 1%. По слухам, существуют потребители, которые плохо относятся к этому: или чудят или вообще отказываются включаться.
Увы, за 9 лет весьма эпизодического пользования старенькими ZNTER я не разу не столкнулся с подобным безобразием. Хотя пульсации у тех ZNTER вроде как поядренее, чем у нынешних одночиповых. Но это ничего не значит. Просто нужно понимать, что ненулевая вероятность попадалова есть, только она не столь велика как некоторым кажется.

⑥ Современные чипы на холстом ходу потребляют 3...12 мкА (по известным мне даташитам). Чаще всего 4...6 мкА.
0.006 мАч
0.144 мАч за сутки
4.32 мАч за 30 суток
51.8 мАч за 1 год

На этом пока все.
Всего доброго.

PS. Выражаю особою благодарность ув. JohnJack за это сообщение, которое послужило лейтмотивом данной публикации.