Навигатор Garmin GPSmap 60CSx и Li-ion аккумуляторы.
В самом конце инструкции по эксплуатации к моему навигатору Garmin GPSmap 60CSx сказано: "При низких температурах алкалиновые батареи теряют значительную часть своего заряда. При использовании устройства GPSmap 60CSx при отрицательных температурах советуем Вам пользоваться литиевыми батареями." В меню настроек навигатора есть список выбора типа питающих элементов, среди которых есть и Li-ion. А если сравнить ёмкость Ni-MH и Li-ion аккумуляторов, то выбор будет не в пользу первых. Конечно разница небольшая, но у лития есть два больших преимущества: первое - низкий саморазряд, второе - они легче на 35% при тех же габаритах (справедливо для типоразмера 14500 или АА).
В первом случае для расчёта выбраны аккумуляторы GP2700, мелким шрифтом на них написано, что 2700 это не ёмкость, а некий индекс. Ёмкость же их составляет 2600 мА*ч. Напряжение соответствует номинальному напряжению двух аккумуляторов соединённых последовательно. Во втором случае использую аккумуляторы китайского производства UltraFire ёмкостью 900 мА*ч. Включать два литиевых акума последовательно и подавать на навигатор 8,4 В было страшновато, поэтому я сначала попробовал подключить к клеммам стационарный блок питания, выставил на нём 4,2 В, а в меню настроек навигатора выставил "Li-ion". Индикатор заряда на экране показал полный заряд, затем я очень медленно стал уменьшать напряжение блока питания и при 2,9 В навигатор показал полный разряд. Теперь ясно что либо надо городить специальный аккумулятор, состоящий из двух параллельно соединённых аккумуляторов, либо сделать в навигаторе переключатель, который особым образом коммутирует подключённые банки параллельно или последовательно.
Я сначала решил попробовать первый вариант - соединить аккумуляторы таким образом. "Раздел" два акума, соединил их корпуса (то есть минусы в прямом контакте), между корпусами проложил скрученную спиралькой медную проволоку диаметром около 1 мм. Это чтоб контакт был лучше и аккумуляторы чуть развести в стороны. Плюсы соединил проводом МГТФ 0,35. Всю эту конструкцию стянул термоусадкой. Но конструкция получилась громоздкой и жутко некрасивой (сами видите на фотке) поэтому я даже испытывать не стал, она еле-еле втискивалась в батарейный отсек. Там ещё минус одного из аккумуляторов надо изолировать, иначе когда вставишь эту конструкцию в отсек нижние лепестки (те которые замыкают плюс одного акума на минус другого) замкнут конструкцию накоротко, а это чревато последствиями.
Затем я решил ваять вариант №2, то есть оставить аккумуляторы в покое и менять схему подключения акумов к токосъёмным контактам навигатора. По схеме видно, что когда переключатель находится в положении "Alkaline/Ni-MH" аккумуляторы соединены последовательно (как обычно), а когда переключаем в положение "Li-ion", то две банки аккумуляторов соединяются параллельно.
Я долго искал подходящий переключатель, чтобы и две группы переключающих контактов и микроразмеры, но всё безуспешно.
Пока не наткнулся на "мёртвое тельце" MP3-плеера одного из коллег по работе. Из него то я и взял нужные мне запчасти. Правда это не один переключатель с двумя группами контактов, а два переключателя склеенных вместе Суперклеем. Но какая разница, главное то, что можно осуществить задуманное.
Нижнюю контактную пластину надо разделить на две половины. К каждой подпаивается провод идущий к переключателю согласно схеме.
Получилось не очень стильно и совсем не гламурно, но работает. Ну чтож, теперь к испытаниям. Заряжаем аккумуляторы, вставляем в приёмник, предварительно выставив переключатель в соответствующее положение, и включаем устройство. Главное чтоб приём был и спутники были видны. По-умолчанию приёмник пишет координаты в файл на флешку. Кроме координат туда же записывается время по Гринвичу для каждой точки, вот по этим меткам можно точно определить когда приёмник был включён, и когда он выключился. После тестирования подключаем ГПС к компьютеру, выбираем режим USB-накопителя и заходим внутрь его как на обычную флешку (можно просто вынуть карту памяти и прочитать её с помощью картридера. Там находиться большое количество файлов (это я про свой навигатор) с названиями ГГГГММДД.gpx. Как вы понимаете ГГГГ в названии обозначает год, ММ - месяц и ДД - день записи трека. По этим названиям легко найти нужный трек. Открываем его Блокнотом и находим тэг "time" самый первый и самый последний и считаем сколько времени проработал прибор. Результаты в таблице:
Тип аккумулятора
NiMHаккумуляторы
Li-ionаккумуляторы
Температура тестирования, оС
+20
-5
+20
-5
Время работы сразу после зарядки, час
19,83
19,25
(-3%)
14,40
(-27%)
13,38
(-33%)
Отданная энергия, Вт*час
5,3541
5,1975
3,888
3,6126
Время работы спустя 5 суток после зарядки, час
19,40
(-2%)
Отданная энергия, Вт*час
5,238
Время работы спустя 7 суток после зарядки, час
18,50
(-7%)
Отданная энергия, Вт*час
4,995
Я сильно удивился, увидев как плохо показали себя Li-ion аккумуляторы. Для сравнения за 100% в таблице приняты NiMH аккумуляторы при +20°С. Li проиграл им 27%. Я решил оправдать применение Li большим саморазрядом NiMH аккумуляторов. Но и здесь они оказались не так плохи, как их малюют: -7% за 7 дней, а я читал что за это время они теряют до 15% заряда. Конечно потеря 7% за 7 дней это не мало, но это имеет значение в том случае, если вы идёте в долгий автономный поход, у меня больше 4 дней автономии не было, да и скорее всего не будет. Во-вторых эта потеря максимальна в первые дни, затем саморазряд уменьшается.
Ну и наконец я решил проверить то, с чего всё началось - работу аккумуляторов при отрицательных температурах. GPS-приёмник поместил между рамами окна на работе, туда же поместил термопару и время от времени снимал показания. На улице стояли сильные морозы, утром температура между рамами была -8 °С, к середине дня температура поднималась до -5 °С, а к вечеру опять незначительно падала. И тут NiMH аккумуляторы обогнали, потеряв 3% энергии вместо 7% у Li. Общая потеря лития относительно "тёплого" NiMH составила аж 33%, что не есть гуд. Я решил прекратить на этом опыты в связи с нецелесообразностью использования Li-ion аккумуляторов в питании навигатора.
После этих опытов мне стало интересно: сколько же реально мА*ч в этих литиевых банках. Померив потребляемый ток навигатора я посчитал его мощность:
Зная потребляемую мощность и время работы считаем отданную аккумуляторами энергию (я её в начале статьи назвал Ёмкостью):
Вот тут-то и видна разница между расчётными цифрами и экспериментальными. NiMH аккумулятор проиграл теоретическим выкладкам 14%, а вот Li-ion все 42%!!! Не хилая "просадка" скажу я вам! Ну и если посчитать привычные всем мА*ч:
Ni 2230мА*ч вместо 2600 - приятно удивили, я и не ждал от них большего особенно если учесть, что я их эксплуатирую уже два сезона. А вот Li 525мА*ч вместо заявленных 900 - это уж совсем никуда не годиться. Я конечно не ждал от них заявленных цифр, рассчитывал на 700-750мА*ч, но чтоб так... Да, они дёшевы, 4,30$ за пару (~65руб за аккумулятор), но возить с собой кучу акумов пусть даже и дешёвых совсем не хочется. Ещё один балл против Li - нужно специальное зарядное устройство. Я решил проверить ещё одно обстоятельство: дело в том, что электроника навигатора отключалась при напряжении 2,0В для NiMH аккумуляторов (1В на банку) и 3В для лития. По всем нормам NiMH аккумуляторы отдают 100% энергии при разряде до 0,85В на банку, а литий можно разряжать до 2,75В. Возможно низкие показатели литиевых аккумуляторов обусловлены слишком ранним выключением. Я подключил заряженный аккумулятор к нагрузочному стенду и разрядил его стабильным током 250мА до напряжения 2,75В. Это заняло 2ч 8мин.
Как видно чуда не произошло. Ну значит не судьба. Попробую заказать у китаёзов ещё какие-нибудь литиевые аккумуляторы типоразмера 14500 и поиздеваюсь над ними. Если будут хорошие результаты - напишу.
Пока оформлял статью пришли новые аккумуляторы, а когда начал их тестировать обнаружилось два трабла. Первый - перегорел один из переключателей, те что я из сломанного MP3-плеера извлёк. Видимо каким-то образом получилось, что литиевые аккумуляторы были по-разному заряжены (один из них недозаряжен). Напряжения не выравнены и при помещении их в батарейный отсек и, естественно запараллеливании, через эти микрики потёк слишком большой ток выравнивания банок и один из них не выдержал. Поэтому дальнейшие эксперименты с Li-ion аккумуляторами в GPS-приёмнике проходили на одной подключенной банке.
Второй трабл - неправильные установки записи трека. В GPSmap 60CSx трек может писаться "по времени" - точки записываются через определённые промежутки времени, "по расстоянию" - точки записываются при изменении координат на определённое значение, и "авто" - навигатор сам принимает решение и когда двигаешься медленно или стоишь пишет "по времени", а когда быстро передвигаешься - "по расстоянию". А у меня навигатор лежал на работе неподвижно и как он усреднял точки непонятно. Поэтому я переключил запись "по времени", задал интервал записи 1 минута и повторил эксперимент не только с новыми акумами, но и проверил старые. Результаты в таблице:
Так как литиевые аккумуляторы тестировались по одному, в строке "Отданная энергия" в скобках дано удвоенное значение, полученных в результате эксперимента, данных. Как видно по NiMH и UltraFire они не сильно отличаются от первого эксперимента. Цифры получились чуть выше, скорее всего из-за усреднения точек навигатором и, как следствие, неправильный расчёт времени разряда.
Аккумуляторы TrustFire имеют в своём составе плату защиты, электроника разрывает цепь когда на аккумуляторе напряжение выше 4,4 В или ниже 2,5 В. Это весьма предельные значения для лития, но если вы собираетесь использовать литий, то отслеживание напряжения на банках - необходимость. Верхний предел блюдёт зарядное устройство, поэтому здесь эта функция защитной платы не используется, а вот если разрядить аккумулятор ниже 2,75 В, то это сильно влияет на его ёмкость. И чем глубже разряд, тем больше падение ёмкости, в этом я уже убедился.Перед тестированием в GPS-навигаторе я решил проверить их ёмкость на нагрузочном стенде, как и купленные до этого. Сначала я подключил его как есть, то есть с защитной платой:
А потом без этой платы:
Ну это уже ближе к истине в 900 мА*ч, которые заявляют китайцы. Есть небольшая разница, чуть больше 3%, но, думаю, это невысокая плата за сохранность аккумулятора. Но так как навигатор сам отслеживает состояние питания, то надобность в защите отпадает.
Морозить я их не стал, и так понятно что большой разницы между Li и NiMH не будет.
Выводы
Обоснованность применения Li-ion аккумуляторов в навигаторе при низких температурах не подтвердилась. Может быть Garmin ведёт речь о каких-то "особенных" аккумуляторах, но сколько я не искал, найти их так и не смог.
В целом, целесообразность использование лития в навигаторе тоже под сомнением. В долгом автономном походе и при использовании этих аккумуляторов не только для навигатора, но и для других устройств это обосновано низким саморазрядом и меньшим весом. Но при ПВД1, 2, 3, 4, на мой взгляд, проще использовать NiMH или алкалиновые батареи.
Доработка навигатора была в конце концов ликвидирована как ненадёжная и схема его питания вернулась в первоначальное состояние. В будущем попробую запитать его от бортовой сети велосипеда, а в самом навигаторе в качестве резерва будет установлен один TrustFire.
Не всему, что написано на китайских изделиях, надо верить. Как правило это завышенные показатели. Но даже при всём при этом материальная выгода их применения налицо.
После публикации статьи, мне умные люди объяснили что в инструкции речь идёт о первичных Li-ion элементах, а не о аккумуляторах. Это литий-железодисульфидные батареи, они не перезаряжаются, имеют напряжение 1,5 В (как у солевых и щелочных), обладаю высокой ёмкостью (3 - 4,5 А*ч для формфактора АА) и рекордно низким саморазрядом (1 - 2 % в год). Единственный минус этих батарей - высокая цена. Хотя, всё относительно...
