Сегодня я бы хотел по косточкам разобрать такую штуку, как батарейный блок для электронной сигареты. Не смотря на простоту задачи, которая перед ним ставится, это достаточно сложная и технологичная вещь.
Я долго думал, как лучше и правильнее подать данный материал и в результате пришёл к выводу, что самый правильный способ подачи будет в виде истории развития. Так вы сможете понять, какие функции и почему появлялись :)
БАТАРЕЙНЫЕ БЛОКИ ПЕРВОГО ПОКОЛЕНИЯ
Первоначально на рынке появились электронные сигареты, которые копировали по внешнему виду обычные аналоговые сигареты. И это было одним из основных сдерживающих факторов, которые мешали развитию электронного парения.
Батарейный блок для них представлял из себя небольшую батарею емкостью 90-150 мАч. В нём был простейший электронный контроллер, который подавал напряжение на спираль испарителя при затяжке. Естественно, ни о каком объёмном, густом, вкусном паре при таких устройствах нельзя было даже мечтать. Слишком слабые токи были способны выдавать данные батареи, слишком малой емкостью они обладали.
Спустя некоторое время возник прорыв и многие компании начали выпускать устройства в форм-факторе eGo, который получил своё название из за продукта компании Joyetech, которая первая выпустила подобный продукт. Этот форм-фактор подразумевал батарейный блок диаметром 14 мм и емкостью от 650 мАч. Именно благодаря этим батарейным блокам электронные сигареты начали шагать по миру.
Благодаря своей большой емкости и большой токоотдаче (естественно, на тот момент) данный формат получил огромное распространение и до сих пор пользуется заслуженной популярностью для любителей недорогих, простых и неприхотливых устройств. Под данный формат выпускается огромное количество испарителей, которые конечно простые и недорогие, но при этом всё же качество и объём пара, которые они дают, оставляет желать лучшего. Но, повторюсь, на тот момент, это было очень хорошее решение.
Как всегда, энтузиастам всегда мало пара, всегда мало мощности, а иногда и мало денег, поэтому они оглянулись вокруг и положили глаз на популярные батареи формата 18650, которые используются в фонариках, ноутбуках, шуруповёртах и другой технике. Во первых, они общедоступны, во вторых, они недорогие, в третьих они обладают внушительной емкостью. Всё что оставалось, это сделать корпус с кнопкой и прикрутить испаритель. Что и было сделано, после чего получился мехмод.
Все данные батарейные блоки я бы отнёс к первому поколению, потому что у них у всех была одна общая критическая проблема, заключающаяся в том, что на спираль подавалось напряжение, которое выдавала батарея. Разница только в способе подачи напряжения и механизмах защиты и зарядки. В батарейных блоках формата аналоговых сигарет и eGo подключение происходит электронным способом, за счёт электронной платы. В мехмодах вообще всё механическое, нажали кнопку, замкнули контакт, энергия пошла. Так что же плохого в том, что на спираль энергия подается на прямую с батареи? Взгляните на следующий график:
Как вы можете легко заметить, когда батарея полностью заряжена, напряжение, которое она выдает, составляет 4,2В. Затем, по мере разряда, выдаваемое напряжение так же падает и под конец резко обрывается. Следовательно, мы включаем заряженную батарею, получаем много пара. Потом пара становится всё меньше и меньше, пока батарея практически полностью не разрядится. Если мы настроим испаритель таким образом, что бы он выдавал нужный нам пар при напряжении от 3,8 до 3,6В, то при полностью заряженной батарее мы можем получить гарик, а при падении напряжения ниже 3,6В пара будет мало. Это всё не очень удобно и это главная проблема батарейных блоков первого поколения.
Естественно, производители так же задумывались над решением данной проблемы и первое, что они сделали, добавили режим стабилизации напряжения. В этом режиме выходное напряжение с батареи подавалось не на прямую на спираль, а проходило через простейший ограничитель выходного напряжения, который обрезал выходное напряжение до 3,3В. В результате, получилось какая никакая стабильность, пока напряжение батареи выше 3,3В, на выходе всегда 3,3В, когда упало ниже, не страшно, считаем батарею разряженной и выключаем её.
БАТАРЕЙНЫЕ БЛОКИ ВТОРОГО ПОКОЛЕНИЯ
К второму поколению я отношу батарейные блоки с функциями контроля выдаваемого напряжения и выдаваемой мощности.
ВАРИВОЛЬТЫ
Первыми появились варивольты. Эти батарейные блоки уже оснащались более сложной платой управления, иногда небольшим LCD или OLED экраном, на котором отображались заданные пользователем параметры. Регулировка выдаваемого напряжения осуществлялась с помощью электронных кнопок через меню или с помощью обычного механического вращающегося регулятора.
Именно благодаря функции контроля выходного напряжения жизнь парильщиков существенно облегчилась. Теперь, намотав спираль, вам было достаточно сделать несколько затяжек, подобрав выходное напряжение и наслаждаться паром, не завися от того, какой разряд батареи, ведь батарейный блок всё время выдаёт на спираль одно и то же напряжение, причём заданное вами.
Естественно, батарейные блоки с функцией варивольта выпускались как в формате eGo, так и более большие, под батареи форм-фактором 18650.
На некоторое время варивольты стали хозяевами рынка, но у парильщиков возникла очередная хотелка. Дело в том, что при замене спирали вам необходимо каждый раз настраивать выходное напряжение таким образом, что бы получить нужный вам пар. Что не очень удобно. Так же во время парения свойства самой спирали потихоньку изменяются, меняется сопротивление, хоть и не сильно, и приходится постоянно изменять выходное напряжение, что бы добиться нужного пара. Для решения этой проблемы на рынок были выпущены батарейные блоки с функцией вариватт.
ВАРИВАТТЫ
По сути представляют из себя те же варивольт, в который добавили механизм измерения сопротивления спирали и алгоритм расчёта выдаваемого напряжения таким образом, что бы в любой момент добиться подачи на спираль заданной пользователем мощности. Эти устройства сразу решали обе проблемы, вы задали выдаваемую мощность, и какую бы вы спираль не поставили, как бы не менялось её сопротивление, вариватт самостоятельно измерит её сопротивление и выдаст именно то напряжение, которое необходимо.
Эпоха варивольтов/вариваттов продолжалась достаточно долго (по меркам рынка) и до сих пор огромное количество батарейных блоков присутствует на рынке и пользуются заслуженной популярностью, не в последнюю очередь за счёт своей простоты и низкой цены. Но рынок есть рынок, на нем постоянная конкуренция, он требует новых разработок. И вот на рынке появилась новинка, батарейные блоки с функцией контроля температуры нагрева спирали.
БАТАРЕЙНЫЕ БЛОКИ ТРЕТЬЕГО ПОКОЛЕНИЯ С ТЕРМОКОНТРОЛЕМ
Для чего нужно контролировать температуру нагрева спирали? Да всё очень просто, что бы избавиться от всем надоевших гариков. При этом стоит учесть, что гарики возникают далеко не всегда из за не верно выставленной мощности. Зачастую достаточно просто забыть залить жидкость, в результате чего на спираль будет подана мощность, а испарения практически не будет. В результате спираль нагреется слишком сильно и мы поймаем гарик. Это основная причина появления данных устройств, их девиз «Забудьте про гарики!».
Как же оно работает? Как всегда, всё гениальное просто. У каждого материала есть сопротивление, которое меняется при изменении температуры, при этом степень изменения сопротивления в зависимости от температуры описывается температурным коэффициентом. У некоторых материалов данный коэффициент не велик (фехраль (в простонародье Кантал А1), нихром), а у некоторых наоборот (никель, титан, 316 нержавеющая сталь). Соответственно, если мы знаем данный температурный коэффициент и сопротивление спирали при комнатной температуре, мы можем достаточно точно регулировать температуру спирали, просто постоянно измеряя сопротивление и регулируя подаваемое напряжение.
Что же даёт термоконтроль? Естественно, отсутсвие гариков, ведь если температура спирали начинает расти, батарейный блок начинает уменьшать подачу мощности до тех пор, пока полностью не прекратиться подача. Вторым приятным свойством термоконтроля стало возможность получения холодного пара. Не все любят, когда спираль нагревается слишком сильно, пар горячий и обжигающий. С термоконтролем вы можете просто уменьшить температуру спирали и наслаждаться холодным паром.
Ну что, с историей мы разобрались, теперь пробежимся немного по характеристикам, функциям батарейных блоков, что бы вы, уважаемые читатели, просматривая характеристики очередного батарейного блока, имели представление о том, что это за характеристика, о чём она нам говорит и зачем она нужна :)
МЕХАНИЗМЫ ЗАЩИТЫ СОВРЕМЕННЫХ БАТАРЕЙНЫХ БЛОКОВ
Не смотря на небольшой размер батарей, которые используются в батарейных блоках, не верная их эксплуатация может быть чревата большими проблемами, в плоть до возгорания и взрыва батарей. Поэтому в батарейных блоках очень много внимания уделяется системам защиты.
ЗАЩИТА ОТ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
Как бы мы не старались, но всегда есть вероятность ошибки при намотке спирали или просто заводской брак. Если испаритель, в котором спираль замкнута, подключить на батарейный блок без защиты, батарея начнёт выдавать максимально возможный для неё ток, работая в режиме короткого замыкания. Это не штатный режим для неё, в результате она начинает разогреваться, раздуваться, может загореться и даже взорваться.
Данной функцией оснащены все современные батарейные блоки, даже простейшие, кроме мехмодов.
ЗАЩИТА ОТ ПЕРЕРАЗРЯДА БАТАРЕИ
Современные батареи LiPo достаточно капризные и очень не любят переразряда, то есть разряда батареи ниже определённого порога. Если вы сильно разрядите батарею, она вполне может выйти из строя, а срок её эксплуатации существенно сократиться. Что бы избежать данной неприятности, все современные батарейные блоки (за исключением мехмодов) оснащены системой, которая постоянно проверяет напряжение батареи и если оно падает ниже определённого граничного значения, прекращают подачу напряжения на спираль и выключают батарейный блок.
ЗАЩИТА ОТ НЕВЕРНОЙ ПОЛЯРНОСТИ
Актуально для батарейных блоков, в которых имеется возможность заменять батареи. Ранние версии не имели данной защиты и, когда пользователь в попыхах или по невнимательности устанавливал батарею не той стороной, электроника батарейного блока выходила из строя. Данная защита предотвращает выход электроники из строя и просто не даёт запуститься батарейному блоку.
ЗАЩИТА ОТ ПЕРЕГРЕВА
Когда батарейные блоки работают на больших мощностях, батарея и внутренние компоненты могут достаточно сильно разогреваться, что может привести к выходу из строя батарейного блока или даже возгоранию батареи. Что бы этого не случилось, внутри батарейного блока размещают датчики температуры. Если температура внутри батарейного блока повышается выше заданного предела, батарейный блок отключается.
ОТСЕЧКА ПРИ ДЛИТЕЛЬНОМ НАЖАТИИ
Длительность затяжки редко когда превышает 10 секунд, поэтому в батарейные блоки ставят механизм отсечки. Он работает достаточно просто, если кнопка подачи мощности нажата больше определённого времени, батарейный блок прекращает подачу напряжения на испаритель. Очень помогает сберечь испаритель, когда батарейный блок например лежит в кормане и случайно нажимается кнопка. Срабатывает защита и он выключается… а так будет жарить пока испаритель не расплавиться. Естественно, данной функции нет в мехмодах.
БЛОКИРОВКА КНОПКИ ПОДАЧИ МОЩНОСТИ
Позволяет заблокировать кнопку подачи мощности. При нажатии в режиме блокировки мощность не подаётся. Как раз используется при переноске и транспортировке.
ТИПЫ КОННЕКТОРОВ БАТАРЕЙНЫХ БЛОКОВ И ИСПАРИТЕЛЕЙ
На данный момент на рынке сложились свои форматы коннекторов, с помощью которых происходит соединение батарейных блоков и испарителей. 99% батарейных блоков используют два типа коннекторов
КОННЕКТОР ТИПА EGO
Очень часто используется на батарейных блоках данного формата. Позволяет использовать испарители с коннектором eGo и коннектором 510, просто вкручивая его во внутреннюю резьбу. Но если использовать батарейный блок eGo с испарителем с 510 коннектором, то выглядит это дело не очень красиво.
КОННЕКТОР ТИПА EGO
Данный коннектор более универсален, позволяет подключать большие испарители и держать их достаточно крепко.
К батарейным блокам с 510 коннектором можно подключить только испарители с 510 коннектором, eGo испарители на прямую использовать нельзя, приходится использовать переходники. Но это не большая проблема, потому что 99% больших испарителей (с диаметром больше 14 мм) на сегодняшний день используют 510 коннектор, который потихоньку вытесняет eGo коннектор
ОСОБЕННОСТИ КОННЕКТОРОВ БАТАРЕЙНЫЙ БЛОКОВ
Зачастую производители батарейных блоков указывают ещё несколько параметров для своих коннекторов.
РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЦЕНТРАЛЬНЫЙ КОНТАКТ
На батарейные блоки устанавливаются разные испарители, у каждого испарителя центральный контакт может быть как выпирающим, так и сидящим глубоко.
При этом не все производители испарителей реализуют возможность регулировать длину центрального контакта.
В этой ситуации, если на батарейном блоке нет возможности регулировать длину центрального контакта, на испарителе тоже нет данной возможности и контакт сидит глубоко, возможна ситуация плохого контакта между батарейным блоком и испарителем.
ПОДПРУЖИНЕННЫЙ ЦЕНТРАЛЬНЫЙ КОНТАКТ
Более продвинутый вариант регулируемого центрального контакта. Установлена дополнительная пружина, которая постоянно прижимает центральный контакт коннектора батарейного блока к центральному контакту испарителя. На большинстве современных батарейных блоков уже стало стандартом де-факто. Но всё же стоит обращать внимание на данный параметр, очень уж удобная вещь.
ТИПЫ БАТАРЕЙ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В БАТАРЕЙНОМ БЛОКЕ
Современные батарейные блоки используют два типа батарей, встроенную или заменяемые.
Встроенные батареи уже интегрированы в батарейный блок и не могут быть заменены (ну, конечно могут, но гарантии вы точно лишитесь, да и подобрать похожую будет затруднительно.
К плюсам таких батарейных блоков можно отнести компактные размеры, отсутсвие необходимости приобретать батареи отдельно и полное соответствие заявленным характеристикам с точки зрения мощности.
Минусами таких батарейных блоков является необходимость зарядки только по USB, что может быть не удобно в дороге, когда под рукой нет USB адаптера, а так же длительное время зарядки. Да, они позволяют заряжаться и парить одновременно, но всё равно от зарядки далеко вы не уйдёте.
Батарейные блоки с заменяемыми батареями подразумевают возможность заменить батарею. Обычно используются батареи формата 18650 и 26650. При выборе стоит учесть, что обычно батарейные блоки не имеют батарею в комплекте, вам необходимо покупать её отдельно или воспользоваться теми, что у вас уже есть. Так же обратите внимание на тот факт, что батарейный блок может обеспечить заявленную мощность только при использовании высокотоковых батарей и вы вполне можете столкнуться с ситуацией, когда ваши батареи не обеспечивают заявленной производителем батарейного блока мощности.
Использование таких батарейных блоков зачастую более удобно. Вы можете купить несколько батарей, зарядить их дома, а потом просто поменять севшую за несколько секунд. Так же многие батарейные блоки имеют USB разъём, позволяющий заряжать батарею от USB порта. В результате, вы получаете универсальное решение.
Минусы тоже имеются. Вам надо дополнительно покупать батареи, так же не плохо докупить зарядное устройство, что бы заряжать батареи.
ТИП РЕГУЛИРОВКИ НАПРЯЖЕНИЯ И МОЩНОСТИ
Что варивольт, что вариватт имеют на плате так называемый DC/DC преобразователь, в задачу которого входит обеспечение на спирали определённого напряжения. На данный момент на рынке присутствует два типа DC/DC преобразователей.
Линейные. Это означает, что на спираль будет подаваться стабильное, заданное пользователем напряжение, на графике это будет выглядеть так:
Импульсные преобразователи работают по другому. Они выдают на выходе набор импульсов с постоянной амплитудой, а энергия, которая подаётся, регулируется за счёт длительности и скважности этих импульсов. Чем длиннее импульсы и чем чаще они следуют друг за другом, тем больше энергии поступает на спираль.
Замечание!
Господа инженеры, я понимаю, что объясняю очень и очень упрощённо, есть много вариантов реализации и типов, но это объяснение не для вас, мне главное передать общую суть процесса.
Так вот. С точки зрения физики инертность нагрева спирали на столько высока по сравнению с длительностью и скважностью импульсов, что по идее не должно быть разницы между тем, каким образом подавать энергию, импульсами или линейно. Но парильщики разницу чувствуют. Обычно линейные преобразователи используются в дорогих устройствах, большинство же устройств на рынке имеет импульсные преобразователи.
ДИАПАЗОН ПОДДЕРЖИВАЕМЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ ИСПАРИТЕЛЯ
Производители указывают диапазон сопротивлений, с которыми может работать их батарейный блок. Если раньше минимальное сопротивление испарителя составляло 1Ом, всё что ниже считалось коротким замыканием, то современные батарейные блоки с функцией контроля температуры способны работать с испарителям с сопротивлением от 0,05Ом. Это связанно с тем, что никель, не смотря на свой отличный температурный коэффициент, позволяющий ему работать на устройствах с температурным контролем, обладает очень низким сопротивлением.
При выборе батарейного блока обращайте внимание на этот параметр, вполне возможна ситуация, что вы приобретёте батарейный блок, который не сможет работать с вашим испарителем из за слишком низкого его сопротивления.
МОЩНОСТЬ ВЫДАВАЕМАЯ БАТАРЕЙНЫМ БЛОКОМ
На данный момент производители батарейных блоков заявляют мощности в 200Вт. Поверьте, я мало себе представляю ситуацию, когда такая мощность вам может понадобиться. Средняя мощность, на которую рассчитаны современные испарители лежит в диапазоне от 20 до 60Вт, некоторые устройства работают до 100Вт, но это скорее исключение из правил. Но если хочется больше и с запасом, то конечно выбор за вами :)
ТЕРМОКОНТРОЛЬ
Эту функцию я описывал выше, но в ней есть несколько параметров, которые существенно влияют на результат, поэтому пробежимся по ним.
МАТЕРИАЛ, НА КОТОРОМ РАБОТАЕТ ТЕРМОКОНТРОЛЬ
Разные материалы имеют разные температурные коэффициенты. Что бы корректно работать с данным материалом спирали в режиме термоконтроля, батарейный блок должен поддерживать этот материал. Обращайте на это внимание при выборе батарейного блока. Хотя в последнее время многие производители добавили такую функцию, как TCR (Temperature Coefficient of Resistance), которая позволяет добавлять к существующим режимам температурные коэффициенты именно для вашего материала спирали, а следовательно получать или более точную работу, или использовать материалы, не предусмотренные изначально.
ДИАПАЗОН ТЕМПЕРАТУР
Производители так же зачастую указывают диапазон температур, в котором способен работать термоконтроль. На этот параметр я бы вообще не стал обращать внимания, разве что он слишком узкий. Большинство современных батарейных блоков работают с диапазонами температур от 100 до 315℃ или от 200 до 600°F.
БЛОКИРОВКА НАЧАЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ
Данная функция позволяет вам заблокировать начальное сопротивление. Термоконтроль работает следующим образом. При первом подключении испарителя и перевода батарейного блока в режим контроля температуры, батарейный блок измеряет сопротивление подключенного испарителя и запоминает его, от него он рассчитывает сопротивление спирали и её температуры. Но бывают ситуации, когда мы открутили испаритель, например, что бы его заправить, прикручиваем обратно, батарейный блок видит, что сопротивление изменилось (испаритель нагрет) и начинает задавать уточняющие вопросы, точно ли это старый испаритель или может быть новый и нужно заново калибровать начальное сопротивление. Что бы этого не происходило, мы блокируем начальное сопротивление и батарейный блок полностью уверен в том, что испаритель не менялся.
ОБНОВЛЕНИЕ ПРОШИВКИ
Очень полезная штука. В новых версиях прошивки появляются новые возможности, новые режимы, многие батарейные блоки «внезапно» начинают выдавать большую мощность, чем было первоначально заявлено. Меняется и интерфейс отображения, а в самых продвинутых есть отдельное приложение, позволяющее полностью настраивать ваш батарейный блок с помощью компьютера.
Вроде на этом всё. Если что забыл, пишите в комментариях, расскажу в следующих статьях.
