Tipy

Jak měřit kapacitu baterie a převádět farady na ampérhodiny » Informace pro elektrikáře

Náboj Q, jako množství elektřiny, se měří v coulombech (C), elektrická kapacita kondenzátorů C se měří ve faradech, mikrofaradech (μF), ale z nějakého důvodu se kapacita baterií neměří ve faradech, ale v ampérhodinách (miliampérhodinách).

Co to znamená? Jeden ampér je coulomb za jednu sekundu, z fyziky víme, že pokud vodičem projde za 1 sekundu elektrický náboj rovný 1 coulombu, pak vodičem protéká proud o síle 1 ampéru.

Co je to tedy ampérhodina? Ampérhodina (Ah) je kapacita baterie, při které se při sníženém proudu 1 ampér baterie vybije za 1 hodinu na minimální povolené napětí.

Například pro lithium-iontovou baterii typu 18650 s kapacitou 3400 mAh to znamená, že baterie při proudu 340 mA bude schopna nabít svůj náboj za 10 hodin a autobaterie s kapacitou 55 Ah se vybije z přibližně 12,8 na 10,8 voltů za 2 hodiny při vybíjecím proudu 27,5 A.

Jak asi víte, baterie nelze vybít do nuly a ve skutečnosti má každý typ baterie minimální povolené napětí, na které lze baterii vybít bez újmy.

Například olověnou autobaterii nelze vybít pod 10,5 voltu, zatímco lithiovou baterii nelze vybít pod 2,75 voltu. Pokud jsou tyto tolerance porušeny, životnost baterie se vybije mnohem rychleji, než by tomu bylo při dodržování doporučení týkajících se minimálního napětí.

Kapacita baterie se tedy odhaduje na základě regulovaných norem pro různé typy baterií: autobaterie se testují 20hodinovým vybíjecím cyklem a lithiové baterie 5hodinovým cyklem. Plně nabitá baterie se vybíjí předem zvoleným proudem I na minimální povolené vybíjecí napětí, přičemž se měří doba vybíjení T. Na konci experimentu vynásobením proudu a naměřeného času získáme hodnotu skutečné kapacity baterie v ampérhodinách. Q = IT.

Nejjednodušší způsob experimentálního odhadu kapacity baterie známého typu

Takže pro měření kapacity baterie nejjednodušším, ale pečlivým způsobem, bez použití speciálních zařízení, ji lze plně nabít a vybít pomocí rezistoru se známou přijatelnou hodnotou.

Například přípustné neškodné napětí úplného vybití lithiového článku typu 18650 je 2,75 voltu a napětí jeho plného nabití se bere jako 3,75 voltu. Nezapomeňte, že takové baterie se ve speciálních nabíječkách nabíjejí napětím maximálně 4,35 voltu!

Řekněme, že máme plně nabitou baterii. Zvolme průměrný vybíjecí proud 325 mA, vezměme rezistor 10 Ohmů s výkonem 2 W – s rezervou. Změřme počáteční napětí na svorkách baterie, řekněme, že se ukázalo být přesně 3,75 voltu, a připojíme rezistor ke svorkám a zároveň si zaznamenáme čas na hodinách. Poté budeme sledovat voltmetr – po kolika hodinách napětí klesne na 2,75 voltu.

Například po 10 hodinách a 27 minutách se napětí na baterii zvýšilo na 2,75 voltu a na začátku to bylo 3,75 voltu, a to při vybíjení přes rezistor 10 ohmů. Kapacitu lze tedy již odhadnout s dobrou přesností: počáteční proud 3,75/10 = 375 mA, koncový proud 2,75/10 = 275 mA, průměrný proud (375+275)/2 = 325 mA. To znamená, že během 10,45 hodin baterie dodávala průměrný proud 0,325 A, proto je kapacita rovna Q = 10,45 * 0,325 = 3400 mAh. I když se jedná o hrubý, ale spolehlivý způsob, jak odhadnout kapacitu baterie.

Přečtěte si více

Jak nastavit kulový kohout do požadované polohy

Autobaterie

Pro měření kapacity autobaterie je vhodné použít běžnou 60wattovou žárovku světlometu. Ta poskytne průměrný proud 5 ampérů. Připojte žárovku a voltmetr k plně nabité baterii (do cca 12,5-12,8 voltů) a současně zaznamenávejte čas. Když napětí klesne na 10,8 voltů, odpojte žárovku a zaznamenejte uplynulý čas. Pokud například uplynulo 9 hodin, pak je skutečná kapacita této autobaterie Q = 9*5 = 45 Ah.

Převod faradů na ampérhodiny

Baterie má na rozdíl od kondenzátoru velmi velkou nelinearitu na vybíjecí křivce. Přesto se někteří milovníci experimentů snaží a uspějí v tom, že v některých aplikacích nahradí baterii superkondenzátory.

1 ampérhodina je 3600 coulombů. Řekněme, že chceme získat kondenzátorovou baterii s ekvivalentními vybíjecími charakteristikami, byť na krátkém úseku, jako 12voltová baterie s kapacitou 55 ampérhodin. 55 ampérů za hodinu je 55*3600 coulombů.

Přijměme změnu napětí z 13 na 11 voltů, pak protože Q = C(U1-U2), pak C = 55*3600/2 = 99000 F. Téměř 100 kilofaradů je ekvivalentní elektrická kapacita autobaterie, pokud by její vybíjecí charakteristika byla stejná jako u kondenzátoru.

Na internetu je video, kde šest superkondenzátorů s kapacitou 3000 F, každý 2,7 V, zapojených do série, nahrazuje startovací baterii auta. To je 500 F při přibližně 16 V.

Odhadněme, jaký proud a po jakou dobu může taková sestava poskytnout. Pracovní rozsah vezměme opět od 13 do 11 voltů. Po jakou dobu můžeme očekávat proud 200 A (s rezervou)? I = C(U1-U2)/t, pak t = C(U1-U2)/I = 500*2/200 = 5 sekund. Dostatečně k nastartování motoru.