Měření kapacity baterie

Kapacita je nabitá Q novou baterii nebo plně nabitou baterii. Náboj (množství elektřiny) se měří v coulombech: 1 coulomb = 1 ampér × 1 sekunda. Kapacita se obvykle měří v jednotkách ampérhodin nebo mhodinách. Typická kapacita baterie AAA je 1000 mAh, AA – 2000 mAh. 1000mAh baterie může dodávat proud 1000mA po dobu 1 hodiny nebo 100mA proudu po dobu 10 hodin. S přihlédnutím ke stresu U , pak můžeme odhadnout energii uloženou v baterii E = Q × U

Pro zjištění kapacity baterie se baterie plně nabije a poté vybije stanoveným proudem. I a měřit čas T , při kterém došlo k jeho vybití. Aktuální produkt I na čas T a je zde kapacita baterie Q = I × T . Měří se také kapacita baterie, ale po úplném vybití lze baterii dobít, ale baterii již nelze používat. Jde o to, že měříš kapacita baterií tohoto typu . Mimochodem, kapacita alkalických baterií je přibližně stejná jako kapacita moderních NiMh baterií stejné velikosti – AA (2000 mAh), AAA (1000 mAh).

Obvod pro měření kapacity

Navrhovaný obvod vybíjí baterii přes odpor. R až do napětí téměř úplného vybití prvku NiCd nebo NiMh – přibližně 1 volt. Vybíjecí proud je I = U / R. ( O volbě vybíjecího proudu ) Pro měření doby vybíjení T používají se hodinky pracující na 1.5-2.5V. K ochraně baterie před úplným vybitím je použito polovodičové relé PVN012. Při poklesu napětí odpojí baterii. U na minimální přípustné Ue = 1V.

Schéma zapojení měřiče kapacity a příklad uspořádání desky

Jak to funguje

Baterie musí být plně nabitá a připojená k zařízení. Hodiny musí být nastaveny na 0 a musí být stisknuto tlačítko. Home . V tomto okamžiku relé sepne kontakty 4-5 a 5-6. Baterie se začne vybíjet přes odpor R a do hodin je přiváděno napětí. Napětí na baterii a rezistoru postupně klesá. Když napětí na rezistoru R klesne na 1V, relé rozepne kontakty. Vybíjení se zastaví a hodiny se zastaví.

Jak se baterie vybíjí, řídicí proud přes kontakty relé 1-2 klesá z přibližně 8 na 2 mA. Při řídicím proudu 3mA je odpor kontaktů 4-5 a 5-6 menší než 0.04 Ohm. To je dost malé na to, aby se s tím nepočítalo při výpočtu proudu – pokud potřebujete vybíjecí proud 1A, vezměte rezistor R = 1.2 Ohm.

Po zastavení vybíjení vzroste napětí na baterii na 1.1-1.2V vlivem vnitřního odporu prvku.

Ztráty kontaktů

Při opakování tohoto obvodu proveďte kroky ke snížení odporu kontaktů a konektorů baterie. Při proudu 0.5-1A se na kontaktech může ztratit 0.1V i více, což zhorší přesnost měření. Stejné ztráty způsobuje ocelová pružina použitá u některých držáků baterií. Pružinové a ostatní ocelové kontakty musí být přemosťovány měděným drátem. Jednu z verzí měřiče kapacity baterií AA a AAA v pouzdře jsem vyrobil z jednoduché nabíječky, která měla dobré měděné kontakty.

Doplňující otázky

samovybíjení

Vezměte prosím na vědomí, že kapacita čerstvě nabité baterie jsou vyšší, protože v průběhu času dochází ke ztrátě části náboje samovybíjení . Pro zjištění hodnoty samovybíjení je potřeba změřit kapacitu ihned po nabití a znovu změřit týden (měsíc) po nabití. Samovybíjení NiMh baterií může dosáhnout 10 % za týden nebo více.

S jakou přesností se měří kapacita?

Přesné množství elektřiny lze určit integrací v čase dQ = 1/R × U(t) × dt .

Z experimentálních vybíjecích grafů je vidět, že jak se baterie vybíjí, napětí klesá z přibližně 1.4V na 1.0V. Snižuje se také vybíjecí proud U/R. Při použití jako střední napětí nominální hodnota 1.2 V dává přesnost ne horší než 10 %. To platí v případě, že se baterie používá při přibližně stejném vybíjecím proudu jako při měření kapacity.

Ukázka výtokových grafů

Pokud byl proud při měření 0.5A a při použití 5A, baterie se vybije několikrát rychleji, než se očekávalo. Při užitném proudu 0.05A bude kapacita větší než při měření. Při proudu 0.005A může být kapacita nižší než naměřená v důsledku samovybíjení baterie po dlouhé době provozu. Významný rozdíl mezi měřicím a provozním proudem představuje chybu větší než 10 %.

Použití ocelových kontaktů místo měděných kontaktů v zařízení může zvýšit chybu o 10% nebo více, zejména při vysokém vybíjecím proudu.

Určitá chyba v hodnotě vypínacího napětí 1.0 V je spojena se závislostí voltampérové ​​charakteristiky polovodičového relé na teplotě. Za pokojových podmínek to dává chybu 1-2%.

Jaký by měl být vybíjecí proud?

Je třeba zvolit proud, při kterém se tato baterie obvykle používá. Pokud je vybíjecí proud příliš velký, vnitřní odpor rychle způsobí pokles napětí baterie pod 1 volt a naměřená hodnota kapacity bude nízká. Zvolíte-li příliš malý vybíjecí proud, naměřená kapacita bude větší, než jakou baterie skutečně vyprodukuje při práci ve vašem zařízení.

Proč dvě diody?

Diody se používají k ochraně polovodičového relé v případě náhodného přerušení odporu. R . Pokud jste si jisti, že přerušení je nemožné, nebo měříte kapacitu baterií s napětím nižším než 1.4V (jeden prvek AA nebo AAA), lze diody vyjmout. V tomto případě je obvod umístěn uvnitř budíku, jako jsem to udělal dříve. Odpor 5 ohmů chrání relé při stisknutí tlačítka Start. Lze jej také odstranit, pokud připojíte tlačítko paralelně ke kontaktům 4-5, jako ve zjednodušeném schématu.

Jak změřit kapacitu lithium-iontové baterie?

příklady

V tomto případě je k baterii připojen dělič napětí podle příkladu znázorněného na schématu. Pomocí děliče napětí můžete měřit kapacitu baterie několika baterií nebo kapacitu lithium-iontové baterie.

Požadovaný vybíjecí proud I při středním napětí Um poskytuje součet dvou rezistorů: R + r = Um / I .

Rezistor R se vypočítá tak, že při konečném napětí na baterii Ue , napětí na rezistoru R se rovná 1V: R = (Um/I) × (1V/Ue) .

Jak zkontrolovat kapacitu baterie podle napětí?

Kapacita nemůže být určena napětím. Pro každý typ baterie a akumulátoru existují typické vybíjecí křivky. Lze je použít k odhadu poměru nabití ke kapacitě ( procento poplatku ). Používám nabíječku ANSMANN , který pro takové posouzení měří napětí při daném vybíjecím proudu. U NiMh baterií však s věkem klesá nejen kapacita, ale i provozní napětí. V některých případech poskytl Ansmann odhad 30 %, zatímco měření do úplného vybití poskytlo 80 %.

Jak změřit kapacitu baterie bez tohoto obvodu?

K nabité baterii připojte odpor R a voltmetr. Sledujte hodiny. Po nějaké době T напряжение U bude snížena na minimální přijatelnou úroveň. V tomto okamžiku odpojte rezistor. Kapacita je Q = T × U / R

Jaký je rozdíl od schématu, které bylo na webu dříve?

0. Staré schéma
1. Místo 1.3-1.1V se do hodin přivádí 2.6-2.2V
2. Místo spínače pro přídavné napájení je použit reléový kontakt a nyní jsou obě baterie automaticky odpojeny.
3. Přidána ochrana relé proti poškození rezistoru R

Co je vnitřní odpor baterie a jak jej měřit?

Tato sekce byla přesunuta na samostatnou stránku „Vnitřní odpor“

Autobaterie (AKB)

Auto nestartuje, i když nabíječka funguje dobře a ukazuje, že je baterie plně nabitá. Není to o kapacitě. Po několika příliš hlubokých vybitích se vnitřní odpor zvýšil a baterie již nemůže dodávat proud potřebný k provozu startéru. Budete si muset koupit novou baterii a nedovolit, aby se znovu hluboko vybila.

Jak změřit kapacitu baterie

Pro odhad kapacity můžete jako zátěžový odpor použít žárovku světlometu. Měla by to být žárovka, jako je halogen, ale ne LED. 60W žárovka spotřebuje proud 5A. Připojte voltmetr a lampu paralelně k baterii. Sledujte hodiny. Při poklesu napětí na 11V je výboj ukončen – vypněte lampu. Pokud tak neučiníte, baterie se poškodí. Pokud do konce vybíjení uplynulo 10 hodin, pak je kapacita vaší baterie 50 Ah. Pokud 5 hodin, pak 25 A h. Tento test nezaručuje, že se auto nastartuje, protože startér nepotřebuje 5A, ale 100-150A.

Vnitřní odpor autobaterie

K odhadu vnitřního odporu lze použít žárovku světlometu. Při proudu 100A by vnitřní odpor neměl ztratit více než 1 volt. V souladu s tím by při proudu 5A nemělo dojít ke ztrátě více než 0.05 voltu (1V * 5A / 100A). Připojte voltmetr a lampu paralelně k baterii. Zapamatujte si hodnotu napětí. Vypněte lampu. Všimněte si, jak moc se zvýšilo napětí. Pokud se například napětí zvýší o 0.2 voltu, pak je baterie poškozená, a pokud o 0.02 voltu, pak je v dobrém stavu. Při proudu 100A bude ztráta napětí pouze 0.4V (0.02V * 100A / 5A).

Kondenzátor místo baterie?

Kapacita kondenzátoru je definována trochu jinak: C = Q / U

Kapacita závisí na geometrii kondenzátoru. Pokud zvětšíte vzdálenost L mezi deskami kondenzátoru, pak náboj Q a sílu elektrického pole mezi deskami E se nezmění, ale rozdíl potenciálů U = E × L se zvětší. Proto je kapacita kondenzátoru C se sníží.

Je možné místo baterie použít kondenzátor nebo naopak?

V některých případech je to možné a používá se to. Hlavní rozdíl mezi kondenzátorem a baterií při použití jako zdroj proudu spočívá v tom, že jak se baterie vybíjí, napětí na baterii zůstává po dlouhou dobu stabilní, zatímco na kondenzátoru klesá úměrně ke zbývajícímu nabití.

kondenzátor 3000F 2.7V

Jaký kondenzátor by mohl nahradit běžnou AAA baterii (1000 mAh)?

Q = 1000 mAh = 3600 A s = 3600 Coulombů
C = Q / U = 3600 K / 1.2 V = 3000 Faradů

Takovéto kondenzátory „Ionistory“ mají podobnou konstrukci jako baterie, protože desky kondenzátoru jsou chemickou dvojitou elektrickou vrstvou na rozhraní elektrody s elektrolytem.

Proč se baterie pokazí?

Tato část se nachází na stránce Příklad rozvržení PCB.