Померить емкость аккумулятора: Как определить емкость авто аккумулятора – ТОП АКБ

Измерение реальной емкости аккумулятора мультиметром

На каждой батарее указывают ее вместимость, но эти сведения не всегда правдивы. Для измерения емкости аккумулятора необходимо выполнить ряд действий. Для этого потребуются разные приборы и материалы.

Аккумуляторная батарея Nissan ёмкостью 60 Ач.

Что такое емкость батареи или аккумулятора

Некоторое количество электричества, передаваемое от АКБ при его разряжении, называют энергоемкостью аккумулятора. При проведении расчетов характеристику выражают в ампер-часах (Ач) или ватт-часах (Втч). Большая вместимость батареи позволяет устройству долго работать без подзарядки, что важно при выборе АКБ для машины.

В этом случае вместимость будет зависеть от мощности генератора. В некоторых случаях емкость обозначается по-английски A/hour, т. е. Ач по-русски. Ее не нужно путать с таким параметром, как напряжение, выражаемое в вольтах (В).

Простая проверка емкости АКБ тестером с последующим уточнением

Для измерения вместимости батареи часто используют USB-тестер. У приспособления есть много функций, позволяющих узнать емкость АКБ смартфона, планшета и внешнего пауэрбанка.

USB-тестер подключается к любому портативному устройству посредством провода или переходника.

Полученные показатели помогают определить изношенность аккумулятора. На тестере присутствует кнопка управления, предназначенная для измерения разных показателей. С ее помощью переключаются режимы работы и ячейки памяти устройства.

Когда подключаемый аппарат обладает необходимым напряжением, тестер начинает работать. Снизу в углу появляется значение вместимости батареи. Тестер не дает стопроцентно верного результата.

По этой причине можно воспользоваться математическими вычислениями по формуле: начальный показатель тока*3 = реальная вместимость АКБ. Некоторые производители указывают на устройстве номинальную емкость, превышающую фактический показатель. Эта информация неверная и является рекламой.

Как определить емкость батареек с помощью мультиметра

Мультиметр помогает определить показатель энергоемкости. Чтобы его узнать, потребуются умные зарядные приборы. У них высокая цена, поэтому приобретать устройства лишь для вычисления вместимости 2-3 аккумуляторов нет смысла.

Для измерения можно применить простой метод, предварительно воспользовавшись мультиметром, соблюдая некоторые тонкости. В процессе нужно определить значение тока любой батареи. При этом измеряется точное время, при котором элемент питания отдавал электрохимическую энергию.

Замеры не будут стопроцентно точными, но покажут максимально близкое число.

В литий-ионных АКБ присутствует своя шкала разрядов, показывающая зависимость напряжения от заряда. Чтобы она не отразилась на измерениях, собирают линейное приспособление в 2,7-3 В.

Измерение ёмкости батареек с помощью мультиметра (регулятор в положении «20V»).

Использование линейного стабилизатора

При использовании линейного устройства необходимо установить значение тока, которое рассчитывают из напряжения (U) батарейки 2,7 В. С помощью стабилизатора проводят подключение резистора, который можно изготовить своими руками или приобрести готовый прибор в магазине.

После этого измеряют ток в цепи и устанавливают секундомер. В дальнейшем нужно следить за показателями U на клеммах. Секундомер отключают при достижении уровня в 2,7 В и записывают показания.

Использование переменного резистора

Чтобы тестирование прошло хорошо, понадобится небольшая батарейка, например 14500 с емкостью 300 мАч. Для проверки потребуется переменный резистор в 100 Ом. Если берут устройство с постоянным током, то процесс осложнится. Результаты нужно будет фиксировать и проводить расчеты потраченной вместимости на отдельных участках шкалы.

Для определения значения высчитывают средний арифметический показатель тока.

Для измерения емкости батареи применяют резистор переменного тока, где сопротивление уменьшается постепенно, пока разряжается аккумулятор. В это время показатели тока должны находиться на одном уровне.

Измерение ёмкости аккумуляторной батареи с помощью мультиметра и переменного резистора.

На мультиметре устанавливают положение вольтметра для измерения напряжения и замеряют его показатели на клеммах. При неполном уровне заряженности устройство разряжают с помощью тока 450-500 мА. При этом периодически снижают сопротивление и контролируют напряжение.

Секундомер отключают, когда уровень достигнет 2,7 В. Для полного разряжения батарейки при токе в 500 мА потребуется 25-30 минут. Полученный показатель умножают на время в часах и получают реальное значение вместимости АКБ. Этот способ измерения емкости является наиболее точным благодаря математическим вычислениям.

Как сделать прибор собственными руками

Когда необходимая техника отсутствует, прибор можно сделать самому, посмотрев видео. Из готовых приборов необходимо взять вольтметр, а оставшиеся детали сооружают из подручных средств. Трудности возникнут при расчетах и создании внутреннего сопротивления, для которого потребуется ток.

Подходящим материалом является нихромовая проволока, используемая для создания нагревательных спиралей в электрических плитках. Нихромовые элементы можно заменить металлической полосой из прочих нагревательных устройств.

Для напряжения 12 В показатель тока должен находиться в рамках 80-120 Ампер, а сопротивление — 0,1-0,15 Ом. Прибор для измерения такого сопротивления сложно найти. По этой причине подбирают длину одного элемента и измеряют ток, который он пропускает. После этого совмещают несколько подобных деталей.

Самодельный аппарат делают последовательно:

1. Подбирают нихромовую проволоку или нагревательную полосу и измеряют мультиметром до 15 А ток. Элемент должен пропускать 10-12 А.
2. Соединяют 10 таких деталей, получая нагрузку в 100-120 А. Проволоку необходимо надежно скручивать.
3. Полученный элемент помещают в подходящий корпус и фиксируют в нем. Если коробка небольшая, то проволоку несколько раз сгибают так, чтобы витки не касались друг друга. Параллельное соединение должно быть надежным, что обеспечивается изолирующими цилиндрами, которые устанавливают на изгибы.
4. Концы скрутки припаивают к контактам на выходе, а снаружи — к соединительным проводам.
5. Подключают вольтметр.
6. Крепят на концы соединительного кабеля зажимы, которые потом подсоединяют к аккумулятору.

Когда устройство будет готово, можно проводить измерения в домашних условиях.

От чего зависит текущая емкость АКБ

В процессе эксплуатации удельная емкость АКБ меняется. Сначала пластины разрабатываются, поэтому показатели вместимости высокие. После этого прибор начинает работать стабильно, значение не отходит от одного уровня. Затем емкость начинает уменьшаться из-за изнашивания пластин.

На вместимость влияют активные материалы, конструкция электролитов, электродов, их температура и концентрация, амортизация батареи, величина разрядного и пускового тока, содержание налета в электролитах и прочие факторы.

Снижение начинается при увеличении разрядного тока. Если АКБ разряжают специально, то устройство теряет меньше вместимости, чем при плавном режиме с низким уровнем тока. Это позволяет зафиксировать на корпусе показатели для разного времени разряжения.

Емкость одинаковых аккумуляторов редко меняется. Низкие показатели характерны для небольших промежутков разрядки, а высокие — для больших временных отрезков.

Значение вместимости начинает меняться, когда повышается температура электролитов. Если из-за этого превышаются допустимые нормы, то срок службы снижается. Высокая температура электролитов понижает их вязкость, и они попадают в действующую массу. При этом сопротивление начинает расти.

По этой причине коэффициент использования активной массы при разряжении больше, чем при заряжении с низкой температурой. В связи с этим нужно проверять емкость АКБ на каждом этапе его эксплуатации.

Измерение ёмкости аккумулятора

Что такое ёмкость аккумулятора, и как её измеряют

Ёмкость — это заряд Q новой батарейки или полностью заряженного аккумулятора. Заряд (количество электричества) измеряется в Кулонах: 1 Кулон = 1 Ампер × 1 секунда . Обычно ёмкость измеряется в единицах ампер·час или ма·час . Типичная ёмкость аккумулятора типоразмера ААА 1000 ма·час, АА — 2000 ма·час. Аккумулятор ёмкостью 1000 ма·час может давать ток 1000ма в течение 1 часа или 100ма в течение 10 часов. Если учесть напряжение

U , то можно оценить запасённую в аккумуляторе энергию E = Q × U

Для определения ёмкости аккумулятора его полностью заряжают, затем разряжают заданным током I , и измеряют время T , за которое он разрядился. Произведение тока I на время T и есть ёмкость аккумулятора Q = I × T . Так же измеряется ёмкость батарейки, но после полного разряда аккумулятор можно снова зарядить, а батарейку уже нельзя использовать. Смысл в том, что вы измерите ёмкость батареек данного типа . Кстати, ёмкость щелочных батареек примерно равна ёмкости современных NiMh аккумуляторов того же типоразмера — AA(2000 ма·час), AAA(1000 ма·час).

Схема для измерения ёмкости

Предлагаемая схема разряжает аккумулятор через резистор

R до напряжения почти полного разряда NiCd или NiMh элемента — примерно 1 вольт. Ток разряда равен I = U / R . ( О выборе тока разряда ) Для измерения времени разряда T используются часы, работающие от напряжения 1.5-2.5V. Для защиты аккумулятора от полного разряда применено твёрдотельное реле PVN012 . Оно отключает аккумулятор при снижении напряжения U до минимально допустимого Ue = 1V .

 

Схема измерителя ёмкости, и пример разводки платы

Как это работает

Аккумулятор надо полностью зарядить и подключить к устройству. Часы надо установить на 0 и нажать кнопку Start . В этот момент реле замыкает контакты 4-5 и 5-6. Начинается разряд аккумулятора через резистор R и подаётся напряжение на часы. Напряжение на аккумуляторе и резисторе постепенно снижается. Когда напряжение на резисторе R снизится до 1V реле размыкает контакты. Разряд прекращается и часы останавливаются.

По мере разряда аккумулятора управляющий ток через контакты реле 1-2 уменьшается примерно от 8 до 2mA. При управляющем токе 3mA сопротивление контактов 4-5 и 5-6 менее 0.04 Ом. Это достаточно мало, чтобы не учитывать при расчёте тока — если нужен ток разряда 1A, берите резистор R=1.2 Ом.

После прекращения разряда напряжение на аккумуляторе возрастает до 1.1-1.2V из-за внутреннего сопротивления элемента.

Потери на контактах

Измеритель в корпусе зарядника

При повторении этой схемы примите меры для уменьшения сопротивления контактов аккумулятора и разъёмов. При токе 0.5-1A на контактах можно потерять 0.1V и более, что ухудшит точность измерения. Такие же потери вызывает стальная пружина, используемая в некоторых держателях аккумулятора. Пружину и другие стальные контакты надо шунтировать медным проводом. Я сделал один из вариантов измерителя ёмкости аккумуляторов АА и ААА в корпусе от простого зарядного устройства, у которого были хорошие медные контакты.

 

Дополнительные вопросы

Саморазряд

Обратите внимание, что ёмкость свежезаряженных аккумуляторов выше, так как со временем часть заряда теряется из-за саморазряда . Чтобы узнать величину саморазряда, нужно измерить емкость сразу после зарядки, и измерить ещё раз через неделю (месяц) после зарядки. Саморазряд NiMh аккумуляторов может достигать 10% в неделю и более.

 

С какой точностью измеряется ёмкость?

Точное количество электричества можно определить интегрированием по времени dQ = 1/R × U(t) × dt .

По экспериментальным графикам разряда видно, что по мере разряда напряжение уменьшается примерно от 1.4V до 1.0V. Ток разряда U/R тоже уменьшается. При использовании в качестве среднего напряжения номинальной величины 1.2V получается точность не хуже 10%. Это справедливо, если аккумулятор используется примерно при таком же токе разряда, как и при измерении ёмкости.

 

Пример графиков разряда

Если при измерении был ток 0.5A, а при использовании 5A, то аккумулятор разрядится в несколько раз быстрее, чем ожидается. При токе использования 0.05А ёмкость окажется больше, чем при измерении. При токе 0.005A ёмкость может оказаться меньше измеренной из-за саморазряда аккумулятора в течение большого времени эксплуатации. Значительное отличие тока измерения от тока эксплуатации вносит погрешность более 10%.

Использование в устройстве стальных контактов вместо медных может увеличить погрешность на 10% и более, особенно при большом токе разряда.

Некоторая погрешность величины напряжения отсечки 1.0V связана с зависимостью вольт-амперной характеристики твёрдотельного реле от температуры. В комнатных условиях это даёт погрешность в 1-2%.

Каким должен быть ток разряда?

Надо выбирать такой ток, при котором обычно используется этот аккумулятор. Если ток разряда слишком большой, то из-за внутреннего сопротивления напряжение на аккумуляторе быстро снизится ниже 1 вольта, и измеренное значение ёмкости будет низким. Если выбрать слишком малый ток разряда, то измеренная ёмкость получится больше, чем аккумулятор реально выдаст при работе в вашем приборе.

Зачем два диода?

Диоды используются для защиты твёрдотельного реле при случайном обрыве резистора R . Если вы уверены, что обрыв невозможен, или вы измеряете ёмкость аккумуляторов с напряжением менее 1.4V ( один элемент AA или AAA ), то диоды можно убрать. При этом схема помещается внутри будильника, как у меня было сделано раньше. Резистор 5 Ом защищает реле при нажатии кнопки Start. Его тоже можно убрать, если включить кнопку параллельно контактам 4-5, как на упрощённой схеме.

Как измерить ёмкость литий-ионного аккумулятора?

примеры

Um	Ue	I	R	r
1.2	1.0	0.2	6.0	0
1. 2	1.0	0.5	2.4	0
3.3	3.0	0.5	2.2	4.4
8.4	7.0	0.1	12	72

В этом случае к батарее подключается делитель напряжения по образцу, показанному на схеме. Используя делитель напряжения, можно измерить ёмкость батареи из нескольких аккумуляторов или ёмкость литий-ионного аккумулятора.

Требуемый ток разряда I при среднем напряжении Um обеспечивает сумма двух резисторов: R + r = Um / I .

Резистор R рассчитывается так, чтобы при конечном напряжении на батарее Ue , напряжение на резисторе R стало равно 1V: R = (Um / I) × (1V / Ue) .

Как проверить ёмкость аккумулятора по напряжению?

По напряжению ёмкость определить нельзя. Для каждого типа батарей и аккумуляторов есть типичные кривые разряда. По ним можно оценить отношение заряда к ёмкости (  процент заряда  ). Я использую зарядное устройство Ansmann , которое для такой оценки измеряет напряжение при заданном токе разряда. Однако у NiMh аккумуляторов не только ёмкость, но и рабочее напряжение уменьшается с возрастом. В некоторых случаях Ansmann давал оценку 30% в то время, как измерение до полного разряда давало 80%.

Как измерить ёмкость аккумулятора без этой схемы?

Подключите к заряженному аккумулятору резистор R и вольтметр. Следите по часам. Через некоторое время T напряжение U снизится до минимально допустимого. В этот момент отключите резистор. Ёмкость равна Q = T × U / R

В чём отличие от схемы, которая была на сайте раньше?

0. Старая схема
1. Вместо 1.3-1.1V на часы подаётся 2.6-2.2V
2. Вместо выключателя для дополнительного элемента питания использован контакт реле, и теперь отключение обоих аккумуляторов происходит автоматически.
3. Добавлена защита реле от обрыва резистора R

Что такое внутреннее сопротивление аккумулятора и как его измерить?

Этот раздел перенесён на отдельную страницу «Внутреннее сопротивление»

Автомобильный аккумулятор (АКБ)

Автомобиль не заводится, хотя зарядное устройство работает нормально, и показывает, что аккумулятор полностью заряжен. Дело не в ёмкости. После нескольких слишком глубоких разрядов внутреннее сопротивление увеличилось, и аккумулятор больше не может выдать ток, необходимый для работы стартёра. Придётся купить новый аккумулятор, и больше не допускать глубокого разряда.

Как измерить ёмкость АКБ

Для оценки ёмкости можно использовать лампу от фары в качестве нагрузочного сопротивления. Это должна быть лампа накаливания, например, галогеновая, но не светодиодная. Лампа 60вт потребляет ток 5А. Подключите параллельно аккумулятору вольтметр и лампу. Следите по часам. Когда напряжение снизится до 11в — разряд закончился — отключите лампу. Если это не сделать, то аккумулятор испортится. Если до окончания разряда прошло 10 часов, то ёмкость вашего аккумулятора 50 а·час. Если 5 часов, то 25 а·час. Этот тест не гарантирует, что машина заведётся, так как стартёру нужно не 5А, а 100-150А.

Внутреннее сопротивление автомобильного аккумулятора

Лампу от фары можно использовать для оценки внутреннего сопротивления. При токе 100А на внутреннем сопротивлении не должно теряться более 1 вольта. Соответственно, при токе 5А не должно теряться более 0.05 вольта (1в * 5А / 100А). Подключите параллельно аккумулятору вольтметр и лампу. Запомните величину напряжения. Отключите лампу. Обратите внимание, насколько увеличилось напряжение. Если, допустим, напряжение возросло на 0.2 вольта, то аккумулятор испорчен, а если на 0.02 вольта, то он исправен. При токе 100А потеря напряжения будет всего 0.4в (0.02в * 100А / 5А).

Конденсатор вместо аккумулятора?

Ёмкость конденсатора определяется немного по другому: C = Q / U

Ёмкость зависит от геометрии конденсатора. Если увеличить расстояние L между пластинами конденсатора, то заряд Q и напряжённость электрического поля между пластинами E не изменятся, а разность потенциалов U = E × L увеличится. Поэтому ёмкость конденсатора C уменьшится.

Можно ли использовать конденсатор вместо аккумулятора или наоборот?

В некоторых случаях можно, и используют. Главное отличие конденсатора от аккумулятора при использовании в качестве источника тока в том, что по мере разряда напряжение на аккумуляторе долго остаётся стабильным, а на конденсаторе оно снижается пропорционально оставшемуся заряду.

capacitor 3000F 2.7V

Какой конденсатор мог бы заменить обычный аккумулятор ААА (1000 ма·час)?

Q = 1000 ма·час = 3600 А·сек = 3600 Кулон
C = Q / U = 3600 К / 1.2 В = 3000 Фарад

Такие конденсаторы «Ионисторы» по принципу устройства приближаются к аккумуляторам, так как обкладками конденсатора служит химический двойной электрический слой на границе электрода с электролитом.

Почему портятся аккумуляторы

Этот раздел находится на странице «Пример разводки платы»

 
Евгений Корниенко

2004

 

Как добиться большей точности показаний емкости аккумулятора для портативных устройств

Скачать PDF

Abstract

Поскольку время работы продукта ограничено емкостью батареи, очень важно иметь точный метод измерения оставшейся емкости батареи, чтобы избежать неожиданного отключения. В этих рекомендациях по применению описывается эксперимент по получению точных показаний емкости аккумулятора в проекте по отслеживанию собак.

Введение

Моя собака Мокко ( Рисунок 1 ) часто любит бежать впереди меня во время походов для изучения вне тропы. Она всегда находит меня позже, но иногда и спустя много времени после того, как я начинаю ее искать, поэтому я хотел найти способ легко отследить ее местонахождение. Смотрящий Через сайт Adafruit ^® я наткнулся на интересный проект. Adafruit — это аппаратное обеспечение с открытым исходным кодом, базирующееся в Нью-Йорке. компания, которая также предлагает ряд ресурсов для людей, которые хотят поэкспериментировать или узнать больше об электронике. Проект компании GPS Logging Dog Harness включает использование платформы микроконтроллеров Adafruit с возможностью прошивки под названием FLORA 9.0014 ® и GPS-модуль для отслеживания местоположения собаки. Я подумал, что это будет отличный способ следить за активностью моей собаки во время наших походов, поэтому я вместе с моим коллегой Мохамедом Исмаилом взялись за проект носимой системы слежения за собаками.

Рис. 1. Мокко, собака автора, готовая к походу.

Для нашего прототипа, в дополнение к FLORA и модулю GPS, мы включили передатчик MAX1472 ISM для передачи GPS координат, а также четыре FLORA RGB Smart NeoPixel 9Светодиоды 0014 ® , чтобы сделать Mocha более заметным во время ночных походов. Эти NeoPixels также служил для индикации оставшегося заряда батареи, чтобы мы знали, когда взять поводок, прежде чем система отключится. вниз. Мы использовали зеленый цвет для обозначения заряда 50 % или более, желтый — для обозначения заряда от 50 % до 25 %, а красный — для обозначения заряда. представляет собой заряд 25% или меньше. На рис. 2 показана наша первоначальная конструкция.

Рис. 2. Носимая система слежения за собаками.

В нашей первоначальной итерации почти все работало идеально — мы могли получить GPS-координаты, прошить разные Цвета NeoPixel и координаты вещания с передатчиком ISM. Наш метод контроля состояния батареи Однако зарядка (SOC) не сработала, как ожидалось. Для оценки SOC использовалась прямолинейная аппроксимация, основанная на измерял напряжение батареи во время работы проекта. Мы обнаружили, что NeoPixels не были красными для 25% от общего числа. время выполнения, но только для 9%. Мы решили исследовать различные методы определения SOC батареи, чтобы мы могли определить наиболее точный метод.

Делитель напряжения или ИС датчика уровня топлива?

Простой способ определить заряд аккумулятора — измерить напряжение на аккумуляторе. На Adafruit ФЛОРА платформе делитель напряжения ( рис. 3 ) подключается к входу АЦП встроенного микроконтроллера. Затем пользователи могут возьмите показания АЦП и рассчитайте напряжение батареи на его клеммах. Напряжение на клеммах использовалось для оценки остаточный заряд батареи в зависимости от характеристик батареи и напряжения отключения системы.

Рис. 3. Делитель напряжения, используемый для определения заряда аккумулятора Adafruit FLORA.

Основным недостатком использования делителя напряжения для расчета SOC является то, что он часто дает противоречивые показания. аккумулятор напряжение на клеммах зависит от SOC, а также от тока нагрузки, температуры и возраста. Любая вариация этих трех параметры могут привести к неточным результатам. Если ток нагрузки изменяется или температура батареи отклоняется, то оценка SOC батареи на основе простого резисторного делителя не будет таким точным. В нашей первоначальной конструкции была постоянно пульсирующая нагрузка. и предназначался для работы на открытом воздухе, что приводило к вводящему в заблуждение индикатору срока службы батареи.

Использование ИС датчика уровня топлива является альтернативой методу делителя напряжения. Методы измерения расхода топлива очень сложны и, следовательно, дороже; однако они могут быть весьма точными. Общее сопротивление резисторного делителя на FLORA имеет сопротивление 160 кОм, поэтому потребляет ~23 мкА при подключении к литий-ионной батарее. Мы не хотели заменять резисторные делители с чем-то, что потребляло больше энергии, поэтому мы остановились на микросхеме датчика уровня топлива, потребляющей ток всего 7 мкА. Максима MAX17055 использует алгоритм компании ModelGauge™ m5 для определения уровня топлива, который сочетает в себе два наиболее распространенных метода измерения уровня топлива — подсчет кулонов и измерение напряжения холостого хода — позволяют сообщать SOC батареи с погрешностью всего 1%. Другой инновационной особенностью технологии ModelGauge m5 является то, что она включает в себя функцию конфигурации EZ, которая устраняет необходимость характеристики батареи, которая требуется для большинства ИС датчиков уровня топлива.

Рис. 4. ИС датчика уровня топлива MAX17055 компании Maxim использует технологию ModelGauge m5 для определения заряда батареи.

Сравнительные тесты

Мы провели серию тестов, чтобы сравнить оригинальный делитель напряжения на FLORA с ИС датчика уровня топлива MAX17055 от Maxim. После измерения резисторного делителя мы заменили компоненты на MAX17055. Чтобы сохранить последовательность для результаты тестов, мы использовали одну батарею емкостью 150 мАч для всех тестов. Во-первых, мы провели базовый тест, разрядив аккумулятор с постоянной нагрузкой, наблюдая за результатами как по делителю напряжения, так и по указателю уровня топлива. Далее мы использовали более реалистично, импульсная нагрузка для разрядки аккумулятора, и наблюдается точность делителя напряжения и указателя уровня топлива.

Базовый тест с использованием резистивного делителя

Выход делителя напряжения на FLORA просто помогает вам определить напряжение на клеммах аккумулятора; поэтому, необходимо выполнить некоторые расчеты, чтобы перевести показания напряжения в процент заряда, который легко понять. Первый, мы использовали постоянную нагрузку 125 мА, чтобы полностью разрядить батарею. Напряжение батареи сообщалось в постоянное время интервалы. На рис. 5 показано среднее напряжение элемента за пять циклов разрядки, когда батарея полностью разряжена. Затем мы использовали два разных метода для определения SOC батареи при разряде с выхода напряжения разделитель.

Рис. 5. Среднее напряжение элемента батареи с течением времени при ее разрядке при нагрузке постоянным током.

В нашем первом методе мы сопоставили напряжение батареи с некоторым процентом оставшегося заряда. Аккумулятор 150 мАч Используемый для тестирования аккумулятор можно заряжать максимум до 4,2 В, поэтому это напряжение соответствует 100% заряду. Минимальный разряд напряжение батареи составляет 3,0 В, поэтому это напряжение соответствовало 0% заряда. Из этих двух оценок мы использовали линейную уравнение для преобразования напряжения аккумуляторной батареи, полученного от делителя напряжения на FLORA, в приблизительное процентное значение осталось заряда. Это наш «линейный» метод аппроксимации. Хотя легко установить взаимосвязь между батареей напряжение ячейки и SOC, это не очень точно, потому что, как видно на рисунке 5, напряжение ячейки батареи не уменьшается линейно во время разряда.

Следующий метод основан на потреблении заряда путем измерения времени разрядки аккумулятора. При постоянном токе нагрузки, количество прошедшего времени пропорционально количеству потребляемого заряда (кулон/секунда × секунда = кулон), следовательно, SOC (кулоны). В этом случае 100% заряд соотносится со временем начала теста, когда нагрузка впервые помещается на батарея. Заряд 0% соответствует времени выключения устройства. Чтобы сформировать точную модель с помощью этого метода, мы нашли в среднем пять разрядных тестов. Оттуда мы создали линию тренда четвертого порядка для среднего SOC. Высшее полином порядка было бы непрактично вычислять для каждой выборки напряжения батареи. Уравнение этой линии тренда было используется для корреляции напряжения батареи с SOC. Сплошная линия в На рис. 6 показана средняя кривая SOC, а пунктирная линия представляет линию тренда. Это наш «полиномиальный» метод аппроксимации; см. рисунок 6 для уравнения для линия тренда.

Рис. 6. Полином четвертого порядка, который можно использовать для аппроксимации напряжения батареи в процентах заряда оставшийся.

Базовый тест

с использованием MAX17055

Наконец, мы сравнили эти два приближения с выходным сигналом ИС датчика уровня топлива MAX17055 от Maxim. Выходы MAX17055 много результатов, включая напряжение ячейки, ток нагрузки, возраст и температуру. Он также использует алгоритм ModelGauge m5 для приблизительное значение SOC батареи. Разрядка батареи при постоянной нагрузке приводила к линейному снижению SOC в течение время — это был результат, который мы надеялись увидеть. Фиолетовый график в На рис. 7 показаны показания датчика уровня топлива IC, наряду с линейными и полиномиальными приближениями, описанными выше.

Рис. 7. Заряд батареи при разряде постоянным током на основе линейной модели от делителя напряжения, полиномиальная модель от делителя напряжения и SOC от указателя уровня топлива.

Из рисунка 7 видно, что каждое из приближений предполагает, что батарея заряжена на 50% и на 25% в разное время. На рис. 8 показаны цвета NeoPixels при разрядке аккумулятора. На гистограмме справа вы можете увидеть сравнение процента времени выполнения для каждой из используемых нами моделей с желаемым результатом, который мы ожидали увидеть. Гистограмма линейной модели показывает, что NeoPixels оставались зелеными, указывая на > 50% заряда, даже когда батарея была заряжена почти до 25%!

Рис. 8. На графике слева показаны цвета NeoPixel во время разрядки для каждой модели. График справа иллюстрирует те же данные в форме, легко сопоставимой с желаемым результатом.

В этом случае и полиномиальная модель, и датчик уровня топлива дали довольно точные результаты. Однако реальный дизайн не использовал постоянный ток нагрузки. Даже если модель может работать на нагрузку постоянного тока, она может сломаться при переключении на более реалистичная импульсная нагрузка.

Испытание импульсной нагрузкой по трем методам измерения уровня топлива

Чтобы по-настоящему проверить возможности всех трех методов измерения уровня топлива, нам пришлось провести еще один эксперимент с реалистичным пульсирующим ток нагрузки в системе. Нагрузка чередовалась между потреблением 125 мА в течение четырех минут и потреблением 60 мА в течение двух минут. минут. Многие системы имеют гораздо большую разницу между потреблением тока в режиме ожидания и в активном режиме, что усугубляет результаты этого теста. Мы использовали те же три метода, что и для базового теста выше: линейная модель, основанная на напряжении делитель, полиномиальная модель на основе делителя напряжения и SOC, о котором сообщает MAX17055. Рисунок 9 показывает результаты испытания импульсной нагрузкой. Фиолетовая линия — это SOC, сообщаемый указателем уровня топлива с течением времени. Синяя линия – приблизительный SOC от делителя напряжения с использованием линейной модели, а зеленая линия аппроксимируется с использованием полиномиальной модели.

Рис. 9. Заряд батареи при разряде постоянным током на основе линейной модели от делителя напряжения, полиномиальная модель от делителя напряжения и SOC от указателя уровня топлива.

Рис. 10a и Рис. 10b обеспечивают просмотры одних и тех же данных, каждый из которых показывает цвет NeoPixels во время разряда.

Рис. 10. Цвет NeoPixels каждой модели при разрядке аккумулятора пульсирующей нагрузкой.

Введены оба метода, в которых использовались результаты делителя напряжения для аппроксимации оставшейся емкости батареи. ошибочные импульсы на их выходах. Эти результаты явно неточны и приводят к запутанным результатам, которые чередуются между зеленым и желтым, желтым и красным. Это демонстрирует влияние изменения нагрузки на напряжение на клеммах батарея. Сложный алгоритм в указателе топлива Максима показывает устойчивость к эффекту нагрузки и продолжает вывести линейное уменьшение SOC, соответствующее фактическому SOC батареи. Поскольку ток нагрузки в приложении постоянно изменения, наши результаты только подчеркивают важность использования ИС датчика уровня топлива, такой как MAX17055.

Заключение

При использовании своих портативных электронных устройств потребители хотят быть уверены в точности оставшегося заряда батареи. заряжать. Есть несколько простых и недорогих методов оценки SOC батареи, но их результаты далеки от точных. А метод, подобный делителю напряжения, описанный и используемый в отчетах FLORA, который сильно зависит от нагрузки. Это могло, это может заставьте меня думать, что у меня осталось достаточно заряда батареи, чтобы пройти еще 10 минут, только чтобы отключить трекер моей собаки вниз, прежде чем я нашел ее. Более продвинутые ИС датчиков уровня топлива, такие как MAX17055, обеспечивают точность, которой я могу доверять. Мой эксперименты убедили меня в том, что интегральная схема датчика уровня топлива стоит каждой копейки.

Аналогичная версия этого указания по применению появилась на Электронные продукты 27 ноября 2017 г.

Как измерить емкость аккумулятора

26 января 2023 г. | Автор: rekoser

В этом посте мы объясним, что такое емкость аккумулятора и каковы основные методы ее измерения.

Емкость аккумулятора

Емкость аккумулятора измеряется в ампер-часах (Ач). Это относится к количеству энергии, которое может храниться в батарее, и может быть определено путем умножения тока (в амперах) на время (в часах), в течение которого батарея может обеспечить этот ток. Например, батарея емкостью 1000 мАч может обеспечить ток 1000 мА в течение одного часа или 500 мА в течение 2 часов и т. д. Емкость батареи будет уменьшаться со временем и по мере использования, а также на нее могут влиять такие факторы, как температура и скорость разряда.

Факторы, влияющие на емкость батареи

На емкость батареи могут влиять несколько факторов, в том числе:

• Температура: Высокие температуры могут увеличить скорость саморазряда и уменьшить общую емкость аккумулятора. Низкие температуры могут временно уменьшить емкость, но она вернется к норме, как только аккумулятор прогреется.

• Возраст: по мере старения батареи ее емкость будет уменьшаться, это известно как снижение емкости.

• Количество циклов зарядки: каждый раз, когда батарея заряжается и разряжается, она теряет небольшую часть емкости. Чем больше циклов заряда проходит аккумулятор, тем меньше его емкость.

• Глубина разрядки: Чем глубже разряжен аккумулятор, тем больше емкости он теряет со временем.

• Условия хранения: Батарея, хранящаяся в прохладном, сухом месте, будет иметь более длительный срок службы и сохранит большую емкость, чем батарея, хранящаяся в жаркой и влажной среде.

• Скорость разряда: чем быстрее разряжается аккумулятор, тем меньше его емкость.

• Качество батареи: Качество материалов и производственный процесс могут повлиять на общую емкость батареи.

• Напряжение: Перезарядка или недостаточная зарядка аккумулятора может со временем снизить его емкость.

• Рабочая среда: Воздействие пыли, влажности, вибрации и других факторов окружающей среды может сократить срок службы батареи и уменьшить ее емкость.

Методы измерения емкости аккумулятора

Существует несколько методов измерения емкости аккумулятора, в том числе:

• Метод разрядки: Этот метод включает в себя разрядку батареи при известном токе и измерение времени, необходимого для снижения напряжения до определенного уровня. Затем емкость рассчитывается путем умножения тока на время.

• Метод заряда-разряда: этот метод включает зарядку аккумулятора до определенного уровня, а затем его разрядку известным током. Емкость рассчитывается путем вычитания окончательного заряда из первоначального.

• Метод Пейкерта: этот метод учитывает влияние скорости разряда на емкость. Он включает в себя измерение емкости батареи при различных скоростях разряда и использование математической формулы для расчета емкости при определенной скорости разряда.

• Метод кулоновского подсчета: Этот метод включает измерение количества заряда, удаляемого из батареи во время цикла разрядки, и использование этой информации для расчета емкости.

• Спектроскопия импеданса: это неинтрузивный метод, использующий электрический импеданс для измерения емкости. Он позволяет измерять внутреннее сопротивление, напряжение холостого хода, емкость и другие характеристики батареи.

Обратите внимание, что наиболее распространенным методом измерения емкости аккумулятора является метод разрядки, он широко используется в промышленности для измерения емкости аккумуляторов.

Вот таблица нескольких методов измерения емкости аккумулятора:

Метод	Описание	Плюсы	Минусы
Разряд постоянным током	Разряжайте аккумулятор постоянным током, пока напряжение не упадет до определенного уровня.	Обеспечивает точное измерение емкости аккумулятора.	Отнимает много времени и требует специального оборудования.
Кулоновский счет	Измерьте заряд, который входит и выходит из аккумулятора во время цикла зарядки-разрядки.	Просто и может быть сделано с помощью цифрового мультиметра.	Может быть неточным, если внутреннее сопротивление батареи меняется со временем. Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт Найти: