+7 495 120-13-73 | 8 800 500-97-74

(для регионов бесплатно)

Содержание

Как измерить ёмкость аккумулятора? Измерение емкости аккумуляторных батарей

Для того чтобы замерить емкость аккумулятора (A/Ч) нужно подсоединить стабильную нагрузку к выводам аккумулятора, (для удобства расчета емкости ток должен быть 0,1А; 0,5А; 1А; 5А) и, с момента подключения нагрузки, начать отсчет времени. Когда напряжение достигнет максимально допустимого уровня разряда аккумулятора отключить нагрузку и остановить отсчет времени.

За время H, аккумулятор передаст нагрузке электрическую энергию:
Pн = W*H [кВт*час].

Предлагаемое устройство было разработано для проверки емкости аккумуляторов. Схема устройства представлена на Рис.1. Основой устройства является микроконтроллер (U1) PIC16F628A. Он выполняет функцию счетчика времени разряда аккумулятора (в минутах), в связи с этим устройство получило название «Минутомер». Микропроцессор (U2) PIC12F675 выполняет функцию компаратора.

Компаратор следит за уровнем напряжения на аккумуляторе (порог срабатывания можно настроить переменными резисторами RV1, RV2).

В момент включения питания память U1 обнуляется и на индикаторе высвечи-вается “0000”. Проверяемый аккумулятор подключается к выводам  минутомера.  Кнопкой “ВКЛ.” на вывод 7 U1 подаётся сигнал запуска. На выводе 10 U2  появля-ется лог. “1”, открывается транзистор Q2, подключается нагрузка и начинается отсчёт времени.

Этой же “единичкой” включается индикатор запуска (светодиод) D1. В данной схеме, стабильная нагрузка — Устройство, автоматически поддержи-вающее заданную силу электрического тока в электрической цепи при изменении в ней напряжения. (Ток нагрузки должен быть номинальным для данного типа аккумулятора и температура окружающей среды + 20 ° С. – +25 ° С.). Замер напряжения производить непосредственно на выводах аккумулятора.

Вместо стабильной нагрузки можно подключить накальную лампу, но тогда подсчет емкости аккумулятора будет неточным т. к. при изменении напря-жения будет меняться ток текущий через лампу, к тому — же подобрать лампу с нужными параметрами сложно.

Как проверить емкость аккумулятора телефона — Евгений Васильев — Хайп

Как измерить емкость батареи смартфона © news.usc.edu

Покупая телефон, особенно китайский, многим хочется узнать, насколько соответствует реальная емкость его аккумулятора заявленной. Многие также желают узнать, насколько износилась батарея их смартфона после определенного периода эксплуатации. Особенно часто такое желание возникает, если девайс начинает держать заряд ощутимо хуже, чем после покупки.

Проверить емкость аккумулятора телефона можно несколькими способами, как программными, так и аппаратными. Первые удобнее, так как требуют только установки приложения и тестирования в нем. Однако проверка аккумулятора на аппаратном уровне, с помощью специального оборудования, иногда бывает точнее.

В чем правильно измерять емкость аккумулятора

Начать стоит с определения единиц, в которых правильно измерять емкость аккумулятора. Многие считают таковыми миллиампер-часы (мАч), что не совсем верно. Измерять в мАч можно только относительную разницу в емкости между двумя батареями одного типа и напряжения.

Дело в том, что электрическая мощность вычисляется путем умножения рабочего напряжения (вольты) на силу рабочего тока (амперы). Единица измерения этой мощности – ватт. Количество энергии – это мощность, которая может быть выдана за период времени (часы). Соответственно, при ее измерении – к вольтам и амперам добавляются часы.

Правильная единица измерения емкости аккумулятора – ватт-часы (Втч).

Емкость в ватт-часах – это электрическая мощность, которую аккумулятор может выдавать в течение часа. Соответственно, объем 10 Втч указывает, что при выдаче мощности 10 Вт батарея протянет ровно час, а если снизить нагрузку до 5 Вт – 2 часа, 1 Вт – 10 часов. Напряжение и сила тока сравниваемых аккумуляторов при этом не имеют значения, так как ватт-час – единица самостоятельная, абсолютная.

Измеряя емкость батареи в мАч, мы учитываем только ток (миллиамперы), но не напряжение (вольты). Если два аккумулятора, на 2000 мАч и 4000 мАч, имеют одинаковое напряжение, то второй больше первого ровно вдвое. Но если первый выдает при этом 4 вольта (литий-ионный), а второй – только 2 (свинцово-кислотный, 1 ячейка), то аккумуляторы будут одинаковыми. Ведь если умножить 2000 мАч (2 Ач) на 4 вольта – будет 8000 милливатт-часов (8 Втч), а если умножить 4000 мАч на 2 вольта – в итоге тоже будет 8000 мВтч.

Из-за того, что ампер-часы без учета напряжения в конкретный момент времени не позволяют определить количество энергии, не стоит оценивать объем аккумулятора телефона по показателям мАч, которые выдает USB-тестер.

KWS -V21

Среднее напряжение литиевой батареи смартфона составляет чуть меньше 4 вольт, и показатель мАч в характеристиках указывается для него.

Зарядка телефона же обычно производится напряжением 5 вольт (от 5 до 12 при поддержке быстрой зарядки). Поэтому, если за время зарядки от 0 до 100% прибор показал 3000 мАч, а КПД зарядки около 100%, то в батарею залилось 15 Втч энергии.

С учетом понижения напряжения на батарее до 3,8 вольт, это значит, что емкость аккумулятора в единицах, используемых производителем, составляет около 3,94 Ач или 3940 мАч (15 Втч, разделенные на 3,8 вольт). Так что не спешите обвинять китайцев, будто они «не долили» миллиампер-часов, если прибор показывает меньше, чем должно быть.

Как проверить емкость аккумулятора телефона USB-тестером

Как уже говорилось выше, самый простой способ проверить емкость батареи телефона – использовать USB тестер.

USB Safety Tester J7-T

Такой прибор с одной стороны содержит штекер USB, которым вставляется в блок питания, с другой – гнездо USB, в которое смартфон подключается кабелем. Также прибор содержит экран, на которые выводятся показатели тестирования.

RD UM24C — продвинутый тестер аккумулятора смартфона © Rd Tech

Разновидностей USB-тестеров много: от простеньких за пару долларов, умеющих только показывать вольты, амперы и считать мАч – до продвинутых профессиональных в десятки раз дороже. Последние часто оснащаются цветными экранами, умеют считать ватт-часы в готовом виде, поддерживают быструю зарядку, учитывают КПД, могут синхронизироваться с ПК для построения графиков и т.д. Чтобы просто проверить емкость аккумулятора телефона – достаточно и простенького приспособления, вроде того, что на иллюстрации.

KCX-017

KCX-017 — бюджетный тестер батареи смартфона © Megadevice

Чтобы провести замеры – разрядите смартфон «в ноль». Затем подключите тестер в зарядное устройство, к тестеру подсоедините кабелем свой аппарат, и оставьте заряжаться до 100%. Когда батарея зарядится – тестер покажет, сколько энергии в нее залито.

Если прибор умеет показывать ватт-часы – это и есть количество энергии. Чтобы перевести его в мАч, разделите полученное число на напряжение 3,8 вольт, и умножьте на примерно 0,9 (так как КПД редко превышает 90%). То есть, если прибор показывает 10 ватт-часов (10 Wh), то (10/3,8)*0,9=2,37 Ач или 2370 мАч составляет объем батареи. Если заявленная в характеристиках смартфона емкость – 2500 мАч, то износ батареи около 5%.

Если USB тестер измеряет только мАч, то нужно делать поправку на разницу напряжений. Для этого сначала умножьте число мАч на 5 (вольт), а затем полученный результат (это будут милливатт-часы) разделите на 3,8 и умножьте на 0,9.

При показаниях тестера 4669 мАч емкость аккумулятора смартфона составит 4669*5=23345 мВтч, (23345/3,8)*0,9=5529 мАч. То есть, хоть прибор и указал только 4669 мАч, но емкость батареи телефона в единицах, указанных в характеристиках – около 5529 мАч.

Shopper.Life

Как измерить емкость батареи телефона программным способом

Если у вас нет тестера, измерить емкость батареи смартфона можно с помощью специальных приложений. Один из лучших вариантов такого – AccuBattery. Бесплатная версия программы обладает широкой функциональностью и умеет вычислять рабочие параметры аккумулятора. Скачать ее можно в Google Play.

Для тестирования установите программу на смартфон, а затем рязрядите его до выключения. Поставьте устройство на зарядку, включите и запустите приложение. Во вкладке «Зарядка» внизу установите проектную емкость, указанную производителем, если она отображается неправильно. Оставьте устройство заряжаться, желательно, до 100%.

Когда смартфон зарядится – вы можете перейти в программе во вкладку «Здоровье». Там отображается текущий показатель емкости, рассчитанный на основе данных, встроенных в контроллер заряда в телефоне. Программа автоматически рассчитывает степень износа аккумулятора и показывает его.

AccuBattery

Если держать AccuBattery в фоне постоянно – приложение может формировать графики износа, чтобы вы могли определять, насколько быстро деградирует батарея в вашем телефоне.

Минусом AccuBattery, как и любого аналога, является большая зависимость от точности бортовых сенсоров смартфона. Ведь расчеты ведутся на основе показателей вольтметра и амперметра, встроенных в контроллер заряда. Если эти датчики неточны, искажают информацию – то и конечные показатели будут некорректными.

Хуже всего программные методы работают (точнее, на работают) с дешевыми китайскими смартфонами из ценового диапазона около $100. Такие устройства, с целью удешевления, часто лишают полноценных датчиков. Если они и есть (а измерять напряжение и ток умеет любой контроллер батареи на плате смартфона), то доступ к данным сенсорам из операционной системы отсутствует. В таком случае измерить емкость аккумулятора телефона программой не получится.


Помимо тестеров и программ, есть и более точные способы измерения емкости батареи. Имеются полноценные тестеры для проведения замеров на батареях, отключенных от смартфона. Такие часто используются для тестов, например, круглых аккумуляторов форматов 18650, 14500 и тому подобных.

LiitoKala Lii-500

Проведя замеры на батарее, отключенной от смартфона, вы получите наиболее точные показатели емкости. Но так как 90% современных мобильников оснащаются несъемными аккумуляторами, использующими для подключения шлейф вместо контактной площадки (как было раньше), этот метод измерения емкости для них неприменим.

Как можно измерить емкость аккумулятора и перевести фарады в ампер-часы

Как можно измерить емкость аккумулятора и перевести фарады в ампер-часы

Аккумулятор — устройство для накопления энергии с целью её последующего использования.

В чем и почему измеряется емкость аккумуляторов

Заряд Q, как количество электричества, измеряется к кулонах (Кл), электроемкость конденсаторов C — в фарадах, микрофарадах (мкф), а вот емкость аккумуляторов измеряется почему-то не в фарадах, а в ампер-часах (миллиампер-часах).

Что бы это значило? Один ампер — это кулон за одну секунду, мы знаем из курса физики, что если через проводник за 1 секунду проходит электрический заряд равный 1 кулону, то по проводнику течет ток в 1 ампер.

И что тогда такое ампер-час? Ампер-часом (Ач) считается емкость аккумулятора, при которой по приведенному току в 1 ампер, аккумулятор разрядится за 1 час до минимально допустимого напряжения.

Например для литий-ионного аккумулятора типоразмера 18650, емкостью 3400 мАч, это означает, что аккумулятор при токе в 340мА сможет отдать свой заряд за 10 часов, а автомобильный аккумулятор емкостью 55 Ач разрядится от примерно от 12,8 до 10,8 вольт за 2 часа при разрядном токе в 27,5 А.

Как вы наверняка знаете, аккумуляторы нельзя разряжать до нуля, и в реальности каждому типу аккумуляторов свойственно минимально разрешенное напряжение, до которого допускается разряжать аккумулятор без вреда.

Например, автомобильный свинцовый аккумулятор нельзя разряжать ниже чем до 10,5 вольт, а литиевый аккумулятор можно разряжать не ниже чем 2,75 вольта. Если эти допуски нарушать, то ресурс аккумулятора будет истощен значительно быстрее, чем могло бы быть с соблюдением рекомендаций относительно минимального напряжения.

Таким образом, емкость аккумулятора оценивают исходя из регламентированных норм для различных типов аккумуляторов: автомобильные аккумуляторы тестируют на 20 часовом цикле разряда, а литиевые — на 5 часовом. Полностью заряженный аккумулятор разряжают заранее выбранным током I до минимально допустимого напряжения разряда, измеряя при этом время разряда Т. В конце эксперимента, перемножив ток и измеренное время, — получают значение реальной емкости аккумулятора в ампер-часах. Q = IT.

Простейший способ экспериментальной оценки емкости аккумулятора известного типа

Итак, для измерения емкости аккумулятора простейшим но кропотливым способом, не прибегая к применению специальных приборов, его полностью заряженный можно разрядить через резистор известного приемлемого номинала.

Например, допустимое безвредное напряжение полного разряда литиевого элемента типоразмера 18650 равно 2,75 вольт, а напряжение полного его заряда принимается равным 3,75 вольт. Помните, что такие аккумуляторы заряжают напряжением не более 4,35 вольт в специальных зарядных устройствах!

Допустим, полностью заряженный аккумулятор имеется. Выберем средний ток разряда в 325 мА, возьмем резистор номиналом 10 Ом, мощностью 2 Вт — с запасом. Измерим стартовое напряжение на клеммах аккумулятора, допустим оно получилось ровно 3,75 вольт, и присоединим к клеммам резистор, одновременно засекая время на часах. Далее будем следить за вольтметром — через сколько часов напряжение снизится до уровня 2,75 вольт.

К примеру, через 10 часов 27 минут напряжение на аккумуляторе стало 2,75 вольт, причем на старте он было 3,75 вольт, и это при разряде через резистор в 10 Ом. Итак, емкость уже можно с хорошей точностью оценить: стартовый ток 3,75/10 = 375 мА, финишный ток 2,75/10 = 275 мА, средний ток (375+275)/2 = 325 мА. Значит, в течение 10,45 часов аккумулятор отдавал средний ток в 0,325 А, следовательно емкость равна Q = 10,45*0,325 = 3400 мА-ч. Это хотя и грубый, но надежный способ оценки емкости аккумулятора.

Автомобильный аккумулятор

Для измерения емкости автомобильного аккумулятора удобно применить обычную лампу накаливания от фары на 60 ватт. Средний ток в 5 ампер она обеспечит. К полностью заряженному аккумулятору (до примерно 12,5-12,8 вольт) подключают лампу и вольтметр, одновременно засекая время. Когда напряжение снизится до 10,8 вольт — отключите лампу и зафиксируйте прошедшее время. Например, если прошло 9 часов, то реальная емкость данного автомобильного аккумулятора Q = 9*5 = 45 Ач.

Перевести фарады в ампер-часы

Аккумулятор, в отличие от конденсатора, имеет очень большой участок нелинейности на разрядной кривой. Но все же некоторые любители экспериментов пробуют, и у них это успешно получается, в некоторых применениях заменять аккумулятор суперконденсаторами.

1 ампер-час — это 3600 кулон. Пусть, мы хотим получить батарею конденсаторов, эквивалентную по разрядной характеристике, хотя и на коротком участке, аккумуляторной батарее номиналом 12 вольт, емкостью 55 ампер-часов. 55 ампер в течение часа — это 55*3600 кулон.

Примем изменение напряжения от 13 до 11 вольт, тогда поскольку Q = С(U1-U2), то С = 55*3600/2 = 99000 Ф. Почти 100 килофарад эквивалентная электроемкость автомобильного аккумулятора, если бы его разрядная характеристика была такой же, как у конденсатора.

В интернете есть видео, где шестью суперконеднсаторами по 3000 Ф, на 2,7 В каждый, соединенными последовательно заменяют стартерную батарею автомобиля. Получается 500 Ф примерно на 16 В.

Давайте прикинем, какой ток и в течение какого времени сможет дать такая сборка. Пусть рабочий диапазон принят снова от 13 до 11 вольт. В течение какого времени можно рассчитывать на ток в 200 А (с запасом)? I = С(U1-U2)/t, тогда t = C(U1-U2)/I = 500*2/200 = 5 секунд. Достаточно чтобы завести двигатель.

Ранее ЭлектроВести писали, что компания Gocycle представила электровелосипед-трансформер GX, который имеет съемную батарею и складывается в считанные секунды. Это делает его особенно подходящим, например, для поездок на работу с последующим размещением двухколёсного друга в углу офиса, где он не займет много места.

По материалам: electrik.info.

Проверка емкости аккумулятора мультиметром: как измерить аккумуляторную батарею

Аккумулятор – это устройство, накапливающее электроэнергию и отдающее её лампам, электродвигателям и другим электроприборам. Один из важных параметров этих аппаратов – ёмкость. Для её проверки используются специальные дорогие приборы, но есть альтернативный вариант. В этой статье рассказывается, как узнать ёмкость аккумулятора обычным мультиметром.

Мультиметр

Интересно. Есть мультиметры с функцией проверки ёмкости аккумуляторов.

Виды аккумуляторных батарей

Такие приборы производятся разных типов:

  • Свинцово-кислотные. Самые распространённые благодаря дешевизне. Используются в автомобилях, системах ИБП, солнечных и ветряных электростанциях;
  • Никелевые – никель-кадмиевые (NiCd) и никель-металлогидридные (Ni-MH). Отличаются надёжностью и долговечностью. Выдерживают перезаряд, глубокий разряд и большие пусковые токи;
  • Литий-ионные (литиевые). Обладают большой ёмкостью на единицу веса и объёма (в 2-4 раза больше, чем свинцовые батареи) и отличаются быстрой перезарядкой. Применяются в мобильниках, электронике и электромобилях.

Литий-ионный аккумулятор мобильного телефона

Параметры аккумулятора

Основные параметры прибора можно замерить или вычислить без использования специальных дорогостоящих устройств.

Ёмкость батареи

Этот параметр показывает, сколько будет работать подключённое к аккумуляторной батарее устройство до полной разрядки аккумулятора.

Измеряется ёмкость в ампер-часах. Это произведение времени работы на потребляемый ток. Его также можно вычислить, проведя необходимые измерения мультиметром.

Выходное напряжение

Измерение производится согласно инструкции к вольтметру. Номинальное значение батареи указывается в документации или на корпусе:

  • Никель-кадмиевые или никель-металлогидридные – 1,2В. Такие элементы применяются вместо батареек АА и ААА в шуруповёртах и аналогичных устройствах. Комплекты таких аккумуляторов в этих электроприборах собраны в батареи. При необходимости определяются параметры отдельного элемента или всей батареи целиком;
  • В автомобильных аккумуляторных батареях – 12,7В. Аналогичные устройства используются в ИБП. В некоторых моделях скутеров и мотоциклов напряжение аккумулятора составляет 6,3В;
  • Литий-ионные – применяются в телефонах, планшетах и другой мобильной технике. Величина напряжения зависит от конкретной модели.

Измерение напряжения

Важно! Измерения производятся при отключенной нагрузке, чтобы падение напряжения внутри источника питания не вносило погрешности в результат.

Внутреннее сопротивление

Ещё один важный параметр – внутреннее сопротивление устройства. При его высоком значении происходит значительное падение выходного напряжения при больших токах нагрузки. Этот эффект наблюдается во время запуска автомобиля стартером, при этом притухают фары.

Определяется внутреннее сопротивление следующим образом:

  1. измеряется напряжение без нагрузки – Uхх;
  2. подключается нагрузка, и измеряется её ток I и напряжение Uраб;
  3. рассчитывается падение напряжения внутри источника питания:

Uвн=Uхх-Uраб

  1. по формуле Rвн=Uвн/I рассчитывается внутреннее сопротивление аккумулятора.

Интересно. В обычной батарее при разряде не падает выходное напряжение, а растёт внутреннее сопротивление, и падает ток короткого замыкания.

Саморазряд аккумуляторной батареи

При хранении напряжение на выходе устройства уменьшается. Это явление называется саморазряд.

Для его определения необходимо померить напряжение в отключённой батарее с периодичностью в несколько дней, по разнице вычисляют саморазряд устройства.

Измерение ёмкости мультиметром

Ёмкость АКБ измеряется в ампер-часах. Это произведение тока, потребляемого устройством, и времени работы, которое может обеспечить аккумуляторная батарея. Узнать номинальную ёмкость аккумулятора можно по маркировке на его корпусе. Перед тем, как измерить емкость аккумулятора, необходимо проверить напряжение и при необходимости подзарядить устройство.

Для измерения ёмкости аккумулятора к источнику питания, заряженному до номинального напряжения Uном, подключается нагрузка, например, лампа накаливания, и тестером измеряется потребляемый ею ток. Через некоторое время t измеряется напряжение аккумулятора Uраб и определяется уровень разряда Uраз. Это делается по формуле:

Uраз=Uном-Uраб,

и определяется ожидаемое время работы:

tраб=(Uраз/Uном)*t.

Эта формула подходит только для кислотных аккумуляторов, которые разряжаются до «0». Элементы других типов при падении напряжения ниже 0,83Uном отключаются. Поэтому в формуле расчёта аккумулятора телефона вместо Uном следует использовать 0,17*Uном.

Для вычисления ёмкости аккумуляторной батареи полученное значение умножается на ток Ёмк=I*tраб.

Проверка аккумуляторной батареи шуруповёрта

В батарее шуруповёрта никелевые элементы с напряжением 1,2В соединены последовательно. Обычно вся батарея теряет ёмкость из-за вышедшего из строя одного элемента. Поэтому, если она быстро теряет заряд, то устройство следует разобрать, проверить каждый элемент в отдельности и заменить неисправный.

Проверка элементов аккумулятора шуруповёрта

Измерение ёмкости аккумуляторов 18650

Элемент 18650 – это литий-ионная аккумуляторная батарея, собранная в цилиндрическом корпусе, похожем на батарейки АА. Название 18650 обозначает, что диаметр батарейки – 18 мм, а длина – 65 мм. Выходное напряжение этой конструкции – 3,7В, а ёмкость – 1600-3600 мАч. Используются такие элементы в фонариках, электровелосипедах и других устройствах, где необходим большой заряд при малых габаритах.

Преимущество этих приборов – в отсутствии эффекта памяти заряда и большом числе циклов заряд-разряд. Для зарядки необходимо специальное устройство.

Недостаток таких приборов в чувствительности к перезаряду и перегреву. Для защиты в более дорогих приборах устанавливается электронная схема, защищающая его от этих проблем. На таких аппаратах наносится надпись «Protected», «With protective PCB», «Protection Circuit» и т.п.

Ёмкость элемента падает с течением времени. Кроме того, в дешёвых устройствах она может не соответствовать указанной, поэтому важно знать, как определить емкость такого элемента. Узнать емкость батареи 18650 можно аналогично другим литиевым батарейкам.

Аккумулятор 18650

Проверка батареек

В обычных батарейках при разряде напряжение практически не падает. Вместо этого растёт внутреннее сопротивление, и падает отдаваемый ток. Для проверки элемента определяется ток короткого замыкания. Он измеряется амперметром и в разряженной батарейке уменьшается через несколько секунд после начала измерений.

Важно! В исправном устройстве ток короткого замыкания достигает нескольких ампер.

Знание того, как проверить емкость аккумулятора мультиметром без использования дорогостоящих приборов, поможет вовремя заменить или не устанавливать неисправный элемент.

Видео

Оцените статью:

Как проверить емкость батареи ноутбука?

Емкость батареи ноутбука – один из ключевых показателей, определяющих продолжительность его автономной работы. Чем она больше, тем больше времени можно использовать устройство без подзарядки от сети, поэтому при выборе батареи этому показателю уделяется особое внимание. Однако любые батареи питания со временем теряют емкость – это обусловлено протекающими в них физико-химическими процессами. Для повышенной емкости ноутбуков необходимо соблюдать правила использования аккумуляторных батарей, а при сильном износе их в любом случае приходится менять.

Утилиты для проверки емкости батареи

Чтобы узнать емксть батареи ноутбука, можно обратиться в сервисный центр, а можно воспользоваться специальными программами-утилитами, предоставляющими пользователю полную информацию о работе системы и установленного оборудования. Некоторые из них выложены в свободный доступ, а некоторые являются платными. Основные программы:

  • BatteryCare – бесплатная программа с автоматическим обновлением, она показывает расчетную емкость батареи и ее износ в процентах. Утилита также показывает дату последней калибровки, количество полных циклов заряда и разряда, а также иную полезную информацию, в том числе советы по увеличению продолжительности использования аккумуляторы. Ее установка не займет много времени.
  • Battery Optimizer – еще одна полезная программа, показывающая уровень изношенности батареи. Главное отличие от аналогов – она показывает, как увеличится продолжительность автономной работы, если отключить определенные программы и работающие службы. Такая экономия заряда позволит продолжать работу в автономном режиме и сохранить важные данные.
  • AIDA 64 – утилита, предоставляющая информацию не только об аккумуляторе, но и обо всех параметрах работы устройства. Она показывает все установленные программы, состояние автозагрузки, дату обновления Биоса и многие другие полезные сведения, а также предоставляет информацию о том, насколько емкость аккумулятора отличается от паспортных данных. Если степень износа достигает половины, батарею пора заменить на новую.

С помощью некоторых утилит можно попробовать временно увеличить емкость батареи ноутбука. Battery Optimizer покажет, какие службы являются наиболее энергозатратными, и от чего в данный момент можно избавиться. Чтобы повысить срок автономной работы можно уменьшить яркость дисплея и разрешение экрана, убрать ненужные программы из автозагрузки, отключить беспроводное соединение, если в нем в данный момент нет необходимости. Эти простые методы способны значительно продлить время работы АКБ без подзарядки.

Проверка емкости командной строкой

Проверить емкость батареи ноутбука можно и без использования сторонних приложений, для этого можно воспользоваться командной строкой. Запустите ее, нажав «Win + R» на клавиатуре, после чего в строке введите CMD. Далее нужно нажать кнопку «Энтер» и в окне командной строки ввести powercfg energy. В результате вы получите отчет в виде «.html» файла, который можно найти в корневом каталоге.

В нем будет представлена вся информация о работе элемента питания, но наиболее важными являются два параметра: расчетная емкость и последняя полная зарядка. Чем больше между ними расхождение, тем выше степень изношенности аккумулятора, и тем важнее провести своевременную замену.

Как правило, продолжительность использования аккумулятора не превышает 4 лет даже при правильной эксплуатации, Интернет-магазин «В ноутбуке» поможет вам приобрести новую надежную батарею по выгодной стоимости для любой модели ноутбука.


Что такое емкость аккумуляторной батареи. Как измерить емкость аккумулятора.

Емкость аккумуляторов— это количество электрической энергии, которое может отдать полностью заряженный аккумулятор при определенном режиме разряда и температуре от начального до конечного напряжения. Единицей СИ для электрического заряда является кулон (1Кл), но на практике емкость обычно выражается в ампер-часах (Ач).

Емкость измеряют в ампер-часах и определяют по формуле:

C=Ip *tp,гдеС– емкость, Ач;

Ip– сила разрядного тока, А;

tp– время разряда, Ч.

Номинальная емкость— емкость, которую должен отдать новый полностью заряженный аккумулятор в нормальных условиях разряда, указанных в стандарте на этот аккумулятор. При этом напряжение не должно упасть ниже определенной величины.

Так как емкость зависит от разрядного тока и конечного разрядного напряжения, в условном обозначении аккумуляторов указывается емкость, соответствующая определенному режиму разряда. Для стартерных аккумуляторов за номинальную принимается емкость при 20-часовом, стационарных при 10-часовом, тяговых при 5-часовом режимах разряда.

Пример оценки ёмкости батареи 20-ти часовым режимом разряда током 0.05 С20 (током, равным 5% от номинальной ёмкости). Если ёмкость батареи 55Ач, то разряжая ее током 2.75А, она полностью разрядится за 20 часов. Аналогично для батарей ёмкостью 60Ач полный 20-ти часовой разряд произойдет при чуть большем токе разряда — 3А.

Отдача по емкости — отношение количества электричества, полученного от аккумулятора при разряде, к количеству электричества, необходимого для заряда аккумулятора до первоначального состояния при определенных условиях.

Она зависит от полноты заряда. Часть же заряда теряется на газообразование, это уменьшает коэффициент отдачи.

Емкость остаточная– величина, соответствующая количеству электричества, которое может отдать частично разряженный аккумулятор при установленном режиме разряда до конечногонапряжения.

Резервная ёмкость аккумуляторной батареи— время, в течение которого батарея сможет обеспечить работу потребителей в аварийном режиме. Величина резервной ёмкости, выраженная в минутах, последнее время все чаще проставляется изготовителями стартерных аккумуляторных батарей после значения тока холодного старта.

Емкость зарядная— количество электричества, сообщаемое аккумулятору во времязаряда.Зарядная емкость акб всегда больше разрядной из-за потерь энергии на побочные реакции и процессы.

При постоянном токе заряда l зарядная емкость С= I * t, где t — время заряда.

Измерение емкости ведется до падения напряженияхотя бы одного элемента аккумуляторной батареи до величины, регламентированной для конкретного режима разряда.

В течение срока службы емкость акб изменяется. В начале срока службы она возрастает, так как происходит разработка активной массы пластин. В процессе эксплуатации емкость некоторое время держится стабильной, а затем начинает постепенно уменьшаться из-за устаревания активной массы пластин.

Емкость батареи зависит от количества активного материала и конструкции электродов, количества и концентрации электролита, величины тока разряда, температуры электролита, степени изношенности аккумулятора, наличияпосторонних примесей в электролитеи других факторов.

При увеличении тока разряда емкость батареи уменьшается. АКБ при форсированных режимах разряда отдают емкость меньше, чем при разряде более длительными режимами (небольшой величиной тока). Поэтому на аккумуляторах могут быть обозначения при 3,5,6,10,20 и 100 часах разряда. При этом емкости одной и той же батареи будут совершенно разные. Наименьшая будет при 3-х часовом разряде, наибольшая при 100 часовом.

С повышениемтемпературы электролитаемкость растет, но при излишне высоких температурах уменьшается срок их службы. Это происходит потому что, при повышении температуры электролит легче проникает в поры активной массы, так как уменьшается его вязкость и увеличивается внутреннее сопротивление.Поэтому в реакции разряда принимает участие больше активной массы, чем при заряде, производившемся при более низкой температуре.

При низкихже температурах емкость и полезное действиеАКБбыстро уменьшается.

Если увеличить концентрацию (плотность электролита), то емкость также увеличится, но аккумулятор быстро выйдет из строя из-за разрыхления активной массы батареи.

Как измерить ёмкость аккумулятора | SKAT-UPS.RU

Определение ёмкости аккумулятора. Физический смысл

Ёмкость аккумуляторной батареи определяет количество времени, в течение которого АКБ сможет давать энергию на полезную нагрузку. Емкость аккумуляторной батареи измеряется в ампер-часах. Сама физическая единица показывает, что ёмкость аккумуляторной батареи — это произведением тока разряда аккумулятора (в амперах) на время разряда АКБ (в часах).
Ёмкость аккумуляторной батареи — это физическая величина, которая вместе с напряжением батареи определяет количество энергии, которую способна дать полностью заряженная аккумуляторная батарея. Не следует путать понятия ёмкости аккумуляторной батареи и заряда (заряженность) аккумулятора. Ёмкость определяет потенциал аккумуляторной батареи, то есть количество времени, в течение которого АКБ сможет обеспечить питание нагрузки, если аккумуляторная батарея полностью заряжена.

Реальная ёмкость аккумулятора определяется несколькими факторами: величиной приложенной нагрузки, температурой батареи. Чем больше приложена нагрузка, тем быстрее происходит разряд батареи. Чем ниже температура, тем меньше ёмкости имеет батарея. Ёмкость аккумулятора — величина, зависящая от способа и условий измерения, поэтому её необходимо рассматривать в соответствии с технической документацией к батареи. Обычно производитель определяет длительным способ разряда батареи (в течение 20 часов) при комнатной температуре (20 градусов).

Определение ёмкости аккумулятора методом длительного разряда

Стандартным лабораторным методом определения ёмкости аккумулятора является метод длительного контрольного разряда. В начале аккумуляторную батарею полностью заряжают, а потом разряжают постоянным малым током. Одновременно ведут учёт времени разряда батареи. Ёмкость аккумулятора вычисляют как произведение силы тока на время. Сложность метода состоит в необходимости поддерживать постоянное значение силы тока разряда, для этого используют специальное оборудование.

Бытовым способом измерения ёмкости аккумулятора является метод разряда АКБ с помощью постоянной нагрузки. При этом используют в качестве нагрузки одну или несколько автомобильных ламп, выбирая нагрузку из расчета 1/20 величины номинальной ёмкости. Время засекается по обычным часам. Такой метод имеет неточность, так как напряжение АКБ в течение тестирования снижается, и, следовательно, меняется ток нагрузки. Следует так же опасаться полного (глубокого) разряда АКБ, это может привести к поломке батареи.

Еще один способ измерения ёмкости аккумулятора также основан на использовании метода длительного разряда. В этом случае используется специальная электронная схема и электронные часы, подключенные в схему. Такую схему можно найти на страницах журналов радиолюбителей.

Собрать её сможет опытный радиолюбитель или профессиональный электронщик, для каждого аккумулятора придется подобрать расчетным путём необходимые значения сопротивления нагрузки. Измерение проводится так же в течение 20 часов.

Определение ёмкости аккумулятора с помощью специального электронного тестера

Для быстрого определения ёмкости аккумулятора можно использовать специальные тестеры ёмкости аккумуляторов. Работа таких устройств основана на проведении серии специальных измерений. Для определения ёмкости тестер отправляет несколько зондирующих импульсов в подключенную аккумуляторную батарею. Получив обратный сигнал, тестер проводит их распознание и с помощью микропроцессора делает необходимые вычисления ёмкости аккумулятора. Полученный результат выводится на электронный дисплей устройства.

Одним из таких приборов является тестер ёмкости аккумуляторных батарей SKAT-T-AUTO.

Тестер ёмкости аккумулятора SKAT-T-AUTO является полностью автоматический прибором, не требует специальных знаний для проведения измерений. Тестер предназначен для быстрой оценки технического состояния герметичных и негерметичных свинцово-кислотных АКБ с номинальным напряжением 12 В и номинальной ёмкостью от 1,0 до 120 Ач.

Тестер емкости аккумулятора позволяет определить ёмкость аккумулятора с необходимой для эксплуатации АКБ точностью всего за 15 секунд.  Работа с прибором очень проста. Нужно отсоединить батарею от прибора, в котором она установлена, подсоединить к тестеру с помощью специальных зажимов и нажать всего одну кнопку.

После определения остаточной ёмкости батареи, её сравнивают с номинальной ёмкостью новой батареи, указанной в паспорте изделия. Если остаточная ёмкость батареи менее 50 %, то её необходимо вывести из эксплуатации и провести восстановление или замену батареи.

Сделав выбор в пользу SKAT-UTTV — профессионального прибора для восстановления и тренировки аккумуляторов, непременно зайдите в интернет-магазин известного российского производителя электроприборов для систем отопления БАСТИОН – skat-ups.ru.

Подписывайтесь на наш канал, ставьте лайки!

Узнавайте больше про эффективные и недорогие приборы, делающие нашу жизнь комфортной!

Емкость батареи — обзор

20.2.3 Емкость батареи

Емкость батареи соответствует количеству электрического заряда, который может быть накоплен во время заряда, сохранен во время пребывания в разомкнутой цепи и высвобожден во время разрядки обратимым образом . Он получается путем интегрирования тока разряда, начиная с полностью заряженной батареи и заканчивая процесс разряда при определенном пороге напряжения, часто обозначаемом как напряжение отсечки или U cut_off , достигнутом в момент t cut_off .В этом случае она обозначается как разрядная емкость или C d , а в случае электрохимии свинцово-кислотных аккумуляторов она может быть выражена как

(20,5) Cd = ∫0tcut_offIdt = −2FMPbO2 (mPbO2initial − mPbO2cut_off ) = — 2FMPb (mPbinitial − mPbcut_off)

Уравнение (20. 5) показывает, что емкость батареи пропорциональна количеству активных материалов, которые могут быть преобразованы электрохимически, пока напряжение батареи не достигнет порогового значения U cut_off .Знак разрядной емкости отрицательный; однако на практике его значение рассматривается как модуль. Когда аккумулятор разряжается постоянным током, его емкость определяется по формуле C d = I · t d , где t d — продолжительность разряда. Когда последнее выражается в часах, типичной единицей измерения емкости аккумулятора является ампер-час.

Разрядная емкость новой батареи (то есть до заметного начала деградации батареи) является функцией температуры и профиля тока разряда.Основным этапом разработки каждого алгоритма управления батареями является оценка зависимости разрядной емкости от тока и температуры. Обычно это делается путем подвергания одной или нескольких идентичных батарей или элементов нескольких циклов заряда / разряда при постоянной температуре с использованием гальваностатического разряда с различными токами разряда и фиксированным режимом полной зарядки. Процедура повторяется при нескольких разных температурах. При разработке такого плана экспериментов следует учитывать типичную скорость разрушения батареи при циклическом включении.Для аккумуляторов, скорость старения которых в режиме глубокого цикла высока (например, свинцово-кислотные аккумуляторы с тонкими пластинами и решетками, не содержащими сурьмы), количество таких глубоких циклов характеризации должно быть меньше и ограниченное количество экспериментальных точек на батарею. может быть компенсировано тестированием большего количества батарей.

Зависимость разрядной емкости от тока разряда часто соответствует уравнению Пейкерта [2]:

(20.6a) Cd = K · I1 − n

, где K и n — эмпирические константы.Коэффициент n сильно зависит от конструкции электродов. Например, свинцово-кислотные батареи с толстыми пластинами имеют значение n в диапазоне 1,4 [3], тогда как для конструкций с более тонкими пластинами n находится в диапазоне 1,20–1,25 [4]. Для таких технологий, как литий-ионные батареи, где пластины очень тонкие (в диапазоне 0,2–0,3 мм), значение n близко к 1 [5]. В этом случае уравнение Пойкерта и соответствующие экспериментальные данные могут быть представлены с использованием продолжительности разряда t d вместо емкости:

(20.6b) td = K · I − n

Когда экспериментальные данные t d (I) построены в двойных логарифмических координатах, уравнение (20.6b) преобразуется в прямую линию с наклоном, равным к коэффициенту n . Уравнение Пейкерта демонстрирует одну и ту же тенденцию почти для всех типов первичных и аккумуляторных батарей — чем выше ток разряда, тем меньше емкость. Последнее с электрохимической точки зрения соответствует меньшему количеству активных материалов, превращающихся в продукты разряда.В аккумуляторной технологии степень этого преобразования обозначается как «использование активных материалов». Снижение использования активных материалов при высоких токах разряда очень часто может быть приписано эффектам диффузии. Например, в случае разряда свинцово-кислотной батареи (уравнения (20.1a) и (20.1b)) серная кислота, необходимая для преобразования PbO 2 и Pb в PbSO 4 , должна диффундировать из объема электролита. к геометрической поверхности электрода, а затем внутрь его пористого объема.При высоких токах разряда электролит из объема элемента, расположенного между пластинами батареи, не успевает диффундировать внутри объема пластин, где он быстро истощается из-за электрохимических реакций. Это приводит к развитию локальных градиентов концентрации и появлению диффузной поляризации [6]. Последнее вызывает быстрое снижение напряжения разряда ячейки. По логике вещей, мы можем достичь более высоких емкостей при более высоких токах только в аккумуляторных технологиях, использующих конструкции ячеек с более тонкими пластинами, где диффузия происходит быстрее.

Уравнение Пейкерта имеет различный диапазон применимости для каждой аккумуляторной технологии — для очень высокого и очень низкого тока разряда оно больше не действует. Следует отметить, что точный алгоритм BMS должен также полагаться на набор параметров n и K , измеренных для конкретного типа батареи, используемой в энергетической системе, т. Е. Пара «батарея плюс BMS» ведет себя как ключ и замочная скважина.

Уравнение (20.6b) можно использовать для объяснения терминов «номинальная емкость» и «номинальный ток», которые часто используются в аккумуляторной практике.Здесь «номинальный» соответствует выбору тока, соответствующего заданной продолжительности разряда (или желаемой автономности), или наоборот — как долго мы будем работать от батареи при приложенном токе разряда. Таким образом, ток, соответствующий 20-часовому разряду, обозначается как 20-часовой номинальный ток или I 20 (или I 20h ). Когда последнее умножается на 20 часов, произведение обозначается как 20-часовая номинальная производительность C 20 (C 20h ).

Другой термин, связанный с емкостью батареи, — это «номинальная емкость» (или емкость, указанная на паспортной табличке), обозначенная как C n . Определение C n часто связано с определенным приложением или стандартом тестирования батарей. Например, номинальная емкость пусковой, осветительной и зажигательной свинцово-кислотной аккумуляторной батареи обычно совпадает с номинальной емкостью 20 часов C 20h . Номинальная емкость может использоваться для выражения плотности тока заряда и разряда в виде рейтинга C, представленного как отношение между номинальной емкостью и « целевой » длительностью разряда или заряда (последняя отличается от реальной продолжительности заряда или разряд).Таким образом, для тока, предназначенного для зарядки или разрядки аккумулятора в течение 10 часов, плотность тока выражается как C n /10 час. Более высокие токи, такие как C n /1 ч, обозначаются как 1 C, C n 900 10/30 мин как 2 C, C n 900 10/15 мин как 4 C и т. Д. Когда ток выражается таким образом, позволяет применять одинаковые условия тестирования к батареям разного размера и надежно сравнивать полученные результаты. Удобство такого подхода связано с большой разницей между возможностями тестирования аккумуляторов лаборатории, на которую возложена задача разработки BMS, и фактическими размерами установки аккумулирования энергии.Обычно стенды для проверки аккумуляторных батарей предназначены для проверки ячеек в диапазоне напряжений 0–5 В и тока ± 5–50 А (чем выше ток, тем дороже оборудование). Во многих реальных аккумуляторных установках для хранения возобновляемой энергии и поддержки сети типичный диапазон постоянного напряжения составляет 400 В, а токи могут достигать 500–1000 А в случае использования огромных аккумуляторных элементов, что свидетельствует о том, что BMS фактически экстраполирует лабораторные характеристики ячеек и батарей меньшего размера, чтобы контролировать и прогнозировать работу крупногабаритной электростанции.

Емкость измерительной ячейки | Электронный дизайн

Загрузите эту статью в формате PDF.

От сотовых телефонов до электромобилей — каждый пользователь заботится о времени автономной работы. Разработчики систем усердно работают над максимальным временем работы, используя один из двух подходов: проектировать систему с батарейным питанием так, чтобы она эффективно потребляла электроэнергию, чтобы батареи прослужили дольше, или максимизировать количество энергии, доступной для системы с батарейным питанием. Чтобы максимально увеличить доступную мощность батареи, вы можете использовать батарею большего размера или меньшую батарею большой емкости.Поскольку большинство систем с батарейным питанием являются портативными, следует учитывать их вес и размер. Таким образом, использование более крупной батареи несколько противоречит цели меньшей и легкой.

Итак, при создании батареи вам лучше всего будет создать батарею большой емкости. Батарея состоит из ячеек, расположенных последовательно для увеличения доступного напряжения и параллельно для увеличения доступного тока. Таким образом, батареи большой емкости состоят из ячеек большой емкости. Сегодня литий-ионный элемент используется в большинстве приложений с батарейным питанием, с отличным балансом размера, веса, доступного тока, емкости и стоимости.

Емкость литий-ионного элемента

Литий-ионные элементы

или любой другой элемент в этом отношении имеют емкость, измеряемую в ампер-часах (Ач). Для обзора, один ампер-час означает, что вы можете получить один ампер из ячейки за один час. Итак, ампер-часы — это произведение ампер на часы. Точно так же 1 Ач также означает, что вы можете потреблять 2 А в течение 0,5 часа или 0,25 А в течение четырех часов.

Емкость

Ач фактически является мерой хранимых кулонов. Если рассматривать единицы измерения в ампер-часах, один ампер равен 1 кулону в секунду.Если вы умножите амперы на время, вы получите кулоны. Учитывая, что один час равен 3600 секундам, тогда 1 Ач составляет 3600 ампер-секунд или (3600 кулонов в секунду) × секунды, что равняется 3600 кулонам накопленного заряда в ячейке. Обратите внимание, что емкость меньших элементов может измеряться в миллиампер-часах (мАч). Например, типичный литий-ионный аккумулятор 18650 будет хранить около 3 Ач или 3000 мАч.

1. На рисунке показан профиль разряда литий-ионного элемента. Верхняя строка — напряжение vs.время, начиная с полностью заряженного и продолжаясь до достижения напряжения конца разряда (EODV). Во время этого разряда ток постоянен. Измеренное время — это время, необходимое для разряда. Емкость элемента — это площадь под кривой разряда.

Вы также можете измерить емкость элемента в ватт-часах (Втч). Емкость Втч — это мера запасенной энергии. В единицах измерения один ватт — это один джоуль в секунду. Если вы умножите ватты на время, вы получите джоули. Учитывая, что один час равен 3600 секундам, тогда 1 Втч составляет 3600 ватт-секунд или (3600 джоулей / секунду) × секунды, что равняется 3600 джоулей накопленной энергии в ячейке.

Однако типичный способ описания емкости литий-ионных элементов — это их зарядная емкость, или Ач. В оставшейся части этой статьи я буду рассматривать емкость исключительно в Ач.

Чтобы измерить емкость Ач, начните с полностью заряженного элемента. Самый простой способ измерить емкость элемента — потреблять постоянный ток в Х ампер, пока он не разрядится. Ячейка считается разряженной, когда напряжение ячейки достигает конечного напряжения разряда (EODV).

Для практического измерения просто примените фиксированную нагрузку постоянного тока в X ампер и запустите часы.Чтобы быть уверенным в потребляемом токе, не полагайтесь на точность уставки нагрузки постоянного тока. Вместо этого измерьте ток, потребляемый нагрузкой. Мы назовем этот измеренный ток X амперами. Постоянно измеряйте напряжение на ячейке. Когда напряжение достигнет EODV, остановите часы. Допустим, это T часов (рис. 1) .

Теперь просто умножьте значение постоянного тока X ампер на измеренное время T. Результатом будет измеренная емкость X × T Ah.Емкость — это площадь под кривой зависимости тока от времени. В этой простой измерительной установке кривая зависимости тока от времени представляет собой не кривую, а прямую линию. Следовательно, вычисление площади под кривой просто X × T.

Факторы, влияющие на точность измерения емкости

В приведенном выше примере мы измеряли три параметра: ток, время и напряжение. Время можно измерить с исключительной точностью, поэтому ошибка измерения времени вряд ли окажет серьезное негативное влияние на измерение емкости.

Точность измерения напряжения важна, потому что способность измерять напряжение — это то, что останавливает часы. Если измерение напряжения некачественное, часы могут остановиться слишком рано, что приведет к заниженным результатам измерения емкости. Точно так же плохое измерение напряжения может привести к слишком поздней остановке часов, что приведет к завышению емкости. Хорошая новость заключается в том, что напряжение на ячейке со временем меняется медленно. Следовательно, ошибку измерения напряжения можно уменьшить, используя более длительное время интегрирования цифрового мультиметра, чтобы уменьшить шум, который может помешать хорошему измерению напряжения.Поскольку напряжение изменяется медленно, можно безопасно использовать более длительное время интегрирования.

Точность измерения тока является доминирующим фактором при определении ошибки измерения емкости Ач. Низкая точность измерения тока означает плохое измерение емкости Ач. Чтобы получить четкое представление о качестве измерения емкости Ач, посмотрите характеристики текущего измерения, которое вы проводите.

Определение точности измерения емкости

При измерении емкости будет ошибка измерения емкости в виде коэффициента усиления в% от измерения емкости плюс член смещения мАч ошибки за час измерения.

2. Keysight Advanced Power System (APS) — это семейство источников питания постоянного тока, состоящее из 24 моделей мощностью 1000 Вт (вверху) и 2000 Вт (внизу). Эти источники питания могут как подавать питание, так и действовать как нагрузка постоянного тока, обеспечивая при этом очень высокую точность измерения тока. Для получения дополнительной информации посетите www.keysight.com/find/APS.

Рассмотрим пример измерения мощности с источником питания Keysight APS 1000 Вт, модель N7950A, номинальным напряжением 9 В и ± 100 А (рис. 2) . Этот источник питания является двухквадрантным, что означает, что он может как источник (положительный ток до +100 А), так и потребляющий ток (отрицательный ток до ‒100 А). Это делает его отличным инструментом для зарядки и разрядки ячеек.

При разрядке элемента или уменьшении тока N7950A действует как электронная нагрузка постоянного тока (электронная нагрузка), и поэтому его можно использовать для измерения емкости элемента с помощью метода, описанного выше. Примечание. В оставшейся части этой статьи я буду называть этот двухквадрантный источник питания электронной нагрузкой, поскольку мы используем его в качестве электронной нагрузки для разряда элемента и измерения емкости элемента.

Теперь, продолжая этот пример, мы измерим емкость большой ячейки, где мы можем протянуть постоянный ток 5 А. Этот большой элемент представляет собой ячейку мешочного типа, используемую в электромобилях, возможно, с емкостью 10 Ач или выше (рис.3) .

Спецификация точности измерения тока N7950A составляет 0,05% + 3 мА в диапазоне от 0 до 10 А. Помните, ранее я сказал, что не имеет значения, на какой уровень постоянного тока был установлен ток, потому что мы будем использовать текущее измерение, чтобы точно определить, какой ток потребляется из ячейки.N7950A также имеет точность временной развертки 0,01%.

3. Карманные литий-ионные аккумуляторы большого формата были разработаны для использования в электромобилях. Ячейки с большими пакетами могут иметь емкость от 10 до 40 Ач и более. Для сравнения в правом верхнем углу фото показаны типичные цилиндрические элементы 18650.

Чтобы определить коэффициент усиления погрешности измерения емкости, нам нужна сумма текущей точности измерения прироста 0,05% и погрешности временной развертки 0.01%. Следовательно, коэффициент выигрыша при измерении емкости составит 0,06% от измерения емкости. Итак, если мы измеряем емкость 10 Ач, то коэффициент усиления 0,06% приведет к (0,06% × 10 Ач) = 6 мАч погрешности.

Теперь давайте посмотрим на фиксированный срок. Ошибка смещения APS в нижнем диапазоне составляет 3 мА. Это говорит о том, что за период интегрирования будет ошибка 3 мА. В результате на каждый час измерения будет погрешность в 3 мАч. Если перевести это в более простую форму для расчета, это будет 0.833 мкАч за каждую секунду измерения.

Итак, сложим все вместе:

  • Электронная нагрузка имеет ток с точностью измерения 0,05% + 3 мА.
  • Электронная нагрузка имеет емкость точность измерения 0,06% + 0,833 мкАч / сек
  • Мы измеряем ток 10 А в течение 1 часа, потому что элементу требуется 1 час, чтобы достичь своего EODV, что «останавливает часы» при измерении емкости.
  • Это будет 10 Ач емкости.
  • Коэффициент увеличения погрешности емкости составит 0,06% от 10 Ач или 6 мАч.
  • Срок смещения емкости составит 0,833 мкАч / сек для 3600 секунд = 3 мАч.
  • Общая погрешность емкости будет составлять 6 мАч + 3 мАч = 9 мАч погрешности на 10 Ач измерения емкости, выполненной в течение 1 часа.

простой и точный способ

Для измерения емкости аккумулятора необходимо разрядить аккумулятор с помощью резистора или любой другой нагрузки до тех пор, пока напряжение не упадет до минимального значения, и записать ток и напряжение на нагрузке во время процесса разрядки.Затем постройте график, используя собранные данные, и по этим данным можно рассчитать емкость аккумулятора. Но вот проблема — во время процесса разряда ток через нагрузочный резистор падает, поэтому нам нужно будет интегрировать данные с течением времени, поэтому этот метод неточен.

Но если разрядить аккумулятор через источник тока, то узнать емкость аккумулятора можно намного проще и точнее. Но вот другая проблема: напряжение на батарее (1.2 … 3,7 В) недостаточно для питания источника тока. Решить эту проблему можно, применив дополнительный источник напряжения.

Рис. 1. Принципиальная схема, используемая для измерения емкости аккумулятора

V1 — элемент или батарея, подлежащие испытанию;
V2 — вторичный источник напряжения (например, источник питания на базе IC 7809 или аналогичный), он должен обеспечивать ток, превышающий ток разряда;
ПВ1 — вольтметр;
LM7805 и R1 — источник тока;
VD1 — защитный диод 1N4004 (на токи менее 1 А).

Принципиальная схема, используемая для измерения емкости аккумуляторной батареи, показана на рис. 1. Здесь мы видим, что тестируемая батарея V1 соединена последовательно с источником тока (источник тока основан на регуляторе напряжения LM7805 и резисторе R1) и с другим источником напряжения V2. Обратите внимание на полярность V1 и V2: поскольку они соединены последовательно, их суммарного напряжения достаточно для питания источника тока. Минимальное рабочее напряжение источника тока составляет 7 В (5 В — это напряжение на выходе LM7805, на резисторе R1, а 2 В — минимальное рабочее напряжение между входом и выходом LM7805).Суммарное напряжение V1 и V2 не менее 9 В, что больше рабочего напряжения источника тока.

Вместо LM7805 можно использовать любой другой стабилизатор напряжения, например, LM317 (его выходное напряжение 1,25 В, минимальное падение напряжения 3 В). В этом случае рабочее напряжение источника тока составляет 4,25 В, поэтому мы можем использовать источник питания V2 с напряжением 5 В. С LM317 ток можно рассчитать по следующей формуле: I = 1,25 / R1 .

Тогда, например, для тока разряда 100 мА значение R1 будет около 12.5 Ом.

Как измерить емкость аккумулятора

В начале сопоставьте сопротивление резистора R1, чтобы установить желаемый ток разряда. В большинстве случаев ток разряда равен рабочему току аккумулятора. Учтите, что некоторые регуляторы напряжения LM7805 и другие могут потреблять дополнительный ток 2 … 8 мА, поэтому лучше проверить ток с помощью амперметра. После этого подключите полностью заряженный аккумулятор к плате, включите переключатель SA1 и отметьте время. Следите за показаниями вольтметра (PV1).Когда напряжение аккумулятора станет минимальным, выключите переключатель SA1 и снова запишите время. Помните, что глубокая разрядка может сократить срок службы аккумулятора или повредить его!

Умножив ток разряда (в амперах) на время разряда (в часах), можно вычислить емкость аккумулятора (в амперах в час):

C = I * t

Минимальное напряжение батареи различается для разных типов батарей. Например, для никель-кадмиевого аккумулятора (NiCd) минимальное напряжение равно 1.0 В, для никель-металлогидридного аккумулятора (NiMH) — 1,1 В, для литий-ионного аккумулятора Li-ion) — 2,5 … 3,0 В. Для каждой конкретной модели аккумулятора этот параметр может отличаться, поэтому проверьте документацию на аккумулятор. аккумулятор.

Рассмотрим на практическом примере, как измерить емкость аккумулятора.

Измерение емкости аккумулятора NB-11L

Аккумулятор NB-11L (см. Рис. 2.) был приобретен у DealeXtreme за 3,7 доллара (SKU: 169532). Бренд неизвестен. Его маркированная емкость составляет 750 мАч.Но в описании товара на сайте указано всего 650 мАч. Какая реальная емкость этого аккумулятора?

Рис. 2. Литий-ионный аккумулятор неизвестной марки NB-11L с маркированной емкостью 750 мА * ч

Подходит для CAN.NB-11L
3,7 В 750 мАч
Литий-ионный
Используйте только указанное зарядное устройство

  • Не подключайте неправильно;
  • Не выбрасывать в огонь и не подвергать чрезмерному нагреванию;
  • Не раздавливайте, не прокалывайте, не сжигайте и не закорачивайте внешние контакты.
    А.Г.

Нам нужны два контакта для подключения проводов к аккумулятору. Сделаем их из скрепок. Согните скрепки, как показано на рис. 3 и подключите к «+» и «-» клеммам аккумуляторной батареи (см. Рис. 4.). Вы должны быть очень осторожны, чтобы избежать короткого замыкания, так как это может повредить аккумулятор. Лучше изолировать зажимы и оставить открытыми только кончики.

Рис. 3. Контакты для самостоятельного подключения
к аккумулятору NB-11L

Рис.4. Сделай сам контактами
подключаем к АКБ NB-11L

Для измерения емкости аккумулятора NB-11L ток разряда был установлен на уровне 100 мА. Это означает, что значение R1 чуть больше 50 Ом. Рассеиваемая мощность на резисторе R1 может быть рассчитана по следующей формуле: P = V 2 / R1 , где V — напряжение на R1. В нашем случае P = 5 2 /50=0,5 Вт. Регулятор напряжения LM7805 необходимо использовать с радиатором. Если поблизости нет подходящего радиатора, в качестве радиатора можно использовать стакан с холодной водой — просто окуните LM7805 в воду, но держите штыри выше уровня воды (в случае корпуса TO-220).

После того, как полностью заряженная батарея NB-11L была установлена ​​на испытательной плате и выключатель SA1 был замкнут, напряжение на батарее регистрировалось каждые 30 минут с помощью вольтметра PV1. После этого был построен график разряда (см. Рис. 5).

Рис. 5. Напряжение на аккумуляторе NB-11L в процессе разряда током 100 мА.

Из графика на рис. 5. видно, что потребовалось почти 5 часов (при токе 0,1 А), чтобы напряжение на батарее упало до 3 вольт.В конце напряжение разряда падает быстрее. Теперь можем рассчитать емкость аккумулятора:

C = I * t = 0,1 * 5 = 0,5 A = 500 мА * ч.

Итак, реальная емкость аккумулятора NB-11L неизвестной марки в 1,5 раза меньше заявленной емкости.

НАЗАД

Как определить AH 12-вольтовой батареи

Существуют различные типы батарей, предназначенные для выполнения определенных функций в зависимости от емкости и скорости разряда данной батареи. Батареи оцениваются на основе этих функций, при этом рейтинговые системы различаются в зависимости от задачи, которую аккумулятор должен выполнять. Ампер-часы или ампер-часы (Ач) используются для выражения того, как долго аккумулятор может работать при разряде заданного количества энергии, и используются для оценки аккумуляторов, предназначенных для обеспечения низкого тока в течение длительного периода времени. Если вы хотите определить AH-рейтинг батареи, изначально не рассчитанной в ампер-часах, вы можете сделать это дома с помощью мультиметра и нескольких часов мониторинга.

TL; DR (слишком долго; не читал)

Батареи оцениваются в измерениях в зависимости от задач, которые они должны выполнять. Например, батареи с номиналом в ампер-часах (AH, также называемые ампер-часами) предназначены для обеспечения низкого тока в течение длительного периода. Чтобы определить рейтинг AH 12-вольтовой батареи, используйте мультиметр. Подключите базовый резистор к клеммам аккумулятора, затем контролируйте разряд с течением времени, пока напряжение не упадет до 12 вольт. Затем вы можете использовать измерение тока батареи для расчета рейтинга AH.

Подготовка батареи

Чтобы определить рейтинг AH 12-вольтовой батареи, еще не рассчитанной в ампер-часах, сначала убедитесь, что батарея полностью заряжена. Если аккумулятор не новый, его следует зарядить с помощью зарядного устройства, а затем оставить на несколько часов для устранения поверхностного заряда. С помощью мультиметра измерьте напряжение на двух выводах батареи. Полностью заряженный 12-вольтовый свинцово-кислотный аккумулятор должен иметь напряжение на выводах не менее 12,6 В.Если это так, аккумулятор готов к тестированию.

Проверка разрядки

Подключите резистор примерно 1 Ом и 200 Вт к клеммам аккумулятора. Во время тестирования ваш мультиметр должен отображать ток около 12 ампер, но если это не так, обратите внимание на отображаемый ток. Чтобы рассчитать рейтинг AH вашей батареи, вам нужно будет определить, сколько времени требуется, чтобы батарея разрядилась примерно до 50 процентов емкости. Для этого контролируйте напряжение один раз в час в течение следующих нескольких часов, делая записи на протяжении всего процесса.

Напряжение должно снижаться примерно на 0,1 В каждые два часа. Если уменьшение происходит быстрее, сопротивление, обеспечиваемое вашим резистором, слишком мало, а ваш ток слишком велик, чтобы обеспечить правильную оценку. Вам потребуется подключить резистор большего размера, чтобы повторить процедуру проверки. Напряжение аккумулятора должно упасть примерно до 12 вольт примерно через 10 часов. Обратите внимание на точное количество часов, и вы сможете рассчитать рейтинг AH батареи.

Расчет AH

Когда ваша батарея разрядится примерно до половины емкости, вы можете рассчитать номинальную емкость батареи в ампер-часах с помощью простого уравнения.Умножьте ток аккумулятора (измеренный через резистор) на время, необходимое для снижения напряжения до 12 вольт, чтобы определить номинал для половинного заряда. Умножьте это число на два, чтобы узнать истинный рейтинг AH вашего аккумулятора. Например, если ток вашей батареи составлял 12 ампер, а напряжение достигло 12 вольт ровно через 10 часов, то емкость батареи составляет 12 x 10 x 2 = или всего 240 Ач.

Методы оценки работоспособности и емкости литиевой батареи с использованием встроенной электроники.(Технический отчет)

Хигер, Дерек, Партридж, Майкл Э., Труллингер, Фон и Весоловски, Дэниел Эдвард. Методы оценки работоспособности и емкости литиевой батареи с использованием встроенной электроники. . США: Н. П., 2017. Интернет. DOI: 10,2172 / 1596204.

Хигер, Дерек, Партридж, Майкл Э., Труллингер, Фон и Весоловски, Дэниел Эдвард. Методы оценки работоспособности и емкости литиевой батареи с использованием встроенной электроники. . Соединенные Штаты. https://doi.org/10.2172/1596204

Хигер, Дерек, Партридж, Майкл Э. , Труллингер, Фон и Весоловски, Дэниел Эдвард. Солнце . «Методы оценки работоспособности и емкости литиевых батарей с использованием встроенной электроники». Соединенные Штаты. https: // doi.org / 10.2172 / 1596204. https://www.osti.gov/servlets/purl/1596204.

@article {osti_1596204,
title = {Методы оценки работоспособности и емкости литиевой батареи с использованием встроенной электроники.},
author = {Хигер, Дерек и Партридж, Майкл Э. и Труллингер, Фон и Весоловски, Дэниел Эдвард},
abstractNote = {В этом отчете подробно рассказывается о работе Sandia National Laboratories по разработке системы управления литиево-ионными батареями (BMS), предназначенной для определения степени заряда (SOC) и состояния здоровья (SOH) батареи.Целью было создать BMS, которая предоставляет расширенную информацию о SOH, не усложняя оборудование, уже необходимое для мониторинга безопасности батарей. Аппаратное обеспечение разработано с учетом низких требований к процессору и относительно недорогих компонентов, предлагая при этом несколько высокопроизводительных функций управления батареями, таких как связь, автоматическое обнаружение SOC, отслеживание емкости и несколько характеристик SOH. Методы определения емкости включают подсчет кулонов и расчет напряжения с компенсацией сопротивления.Также были рассмотрены несколько методов оценки SOH, включая отклонения в емкости с использованием подсчета кулонов, анализ сопротивления постоянному току и анализ сопротивления во временной области.},
doi = {10.2172 / 1596204},
url = {https://www.osti.gov/biblio/1596204}, journal = {},
number =,
объем =,
place = {United States},
год = {2017},
месяц = ​​{10}
}

преимуществ тестирования емкости батареи | EC&M

Проверка емкости батареи является важной частью обслуживания батареи. Но как сделать это эффективно?

Откуда вы знаете, что ваш ИБП будет иметь «достаточно батареи», чтобы обеспечить электроэнергию, необходимую для вашей работы, когда вы потеряете свой основной источник питания? Теоретически вы складываете рейтинги, указанные на паспортной табличке, на комплекты батарей и получаете ответ. На самом деле этот ответ всегда будет неправильным. Поскольку элементы стареют, номинальные характеристики батарей всегда превышают их реальную емкость. Лучший способ получить точный ответ — это проверить емкость ваших батарей.Начнем с ответа на основной вопрос.

Какая емкость аккумулятора? Короче говоря, емкость аккумулятора — это мера энергии, которую он может хранить. Когда вы проверяете емкость, вы смотрите на способность батареи передавать определенное количество тока с постоянной скоростью до указанного конечного напряжения в течение определенного времени. Мы определяем емкость, заполняя батарею энергией, а затем смотрим, сколько времени требуется, чтобы разрядить эту энергию.

Можно провести аналогию с попыткой определить, сколько воды может вместить резервуар необычной формы.Вы не знаете, сколько воды уже в резервуаре, и как выглядит резервуар внутри. Итак, вы заполняете его полностью. Затем вы открываете кран на дне резервуара и измеряете количество вытекающей воды. Это говорит вам вместимость бака. Если вы не можете собрать воду, вы бы поставили расходомер на эту дренажную линию и отслеживали скорость потока с течением времени, чтобы рассчитать пропускную способность. Это достаточно близкая аналогия тому, как вы измеряете емкость батареи.

Основные преимущества тестирования:

— Вы определяете, где батарея находится на прогнозируемой кривой срока службы.

— Вы знаете, когда заменить батарею.

— Вы обнаруживаете слабые ячейки и неисправные межэлементные соединители.

Частота тестирования. Как часто нужно делать тест емкости? Боковые панели на страницах 94 и 95 показывают стандарты, которые кажутся хорошими, если рассматривать их по отдельности, но создают путаницу при просмотре бок о бок. Причины неточностей выходят за рамки технических, но доработки не за горами. Хотя эти стандарты дают вам некоторое представление о том, как часто нужно проводить тестирование, они не дают вам четких указаний.Однако истории болезни и данные полевых испытаний убедительно подтверждают план периодичности тестирования, показанный в таблице на стр. 94. Тем не менее, этот план является лишь руководством. Лучший способ определить, когда проводить проверку емкости, — это контролировать аккумулятор с помощью измерений внутреннего сопротивления. Это сокращает количество ненужных тестов, не заставляя вас пропустить тест, когда вы должны его пройти.

Наиболее эффективный план частоты тестирования — это план, основанный на условиях, а не на календаре. Такой план компенсирует все виды переменных, которые влияют на срок службы батареи и производительность, в то время как план на основе календаря зависит от предположений, которые могут не соответствовать вашей ситуации.Измерения внутреннего сопротивления покажут вам потенциальную слабость батареи; нагрузочный тест покажет, достаточно ли серьезна эта слабость, чтобы требовать действий.

Проверка емкости сокращает срок службы батареи. Однако, если вы будете делать это только изредка, это приведет к приемлемым потерям в обмен на знание состояния батареи. Вы проводите тест, потому что вас больше интересует оптимизация надежности аккумулятора — зная, что он будет работать, когда вы этого захотите, — чем оптимизация срока его службы.Если аккумулятор не может обеспечить необходимое время резервного питания, то время, в течение которого аккумулятор будет продолжать обеспечивать питание, не имеет отношения к вашим операциям. Посмотрим, как сделать тест.

Что влечет за собой тест. Чтобы выполнить испытание под нагрузкой, вы подвергаете батарею нагрузке с постоянным током, одновременно измеряя общее напряжение цепочки и напряжения отдельных элементов. Вы сравниваете время, необходимое для снижения напряжения до заданного уровня, с номинальным временем, указанным производителем. Затем вы используете следующее уравнение, чтобы оценить свои способности, чтобы результаты были более значимыми.

Производительность = Фактический индекс T / Номинальный индекс T x 100%

Загрузку какого размера следует использовать? В идеале он будет максимально приближен к реальному применению. Убедитесь, что вы тестируете батареи ИБП с постоянной мощностью нагрузки. Чтобы максимально продлить срок службы батареи, используйте более высокую скорость разряда, чтобы сократить время тестирования. Какое конечное напряжение вы должны использовать, зависит от доступного испытательного оборудования и от того, проверяете ли вы батарею в сети или в автономном режиме. Выберите текущий уровень, который вы будете поддерживать, из таблицы производителя или кривых нагрузочных испытаний.

Вы можете запустить четыре вида тестов:

— Тестирование всей струны в автономном режиме с использованием банков нагрузки: это относится к таким объектам, как электростанции, где вы не можете использовать фактическую нагрузку.

— Полное тестирование цепи в режиме онлайн с использованием банков нагрузки: типичное приложение — тестирование подстанции.

— Тестирование одной ячейки онлайн: это часто применяется к тестированию в центральном офисе.

— Rundown test с использованием фактической нагрузки: вы можете дополнить фактическую нагрузку группой нагрузок, чтобы контролировать желаемую скорость разряда.

В идеальном тесте ИБП используется блок нагрузки переменного тока, подключенный к выходу инвертора, в то время как батареи питают инвертор. В этом тесте проверяются батареи и большинство силовых компонентов ИБП.

Каждый тест требует четырех шагов:

— Предварительный тест. Убедитесь, что оборудование откалибровано и работает. Подключите все измерительные провода и модули нагрузки. Параметры тестирования программы. Убедитесь в наличии запасных частей и перемычек. Подготовьте план действий на случай отказа ячейки. Измерьте температуру окружающей среды или температуру электролита и скомпенсируйте прилагаемую нагрузку, используя применимый стандарт IEEE.

— Тестирование. Убедитесь, что все показания напряжения верны, затем отключите зарядное устройство и начните тестирование. В течение первых 10-20 секунд проверьте правильность испытательного тока. Затем обратите внимание на низкое напряжение ячеек. Если напряжение одной ячейки более чем на 30 мВ ниже всех остальных, это требует исследования. Определите источник проблемы (ячейка или межэлементный элемент), а затем решите, следует ли прервать тест. Середина теста обычно проходит без событий. Ближе к концу теста напряжения элементов быстро падают, и вы должны внимательно следить за ними.Как только напряжение элемента станет ниже 1,75 В, оно быстро упадет. На этом этапе остановите тест, прежде чем он начнет разворачиваться. Если ячейка выйдет из строя на ранней стадии тестирования, вы можете на мгновение остановить тест и обойти эту ячейку. Вы можете остановить тест только на 10% от общего времени теста или на 6 минут — в зависимости от того, что меньше. Обычно вы останавливаете нагрузочный тест вручную или автоматически по одной из следующих причин:

1) Общее напряжение достигло конечного напряжения,

2) По крайней мере одна ячейка выходит из строя, или

3) Время проверки превышает значение, равное 100% емкости аккумулятора.

— Пост-тест. Убедитесь, что нагрузка отключена правильно. Снова подключите зарядное устройство и убедитесь, что ток заряда правильный, а все напряжения на элементах восстанавливаются нормально. Отсоедините все кабели проверки нагрузки. Отсоедините все сенсорные провода. Распечатайте отчет об испытаниях.

— Анализировать данные. Рассчитайте емкость аккумулятора. Если емкость превышает 80%, аккумулятор разряжен. В противном случае это не удалось. Оцените отдельные ячейки на предмет замены.

Как и все тесты, нагрузочное тестирование батареи дает вам моментальный снимок того, что вы видите сейчас.Он не подтверждает, что аккумулятор будет работать должным образом в течение следующих 12 месяцев, несмотря на неправильное обслуживание. Однако, если вы обслуживаете свои батареи в соответствии с отраслевыми стандартами и рекомендациями производителей, нагрузочное тестирование позволяет узнать, когда элемент нуждается в замене. Это важная информация, решаете ли вы вопрос по гарантии или обеспечиваете надежное резервное питание.

Указатели уровня заряда аккумулятора: точное измерение уровня заряда — Примечание по применению



Аннотация: Измерители уровня заряда аккумулятора определяют количество оставшегося заряда аккумуляторной батареи и то, как долго (при определенных условиях эксплуатации) аккумулятор может продолжать обеспечивать питание.В этой заметке по применению обсуждаются проблемы, возникающие при измерении заряда, оставшегося в литий-ионной батарее, и различные методы использования топливомера для решения этих проблем.
Введение
С момента появления мобильных телефонов заряжаемые батареи и соответствующие индикаторы уровня топлива стали неотъемлемой частью нашего информационного и коммуникационного общества. Они так же важны для нас сейчас, как автомобильные датчики уровня топлива за последние 100 лет.Тем не менее, в то время как водители не терпят неточных указателей уровня топлива, от пользователей мобильных телефонов часто ожидается, что они будут жить с очень неточными показателями с низким разрешением. В этой статье обсуждаются различные препятствия для точного измерения уровней заряда и описывается, как разработчики могут реализовать точный учет топлива в своих приложениях с батарейным питанием.
Литий-ионные батареи
Литий-ионные батареи начали массовое производство только с 1997 года, после решения различных технических проблем во время их разработки.Поскольку они обладают самой высокой плотностью энергии по отношению к объему и весу (, рис. 1 ), они используются в самых разных системах — от мобильных телефонов до электромобилей.


Рис. 1. Плотность энергии различных типов батарей.

Литиевые элементы также обладают определенными характеристиками, которые важны для определения уровня их заряда. Блок литиевых батарей должен включать в себя различные механизмы безопасности, чтобы предотвратить перезарядку, глубокую разрядку или обратное подключение батареи.Поскольку высокореактивный литий может представлять опасность взрыва, литиевые батареи нельзя подвергать воздействию высоких температур.

Анод литий-ионной батареи изготовлен из графитового соединения, а катод — из оксидов металлов с добавлением лития таким образом, чтобы минимизировать нарушение структуры решетки. Этот процесс называется интеркаляцией. Поскольку литий сильно реагирует с водой, литиевые батареи сконструированы с использованием нежидких электролитов органических солей лития. При зарядке литиевой батареи атомы лития ионизируются на катоде и переносятся через электролит к аноду.

Емкость аккумулятора
Наиболее важной характеристикой батареи (помимо напряжения) является ее емкость (C), которая указывается в мА-часах и определяется как максимальное количество заряда, которое может обеспечить аккумулятор. Емкость указывается производителем для определенного набора условий, но она постоянно меняется после изготовления батареи.


Рисунок 2. Влияние температуры на емкость аккумулятора.

Как показано на рис. 2 , емкость пропорциональна температуре батареи.Верхняя кривая показывает литий-ионный аккумулятор, заряженный в процессе постоянного I и V при разных температурах. Обратите внимание, что при высоких температурах аккумулятор может заряжаться примерно на 20% больше, чем при -20 ° C.

Как показано нижними кривыми на Рисунке 2, температура имеет еще большее влияние на доступный заряд, пока батарея разряжается. На графике показана полностью заряженная батарея, разряженная двумя разными токами до точки отсечки 2,5 В. Обе кривые показывают сильную зависимость от температуры, а также от тока разряда.При заданной температуре и скорости разряда емкость литиевого элемента определяется разницей между верхней и нижней кривыми. Таким образом, емкость литиевых элементов значительно снижается при низких температурах или при большом токе разряда, или в обоих случаях. После разряда при высоком токе и низкой температуре батарея все еще имеет значительный остаточный заряд, который затем может быть разряжен низким током при той же температуре.

Саморазряд
Батареи теряют заряд из-за нежелательных химических реакций, а также из-за примесей в электролите. Типичные скорости саморазряда при комнатной температуре для обычных типов батарей показаны в , Таблица 1 .

Таблица 1. Скорость саморазряда обычных типов батарей

Химия Саморазряд / месяц
Свинцово-кислотный от 4% до 6%
NiCd от 15% до 30%
NiMH 30%
Литий от 2% до 3%

Химические реакции происходят под воздействием тепла, поэтому саморазряд сильно зависит от температуры ( Рисунок 3 ).Саморазряд может быть смоделирован для различных типов батарей, используя параллельное сопротивление для токов утечки.


Рисунок 3. Саморазряд литий-ионных аккумуляторов.

Старение
Емкость аккумулятора уменьшается по мере увеличения количества циклов зарядки и разрядки (, рисунок 4, ). Это снижение количественно выражается сроком службы, определяемым как количество циклов зарядки / разрядки, которое батарея может обеспечить до того, как ее емкость упадет до 80% от начального значения. Срок службы типичной литиевой батареи составляет от 300 до 500 циклов зарядки / разрядки.Литиевые батареи

также страдают от старения, связанного со временем, из-за чего их емкость падает с момента выпуска батареи с завода, независимо от использования. Этот эффект может привести к потере полностью заряженной литий-ионной батареи на 20% своей емкости в год при 25 ° C и 35% при 40 ° C. Для частично заряженных аккумуляторов процесс старения более постепенный: для аккумулятора с остаточным зарядом 40% потери составляют около 4% от его емкости в год при 25 ° C.


Рисунок 4. Старение батареи.

Кривые нагнетания
Характеристическая кривая разряда батареи указана в ее техническом паспорте для конкретных условий.Одним из факторов, влияющих на напряжение аккумулятора, является ток нагрузки (, рис. 5, ). К сожалению, ток нагрузки не может быть смоделирован в модели простым сопротивлением источника, поскольку это сопротивление зависит от других параметров, таких как возраст аккумулятора и уровень заряда.


Рис. 5. Кривая разрядки аккумулятора.

Вторичные литиевые элементы имеют относительно плоские кривые разряда по сравнению с первичными элементами. Разработчикам систем нравится такое поведение, потому что доступное напряжение относительно постоянно.Однако постепенная разрядка делает напряжение аккумулятора независимым от уровня остаточного заряда аккумулятора.

Точное измерение уровня заряда
Для определения доступного заряда батареи предпочтительны простые методы мониторинга. Они должны потреблять мало энергии и (в идеале) позволять определять уровень заряда по напряжению батареи. Однако такой метод с использованием только напряжения может привести к ненадежным результатам, поскольку нет четкой корреляции между напряжением и имеющимся зарядом (рис. 5).Напряжение аккумулятора также зависит от температуры, и эффекты динамической релаксации могут вызвать медленное увеличение напряжения на клеммах после уменьшения тока нагрузки. Таким образом, мониторинг, основанный исключительно на напряжении, вряд ли обеспечит точность уровня заряда выше 25%.

Относительный уровень заряда, часто называемый состоянием заряда (SOC), определяется как отношение остаточного заряда к зарядной емкости аккумулятора. Следовательно, поток заряда необходимо измерять и контролировать с помощью процедуры, называемой «подсчет кулонов».«На практике подсчет кулонов осуществляется путем интегрирования токов, протекающих в ячейку и выходящих из нее. Для измерения этих токов с помощью АЦП высокого разрешения обычно подключают небольшой резистор последовательно с анодом.

Fuel-Gauge Learning
Функциональная связь между SOC аккумулятора и упомянутыми выше параметрами не может быть связана аналитически, поэтому емкость и заряд элемента должны определяться эмпирически. Отсутствуют обширные аналитические модели для расчета (с достаточной точностью) емкости аккумулятора в практических условиях эксплуатации, таких как температура, количество циклов зарядки, ток, возраст и т. Д.Теоретические модели применимы только к определенным «местным» условиям. Для определения относительных уровней заряда они применяются локально и калибруются глобально.

Для достижения достаточной точности при использовании батареи параметры модели должны постоянно калиброваться в процессе, называемом «обучением» топливомера. В сочетании с подсчетом кулонов этот подход дает указатели уровня топлива с точностью до нескольких процентов.

Выбор датчика уровня топлива
Современные интегральные схемы могут определять SOC для всех типов вторичных ячеек, конфигураций ячеек и приложений.Несмотря на низкий ток питания (около 60 мкА в активном режиме и 1 мкА в спящем режиме), эти ИС обеспечивают высокую степень точности. Микросхемы топливомеров делятся на три категории (, таблица 2, ). Поскольку для многих приложений предпочтительны литиевые батареи, показанные примеры основаны на литий-ионных и литий-полимерных батареях.

Таблица 2. Цепи указателя уровня топлива.

Деталь Тип топливомера IC Функция в аккумуляторном блоке Функция в хост-системе
DS2762 Счетчик кулонов Измерение Алгоритм + отображение
DS2780 Указатель уровня топлива Измерение + алгоритм Дисплей
MAX1781 Программируемый указатель уровня топлива Измерение + гибкий алгоритм Дисплей

Кулоновские счетчики, иногда известные как мониторы батареи, представляют собой ИС, которые измеряют, подсчитывают и преобразуют параметры батареи, упомянутые выше, включая заряд, температуру, напряжение, циклы нагрузки и время. Поскольку счетчики кулонов не обрабатывают измеряемые величины, они не интеллектуальны. Одно из таких устройств, DS2762, уже включает в себя встроенный высокоточный резистор 25 мОм для измерения тока. Он контролирует температуру, напряжение и ток батареи и оснащен шиной 1-Wire®, которая позволяет считывать все показания микроконтроллером, находящимся в аккумуляторной батарее или хост-системе. Он также предлагает необходимую цепь безопасности, необходимую для вторичных литиевых элементов. В результате получается гибкая и экономичная система, требующая значительных знаний и усилий по разработке (хотя затраты компенсируются программным обеспечением, моделями и поддержкой, предоставляемой поставщиком ИС).

Альтернативный подход к счетчику кулонов — датчик уровня топлива. Эти универсальные устройства выполняют процедуры измерения уровня топлива с помощью алгоритма обучения, и они выполняют все необходимые измерения самостоятельно. Указатели уровня топлива обычно используются в интеллектуальных автономных батареях, называемых интеллектуальными батареями. Поскольку разработка встроенных датчиков уровня топлива требует значительно меньше усилий, этот подход хорошо подходит для приложений, требующих быстрого вывода на рынок. Один из таких указателей уровня топлива, DS2780, позволяет хосту считывать SOC, используя шину 1-Wire.

Другой вариант — программируемые указатели уровня топлива, которые включают встроенные микроконтроллеры, обеспечивающие значительную гибкость. MAX1781, например, включает встроенное ядро ​​RISC, EEPROM и RAM. Это устройство позволяет разработчикам реализовать модели батарей, процедуры измерения уровня топлива и измерения по мере необходимости. Встроенные драйверы светодиодов поддерживают простую, но точную индикацию SOC.

Сводка
Измерение уровня топлива заряжаемых аккумуляторных элементов — сложная задача из-за множества взаимозависимых параметров, которые влияют на емкость элемента.Таким образом, простые методы измерения дают неточные результаты, которые подходят только для некритических приложений. Разное

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.