Como medir a capacidade da bateria: uma forma simples e precisa

Para medir a capacidade de uma bateria é necessário descarregar a bateria usando uma resistência ou qualquer outra carga até que a voltagem caia ao valor mínimo, e registar a corrente e voltagem através da carga durante o processo de descarga. Em seguida, construir um gráfico usando os dados coletados, e a capacidade de uma bateria pode ser calculada a partir destes dados. Mas aqui está um problema – durante o processo de descarga a corrente através do resistor de carga cai para baixo, portanto precisaremos integrar os dados ao longo do tempo, portanto este método não é preciso.

Mas se descarregarmos a bateria através de uma fonte de corrente, então poderemos descobrir a capacidade da bateria muito mais facilmente e com mais precisão. Mas aqui está o outro problema: a voltagem através de uma bateria (1.2….3.7 V) não é suficiente para alimentar a fonte de corrente. Este problema pode ser resolvido usando uma fonte de tensão adicional.

O diagrama de circuitos usado para medição da capacidade da bateria é mostrado na fig. 1. Aqui podemos ver que a bateria a ser testada V1 está ligada em série com a fonte de corrente (a fonte de corrente é baseada no regulador de tensão LM7805 e resistência R1) e com a outra fonte de tensão V2. Note a polaridade de V1 e V2: porque estão ligados em série, portanto a sua tensão resumida é suficiente para alimentar a fonte de corrente. A tensão mínima de operação da fonte de corrente é de 7 Volts (5 V é a tensão na saída do LM7805, através do resistor R1, e 2 V é a tensão mínima de operação entre a entrada e a saída do LM7805). A tensão resumida de V1 e V2 não é inferior a 9 V, é mais do que a tensão de funcionamento da fonte de corrente.

Em vez de LM7805 você pode usar qualquer outro regulador de tensão, por exemplo, LM317 (sua tensão de saída é 1,25 V e a tensão mínima de saída é 3 V). Neste caso a tensão de funcionamento da fonte de corrente é de 4,25 V, por isso podemos usar a fonte de alimentação V2 com tensão de 5 V. Com LM317, a corrente pode ser calculada com esta fórmula: I = 1,25/R1.

Então, por exemplo, para a corrente de descarga de 100 mA o valor de R1 é cerca de 12,5 Ω.

Como medir a capacidade da bateria

No início, igualar o valor do resistor R1 para definir a corrente de descarga desejável. Na maioria dos casos, a corrente de descarga é igual à corrente de funcionamento da bateria. Note que alguns reguladores de voltagem LM7805 e outros podem consumir corrente adicional de 2…8 mA, por isso é melhor verificar a corrente usando um amperímetro. Depois disso, conecte a bateria totalmente carregada à placa de circuito, ligue o interruptor SA1 e anote o tempo. Observe a leitura do voltímetro (PV1). Quando a voltagem da bateria obtiver um valor mínimo, desligue o interruptor SA1 e anote a hora novamente. Lembre-se que uma descarga profunda pode encurtar a vida útil da bateria ou danificá-la!

Multiplicando a corrente de descarga (em Amperes) pelo tempo de descarga (em horas) podemos calcular a capacidade da bateria (em Amperes por hora):

C = I * t

A tensão mínima da bateria é diferente para diferentes tipos de bateria. Por exemplo, para bateria de Níquel-cádmio (NiCd) uma voltagem mínima é de 1,0 V, para bateria de Níquel-hidreto metálico (NiMH) – 1,1 V, para bateria de Li-ion-Lítio) – 2,5…3,0 V. Para cada modelo específico de bateria este parâmetro pode variar, portanto verifique a documentação de uma bateria.

Consideremos um exemplo prático de como medir a capacidade da bateria.

Medição da capacidade da bateria NB-11L

A bateria NB-11L (ver fig. 2.) foi comprada à DealeXtreme por 3,7 dólares (SKU: 169532). A marca é desconhecida. A sua capacidade marcada é de 750 mAh. Mas a descrição do item no site mostra apenas 650 mAh. Qual é a capacidade real desta bateria?

Precisamos de dois contactos para ligar os fios à bateria. Vamos fazê-los com clipes de papel. Dobre os clipes de papel como mostrado na fig. 3 e ligue aos terminais das pilhas “+” e “-” (veja a fig. 4.). É preciso ter muito cuidado para evitar curto-circuitos, pois estes podem danificar a bateria. É melhor isolar clips, e deixar apenas as pontas expostas.

Para a medição da capacidade da bateria NB-11L, a corrente de descarga foi ajustada para 100 mA. Isso significa que o valor de R1 está apenas um pouco acima de 50 Ohms. A dissipação de energia através da resistência R1 pode ser calculada com esta fórmula: P = V2/R1, onde V é a tensão através de R1. No nosso caso P=52/50=0,5 W. O regulador de voltagem LM7805 deve ser usado com um dissipador de calor. Se não houver nenhum dissipador de calor adequado, um copo de água fria pode ser usado como dissipador de calor – basta mergulhar a LM7805 na água, mas manter os pinos acima do nível da água (no caso do pacote TO-220).

Após a instalação da bateria NB-11L totalmente carregada na placa de circuito de teste e o interruptor SA1 ter sido fechado, a tensão através da bateria foi registrada a cada 30 minutos usando o voltímetro PV1. Depois disso, o gráfico de descarga foi desenhado (ver Fig. 5).

Fig. 5. Tensão através da bateria NB-11L no processo de descarga pela corrente de 100 mA.

Do gráfico mostrado na Fig. 5. podemos ver que levou quase 5 horas (na corrente de 0,1 A) para a tensão através da bateria cair para 3 Volts. No final a tensão de descarga diminui mais rapidamente. Agora podemos calcular a capacidade da bateria:

C = I * t = 0,1 * 5 = 0,5 A = 500 mA*h.

Então a capacidade real da bateria NB-11L de marca desconhecida é 1,5 vezes menor do que a capacidade marcada.

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