Sådan måler du kapaciteten af et batteri: en enkel og præcis måde

For at måle kapaciteten af et batteri skal du aflade batteriet ved hjælp af en modstand eller en anden belastning, indtil spændingen falder til den mindste værdi, og registrere strømmen og spændingen over belastningen under afladningsprocessen. Derefter opbygges en graf ved hjælp af de indsamlede data, og kapaciteten af et batteri kan beregnes ud fra disse data. Men her er der et problem – under afladningsprocessen falder strømmen over belastningsmodstanden, og derfor skal vi integrere dataene over tid, så denne metode er ikke nøjagtig.

Men hvis vi aflader batteriet gennem en strømkilde, kan vi finde ud af batteriets kapacitet meget lettere og mere nøjagtigt. Men her er det andet problem: Spændingen over et batteri (1,2…3,7 V) er ikke nok til at forsyne strømkilden med strøm. Dette problem kan løses ved at bruge en ekstra spændingskilde.

Det kredsløbsdiagram, der anvendes til måling af batterikapacitet, er vist i fig. 1. Her kan vi se, at det batteri, der skal testes V1, er forbundet i serie med strømkilden (strømkilden er baseret på spændingsregulatoren LM7805 og modstanden R1) og med den anden spændingskilde V2. Bemærk polariteten af V1 og V2: fordi de er forbundet i serie, er deres summariske spænding derfor nok til at forsyne strømkilden. Den minimale driftsspænding for strømkilden er 7 volt (5 V er spændingen ved LM7805’s udgang over modstanden R1, og 2 V er den minimale driftsspænding mellem indgang og udgang af LM7805). Sammenfatningsspændingen for V1 og V2 er ikke mindre end 9 V, det er mere end driftsspændingen for strømkilden.

I stedet for LM7805 kan du bruge en hvilken som helst anden spændingsregulator, f.eks. LM317 (dens udgangsspænding er 1,25 V og minimum dropout-spænding er 3 V). I dette tilfælde er driftsspændingen for strømkilden 4,25 V, så vi kan bruge strømkilden V2 med en spænding på 5 V. Med LM317 kan strømmen beregnes med denne formel: I = 1,25/R1.

Så er værdien af R1 for eksempel for udladningsstrømmen på 100 mA omkring 12,5 Ω.

Sådan måler du kapaciteten af batteriet

I begyndelsen skal du matche værdien af modstanden R1 for at indstille ønskelig udladningsstrøm. I de fleste tilfælde er udladningsstrømmen lig med batteridriftsstrømmen. Bemærk, at nogle spændingsregulatorer LM7805 og andre kan forbruge yderligere strøm på 2…8 mA, så det er bedre at kontrollere strømmen ved hjælp af et amperemeter. Tilslut derefter fuldt opladet batteri til printkortet, tænd kontakten SA1, og noter tiden. Hold øje med voltmeterets (PV1) aflæsning. Når batterispændingen får en minimumsværdi, slukkes kontakten SA1, og tiden noteres igen. Husk, at dybdeafladning kan forkorte batteriets levetid eller beskadige det!

Ved at multiplicere afladestrømmen (i ampere) med afladningstiden (i timer) kan vi beregne batteriets kapacitet (i ampere pr. time):

C = I * t

Den mindste batterispænding er forskellig for forskellige batterityper. For nikkel-cadmium-batteri (NiCd) er minimumsspændingen f.eks. 1,0 V, for nikkel-metalhydrid-batteri (NiMH) – 1,1 V, for lithium-ion-batteri (Li-ion) – 2,5…3,0 V. For hver specifik batterimodel kan denne parameter variere, så tjek dokumentationen af et batteri.

Lad os overveje et praktisk eksempel på, hvordan man måler batteriets kapacitet.

Kapacitetsmåling af batteriet NB-11L

Batteriet NB-11L (se fig. 2.) blev købt hos DealeXtreme for 3,7 dollar (SKU: 169532). Mærket er ukendt. Det er mærket med en kapacitet på 750 mAh. Men varebeskrivelsen på siden viser kun 650 mAh. Hvad er den reelle kapacitet på dette batteri?

Vi har brug for to kontakter til at forbinde ledninger til batteriet. Lad os lave dem af papirclips. Bøj papirclipsene som vist i fig. 3 og forbind dem med “+” og “-” batteripolerne (se fig. 4.). Du skal være meget forsigtig for at undgå kortslutning, for det kan beskadige batteriet. Det er bedre at isolere clipsene og kun lade spidserne være udsatte.

Til kapacitetsmåling af batteriet NB-11L blev afladestrømmen indstillet til 100 mA. Det betyder, at værdien af R1 er lige lidt over 50 ohm. Effektdispsipationen over modstanden R1 kan beregnes med denne formel: P = V2/R1, hvor V er spændingen over R1. I vores tilfælde er P = 52/50 = 0,5 W. Spændingsregulatoren LM7805 skal anvendes med en køleplade. Hvis der ikke er nogen egnet køleplade i nærheden, kan et glas koldt vand bruges som køleplade – du skal blot dyppe LM7805 i vandet, men holde stifterne over vandoverfladen (i tilfælde af TO-220-pakning).

Når fuldt opladet batteri NB-11L var installeret i testprintkortet, og kontakten SA1 var lukket, blev spændingen over batteriet registreret hvert 30. minut ved hjælp af voltmeteret PV1. Derefter blev afladekurven tegnet (se fig. 5).

Fig. 5. Spænding over batteriet NB-11L i afladningsprocessen ved en strøm på 100 mA.

Af grafen i fig. 5. kan vi se, at det tog næsten 5 timer (ved en strøm på 0,1 A), før spændingen over batteriet faldt til 3 volt. Til sidst falder afladespændingen hurtigere. Nu kan vi beregne batterikapaciteten:

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

Så den reelle kapacitet af batteriet NB-11L af ukendt mærke er 1,5 gange mindre end den angivne kapacitet.