Wie man die Kapazität einer Batterie misst: eine einfache und genaue Methode

Um die Kapazität einer Batterie zu messen, muss man die Batterie mit Hilfe eines Widerstands oder einer anderen Last entladen, bis die Spannung auf den Mindestwert sinkt, und den Strom und die Spannung an der Last während des Entladevorgangs aufzeichnen. Anhand der gesammelten Daten kann dann ein Diagramm erstellt und die Kapazität einer Batterie aus diesen Daten berechnet werden. Aber hier gibt es ein Problem – während des Entladevorgangs sinkt der Strom über den Lastwiderstand, deshalb müssen wir die Daten über die Zeit integrieren, so dass diese Methode nicht genau ist.

Wenn wir aber die Batterie durch eine Stromquelle entladen, dann können wir die Kapazität der Batterie viel einfacher und genauer herausfinden. Aber hier gibt es ein weiteres Problem: Die Spannung an einer Batterie (1,2…3,7 V) reicht nicht aus, um die Stromquelle zu betreiben. Dieses Problem kann durch die Verwendung einer zusätzlichen Spannungsquelle gelöst werden.

Das für die Messung der Batteriekapazität verwendete Schaltbild ist in Abb. 1 dargestellt. Hier ist zu sehen, dass die zu prüfende Batterie V1 in Reihe mit der Stromquelle (die Stromquelle basiert auf dem Spannungsregler LM7805 und dem Widerstand R1) und mit der anderen Spannungsquelle V2 verbunden ist. Beachten Sie die Polarität von V1 und V2: Da sie in Reihe geschaltet sind, reicht ihre zusammengefasste Spannung aus, um die Stromquelle zu versorgen. Die minimale Betriebsspannung der Stromquelle beträgt 7 V (5 V ist die Spannung am Ausgang des LM7805 über dem Widerstand R1, und 2 V ist die minimale Betriebsspannung zwischen Eingang und Ausgang des LM7805). Die Gesamtspannung von V1 und V2 beträgt nicht weniger als 9 V, sie ist höher als die Betriebsspannung der Stromquelle.

Anstelle des LM7805 kann auch ein beliebiger anderer Spannungsregler verwendet werden, z.B. der LM317 (seine Ausgangsspannung beträgt 1,25 V und die Mindestabfallspannung 3 V). In diesem Fall beträgt die Betriebsspannung der Stromquelle 4,25 V, so dass wir die Stromquelle V2 mit einer Spannung von 5 V verwenden können. Mit LM317 kann der Strom mit dieser Formel berechnet werden: I = 1,25/R1.

Für einen Entladestrom von beispielsweise 100 mA beträgt der Wert von R1 etwa 12,5 Ω.

Wie man die Kapazität der Batterie misst

Zu Beginn muss der Wert des Widerstands R1 an den gewünschten Entladestrom angepasst werden. In den meisten Fällen ist der Entladestrom gleich dem Betriebsstrom der Batterie. Beachten Sie, dass einige Spannungsregler LM7805 und andere einen zusätzlichen Strom von 2…8 mA verbrauchen können, so dass es besser ist, den Strom mit einem Amperemeter zu überprüfen. Schließen Sie dann eine vollständig geladene Batterie an die Platine an, schalten Sie den Schalter SA1 ein und notieren Sie die Zeit. Beobachten Sie die Anzeige des Voltmeters (PV1). Wenn die Batteriespannung einen Mindestwert erreicht, schalten Sie den Schalter SA1 aus und notieren Sie erneut die Zeit. Denken Sie daran, dass eine Tiefentladung die Lebensdauer der Batterie verkürzen oder sie beschädigen kann!

Indem Sie den Entladestrom (in Ampere) mit der Entladezeit (in Stunden) multiplizieren, können Sie die Kapazität der Batterie (in Ampere pro Stunde) berechnen:

C = I * t

Die minimale Batteriespannung ist für verschiedene Batterietypen unterschiedlich. Zum Beispiel beträgt die Mindestspannung für Nickel-Cadmium-Akkus (NiCd) 1,0 V, für Nickel-Metallhydrid-Akkus (NiMH) – 1,1 V, für Lithium-Ionen-Akkus Li-Ion) – 2,5…3,0 V. Für jedes spezifische Modell der Batterie kann dieser Parameter variieren, so überprüfen Sie die Dokumentation einer Batterie.

Lassen Sie uns ein praktisches Beispiel, wie man die Kapazität der Batterie zu messen.

Kapazitätsmessung der Batterie NB-11L

Die Batterie NB-11L (siehe Abb. 2.) wurde von DealeXtreme für 3,7 Dollar (SKU: 169532) gekauft. Die Marke ist unbekannt. Die angegebene Kapazität beträgt 750 mAh. In der Artikelbeschreibung auf der Website sind jedoch nur 650 mAh angegeben. Wie hoch ist die tatsächliche Kapazität dieses Akkus?

Wir brauchen zwei Kontakte, um die Drähte mit der Batterie zu verbinden. Wir stellen sie aus Büroklammern her. Biege die Büroklammern wie in Abb. 3 gezeigt und verbinde sie mit den Batteriepolen „+“ und „-“ (siehe Abb. 4.). Du musst sehr vorsichtig sein, um einen Kurzschluss zu vermeiden, denn das kann die Batterie beschädigen. Es ist besser, die Klemmen zu isolieren und nur die Spitzen offen zu lassen.

Für die Kapazitätsmessung der Batterie NB-11L wurde der Entladestrom auf 100 mA eingestellt. Das bedeutet, dass der Wert von R1 nur etwas über 50 Ohm liegt. Die Verlustleistung am Widerstand R1 kann mit dieser Formel berechnet werden: P = V2/R1, wobei V die Spannung an R1 ist. In unserem Fall ist P=52/50=0,5 W. Der Spannungsregler LM7805 muss mit einem Kühlkörper verwendet werden. Wenn kein geeigneter Kühlkörper in der Nähe ist, kann ein Glas kaltes Wasser als Kühlkörper verwendet werden – tauchen Sie den LM7805 einfach in das Wasser, aber halten Sie die Stifte über dem Wasserspiegel (im Falle des TO-220-Gehäuses).

Nachdem die vollständig geladene Batterie NB-11L in die Testplatine eingesetzt und der Schalter SA1 geschlossen wurde, wurde die Spannung über der Batterie alle 30 Minuten mit dem Voltmeter PV1 aufgezeichnet. Danach wurde das Entladungsdiagramm gezeichnet (siehe Abb. 5).

Abb. 5. Spannung über der Batterie NB-11L während des Entladevorgangs bei einem Strom von 100 mA.

Aus dem in Abb. 5 dargestellten Diagramm geht hervor, dass es fast 5 Stunden dauerte (bei einem Strom von 0,1 A), bis die Spannung über der Batterie auf 3 Volt fiel. Am Ende sinkt die Entladespannung schneller. Jetzt können wir die Batteriekapazität berechnen:

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

Die tatsächliche Kapazität der Batterie NB-11L unbekannter Marke ist also 1,5 mal geringer als die angegebene Kapazität.

RÜCK