Akun kapasiteetin mittaaminen: yksinkertainen ja tarkka tapa

Akun kapasiteetin mittaaminen vaatii akun purkamisen vastuksen tai muun kuorman avulla, kunnes jännite laskee minimiarvoon, ja kuorman yli kulkevan virran ja jännitteen kirjaamisen purkamisen aikana. Sen jälkeen rakennetaan kerättyjen tietojen avulla kuvaaja, jonka perusteella voidaan laskea akun kapasiteetti. Mutta tässä on ongelma – purkautumisprosessin aikana kuorman vastuksen yli kulkeva virta laskee, joten meidän on integroitava tiedot ajan kuluessa, joten tämä menetelmä ei ole tarkka.

Mutta jos puramme akun virtalähteen kautta, voimme selvittää akun kapasiteetin paljon helpommin ja tarkemmin. Mutta tässä on toinen ongelma: akun yli oleva jännite (1,2…3,7 V) ei riitä virtalähteen syöttämiseen. Tämä ongelma voidaan ratkaista käyttämällä lisäjännitelähdettä.

Akun kapasiteetin mittauksessa käytettävä piirikaavio on esitetty kuvassa 1. Tässä näkyy, että testattava akku V1 on kytketty sarjaan virtalähteen (virtalähde perustuu jännitteensäätimeen LM7805 ja vastukseen R1) ja toisen jännitelähteen V2 kanssa. Huomaa V1:n ja V2:n napaisuus: koska ne on kytketty sarjaan, niiden yhteenlaskettu jännite riittää virtalähteen syöttämiseen. Virtalähteen pienin käyttöjännite on 7 volttia (5 V on jännite LM7805:n lähdössä vastuksen R1 yli ja 2 V on pienin käyttöjännite LM7805:n tulon ja lähdön välillä). V1:n ja V2:n yhteenlaskettu jännite on vähintään 9 V, se on enemmän kuin virtalähteen käyttöjännite.

LM7805:n sijasta voit käyttää mitä tahansa muuta jännitteensäädintä, esimerkiksi LM317:ää (sen lähtöjännite on 1,25 V ja minimipudotusjännite on 3 V). Tässä tapauksessa virtalähteen käyttöjännite on 4,25 V, joten voimme käyttää virtalähdettä V2, jonka jännite on 5 V. LM317:n avulla virta voidaan laskea tällä kaavalla: I = 1,25/R1.

Tällöin esimerkiksi 100 mA:n purkausvirralle R1:n arvo on noin 12,5 Ω.

Miten mitataan akun kapasiteetti

Aluksi sovitetaan vastuksen R1 arvo halutun purkausvirran asettamiseen. Useimmissa tapauksissa purkausvirta on yhtä suuri kuin akun toimintavirta. Huomaa, että jotkut jännitteensäätimet LM7805 ja muut voivat kuluttaa 2…8 mA:n lisävirtaa, joten on parempi tarkistaa virta ampeerimittarilla. Kytke sen jälkeen täyteen ladattu akku piirilevyyn, kytke kytkin SA1 päälle ja huomioi aika. Tarkkaile jännitemittarin (PV1) lukemaa. Kun akun jännite saavuttaa vähimmäisarvon, kytke kytkin SA1 pois päältä ja merkitse aika uudelleen muistiin. Muista, että syväpurkaus voi lyhentää akun käyttöikää tai vaurioittaa sitä!

Kertomalla purkausvirta (ampeereina) purkausaikana (tunteina) voimme laskea akun kapasiteetin (ampeereina tunnissa):

C = I * t

Akun minimijännite on erilainen eri akkutyypeille. Esimerkiksi nikkelikadmiumakun (NiCd) vähimmäisjännite on 1,0 V, nikkelimetallihydridiakun (NiMH) – 1,1 V, litiumioniakun (Li-ion) – 2,5…3,0 V. Jokaisen tietyn akkumallin kohdalla tämä parametri voi vaihdella, joten tarkista akun dokumentaatio.

Katsotaanpa käytännön esimerkkiä siitä, miten akun kapasiteetti mitataan.

Kapasiteetin mittaus akusta NB-11L

Akku NB-11L (ks. kuvio 2.) ostettiin DealeXtremeltä 3,7 dollarilla (SKU: 169532). Merkki on tuntematon. Sen merkitty kapasiteetti on 750 mAh. Sivuston tuotekuvauksessa on kuitenkin vain 650 mAh. Mikä on tämän akun todellinen kapasiteetti?

Tarvitaan kaksi kosketinta johtojen liittämiseksi akkuun. Tehdään ne paperiliittimistä. Taivutetaan paperiliittimiä kuvan 3 osoittamalla tavalla ja liitetään ”+” ja ”-” akun napoihin (ks. kuva 4.). Sinun täytyy olla hyvin varovainen, jotta vältät oikosulun, koska se voi vahingoittaa akkua. On parempi eristää klipsit ja jättää vain kärjet näkyviin.

Akun NB-11L kapasiteetin mittausta varten purkausvirraksi asetettiin 100 mA. Se tarkoittaa, että R1:n arvo on vain hieman yli 50 ohmin. Häviöteho vastuksen R1 yli voidaan laskea tällä kaavalla: P = V2/R1, jossa V on R1:n yli oleva jännite. Meidän tapauksessamme P=52/50=0,5 W. Jännitesäädintä LM7805 on käytettävä jäähdytyselementin kanssa. Jos lähistöllä ei ole sopivaa jäähdytyselementtiä, lasillinen kylmää vettä voidaan käyttää jäähdytyselementtinä – upota vain LM7805 veteen, mutta pidä nastat vedenpinnan yläpuolella (TO-220-pakkauksen tapauksessa).

Kun täyteen ladattu akku NB-11L oli asennettu testipiirilevylle ja kytkin SA1 oli suljettu, akun yli oleva jännite kirjattiin 30 minuutin välein jännitemittarin PV1 avulla. Tämän jälkeen piirrettiin purkautumiskäyrä (ks. kuva 5).

Kuva 5. Akun NB-11L:n yli tuleva jännite purkautumisprosessissa 100 mA:n virralla.

Kuvassa 5. esitetystä kuvaajasta nähdään, että kesti lähes 5 tuntia (virralla 0,1 A), ennen kuin akun yli tuleva jännite laski 3 volttiin. Lopussa purkausjännite laskee nopeammin. Nyt voimme laskea akun kapasiteetin:

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

Tuntemattoman merkkisen akun NB-11L todellinen kapasiteetti on siis 1,5 kertaa pienempi kuin sen merkityn kapasiteetin.

TAKAISIN