Come misurare la capacità di una batteria: un modo semplice e preciso

Per misurare la capacità di una batteria è necessario scaricare la batteria utilizzando una resistenza o qualsiasi altro carico fino a quando la tensione scende al valore minimo, e registrare la corrente e la tensione attraverso il carico durante il processo di scarica. Poi costruisci un grafico usando i dati raccolti, e la capacità di una batteria può essere calcolata da questi dati. Ma qui c’è un problema – durante il processo di scarica la corrente attraverso la resistenza di carico scende, quindi dovremo integrare i dati nel tempo, quindi questo metodo non è accurato.

Ma se scarichiamo la batteria attraverso una fonte di corrente, allora possiamo scoprire la capacità della batteria molto più facilmente e accuratamente. Ma ecco l’altro problema: la tensione attraverso una batteria (1,2…3,7 V) non è sufficiente per alimentare la fonte di corrente. Questo problema può essere risolto utilizzando una fonte di tensione aggiuntiva.

Lo schema del circuito utilizzato per la misurazione della capacità della batteria è mostrato in fig. 1. Qui possiamo vedere che la batteria da testare V1 è collegata in serie con la sorgente di corrente (la sorgente di corrente è basata sul regolatore di tensione LM7805 e sul resistore R1) e con l’altra sorgente di tensione V2. Notate la polarità di V1 e V2: poiché sono collegati in serie, quindi la loro tensione sommaria è sufficiente per alimentare la fonte di corrente. La tensione minima di funzionamento della sorgente di corrente è di 7 Volt (5 V è la tensione all’uscita dell’LM7805, attraverso il resistore R1, e 2 V è la tensione minima di funzionamento tra ingresso e uscita dell’LM7805). La tensione di sintesi di V1 e V2 non è inferiore a 9 V, è superiore alla tensione di funzionamento della sorgente di corrente.

Invece di LM7805 si può usare qualsiasi altro regolatore di tensione, per esempio, LM317 (la sua tensione di uscita è 1,25 V e la tensione minima di dropout è 3 V). In questo caso la tensione di funzionamento della fonte di corrente è di 4,25 V, quindi possiamo usare la fonte di alimentazione V2 con una tensione di 5 V. Con LM317 la corrente può essere calcolata con questa formula: I = 1,25/R1.

Quindi, per esempio, per la corrente di scarica di 100 mA il valore di R1 è di circa 12,5 Ω.

Come misurare la capacità della batteria

In principio, abbinare il valore della resistenza R1 per impostare la corrente di scarica desiderabile. Nella maggior parte dei casi la corrente di scarica è uguale alla corrente di funzionamento della batteria. Si noti che alcuni regolatori di tensione LM7805 e altri possono consumare ulteriore corrente di 2…8 mA, quindi è meglio controllare la corrente usando un amperometro. Dopo di che, collegate la batteria completamente carica al circuito, accendete l’interruttore SA1 e annotate il tempo. Guarda la lettura del voltmetro (PV1). Quando la tensione della batteria raggiunge un valore minimo, spegnete l’interruttore SA1 e annotate di nuovo il tempo. Ricordate che la scarica profonda può accorciare la vita della batteria o danneggiarla!

Moltiplicando la corrente di scarica (in ampere) per il tempo di scarica (in ore) possiamo calcolare la capacità della batteria (in ampere per ora):

C = I * t

La tensione minima della batteria è diversa per i diversi tipi di batteria. Per esempio, per la batteria al nichel-cadmio (NiCd) la tensione minima è 1,0 V, per la batteria al nichel-metallo idruro (NiMH) – 1,1 V, per la batteria agli ioni di litio Li-ion) – 2,5…3,0 V. Per ogni specifico modello di batteria questo parametro può variare, quindi controlla la documentazione di una batteria.

Consideriamo un esempio pratico su come misurare la capacità della batteria.

Misura della capacità della batteria NB-11L

La batteria NB-11L (vedi fig. 2.) è stata acquistata da DealeXtreme per 3,7 dollari (SKU: 169532). La marca è sconosciuta. La sua capacità marcata è di 750 mAh. Ma la descrizione dell’articolo sul sito mostra solo 650 mAh. Qual è la reale capacità di questa batteria?

Abbiamo bisogno di due contatti per collegare i fili alla batteria. Facciamoli con delle graffette. Piegare le graffette come mostrato in fig. 3 e collegarle ai terminali “+” e “-” della batteria (vedi fig. 4.). Bisogna fare molta attenzione ad evitare il cortocircuito, perché può danneggiare la batteria. È meglio isolare le clip, e lasciare esposte solo le punte.

Per la misurazione della capacità della batteria NB-11L, la corrente di scarica è stata impostata a 100 mA. Significa che il valore di R1 è appena un po’ più alto di 50 Ohm. La potenza dissipata attraverso il resistore R1 può essere calcolata con questa formula: P = V2/R1, dove V è la tensione attraverso R1. Nel nostro caso P=52/50=0,5 W. Il regolatore di tensione LM7805 deve essere usato con un dissipatore di calore. Se non c’è nessun dissipatore di calore adatto, un bicchiere di acqua fredda può essere usato come dissipatore di calore – basta immergere l’LM7805 nell’acqua, ma tenere i pin sopra il livello dell’acqua (nel caso del pacchetto TO-220).

Dopo che la batteria NB-11L completamente carica è stata installata nel circuito di prova e l’interruttore SA1 è stato chiuso, la tensione attraverso la batteria è stata registrata ogni 30 minuti usando il voltmetro PV1. Dopo di che, il grafico di scarica è stato disegnato (vedi Fig. 5).

Fig. 5. Tensione attraverso la batteria NB-11L nel processo di scarica con la corrente di 100 mA.

Dal grafico mostrato in Fig. 5. possiamo vedere che ci sono volute quasi 5 ore (alla corrente di 0,1 A) per la tensione attraverso la batteria per scendere a 3 Volt. Alla fine la tensione di scarica diminuisce più velocemente. Ora possiamo calcolare la capacità della batteria:

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

Quindi la capacità reale della batteria NB-11L di marca sconosciuta è 1,5 volte inferiore alla sua capacità segnata.

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