Cum se măsoară capacitatea unei baterii: un mod simplu și precis

Pentru a măsura capacitatea unei baterii este nevoie să descărcați bateria folosind o rezistență sau orice altă sarcină până când tensiunea scade la valoarea minimă, și să înregistrați curentul și tensiunea prin sarcină în timpul procesului de descărcare. Apoi se construiește un grafic folosind datele colectate, iar capacitatea unei baterii poate fi calculată pe baza acestor date. Dar aici există o problemă – în timpul procesului de descărcare, curentul prin rezistența de sarcină scade, prin urmare va trebui să integrăm datele în timp, deci această metodă nu este precisă.

Dar dacă vom descărca bateria printr-o sursă de curent, atunci putem afla capacitatea bateriei mult mai ușor și mai precis. Dar aici apare o altă problemă: tensiunea la bornele unei baterii (1,2…3,7 V) nu este suficientă pentru a alimenta sursa de curent. Această problemă poate fi rezolvată prin utilizarea unei surse de tensiune suplimentare.

Schema circuitului utilizat pentru măsurarea capacității bateriei este prezentată în fig. 1. Aici putem vedea că bateria care urmează să fie testată V1 este conectată în serie cu sursa de curent (sursa de curent are la bază regulatorul de tensiune LM7805 și rezistența R1) și cu cealaltă sursă de tensiune V2. Observați polaritatea dintre V1 și V2: deoarece acestea sunt conectate în serie, prin urmare tensiunea lor sumară este suficientă pentru a alimenta sursa de curent. Tensiunea minimă de funcționare a sursei de curent este de 7 volți (5 V este tensiunea de la ieșirea LM7805, pe rezistorul R1, iar 2 V este tensiunea minimă de funcționare între intrarea și ieșirea LM7805). Tensiunea sumară a V1 și V2 nu este mai mică de 9 V, este mai mare decât tensiunea de funcționare a sursei de curent.

În loc de LM7805 puteți folosi orice alt regulator de tensiune, de exemplu, LM317 (tensiunea sa de ieșire este de 1,25 V și tensiunea minimă de cădere este de 3 V). În acest caz, tensiunea de funcționare a sursei de curent este de 4,25 V, astfel încât putem utiliza sursa de alimentare V2 cu tensiunea de 5 V. Cu LM317, curentul poate fi calculat cu această formulă: I = 1,25/R1.

Atunci, de exemplu, pentru curentul de descărcare de 100 mA, valoarea lui R1 este în jur de 12,5 Ω.

Cum se măsoară capacitatea bateriei

La început, se potrivește valoarea rezistenței R1 pentru a seta curentul de descărcare dorit. În cele mai multe cazuri, curentul de descărcare este egal cu curentul de funcționare a bateriei. Rețineți că unele regulatoare de tensiune LM7805 și altele pot consuma un curent suplimentar de 2…8 mA, deci este mai bine să verificați curentul folosind un ampermetru. După aceea, conectați bateria complet încărcată la placa de circuit, porniți comutatorul SA1 și notați timpul. Urmăriți citirea voltmetrului (PV1). Când tensiunea bateriei obține o valoare minimă, opriți comutatorul SA1 și notați din nou timpul. Rețineți că descărcarea profundă poate scurta durata de viață a bateriei sau o poate deteriora!

Înmulțind curentul de descărcare (în Amperi) cu timpul de descărcare (în ore) putem calcula capacitatea bateriei (în Amperi pe oră):

C = I * t

Tensiunea minimă a bateriei este diferită pentru diferite tipuri de baterii. De exemplu, pentru bateria cu nichel-cadmiu (NiCd) o tensiune minimă este de 1,0 V, pentru bateria cu hidrură de nichel-metal (NiMH) – 1,1 V, pentru bateria litiu-ion Li-ion) – 2,5…3,0 V. Pentru fiecare model specific de baterie acest parametru poate varia, așa că verificați documentația unei baterii.

Să luăm în considerare un exemplu practic cum se măsoară capacitatea bateriei.

Măsurarea capacității bateriei NB-11L

Bateria NB-11L (vezi fig. 2.) a fost achiziționată de la DealeXtreme pentru 3,7 dolari (SKU: 169532). Marca este necunoscută. Capacitatea sa marcată este de 750 mAh. Dar descrierea articolului de pe site arată doar 650 mAh. Care este capacitatea reală a acestei baterii?

Avem nevoie de două contacte pentru a conecta firele la baterie. Să le facem din agrafe de hârtie. Îndoiți agrafele de hârtie așa cum se arată în fig. 3 și conectați-le la bornele „+” și „-” ale bateriei (vezi fig. 4.). Trebuie să fiți foarte atenți pentru a evita scurtcircuitele, deoarece acestea pot deteriora bateria. Este mai bine să izolați clemele și să lăsați doar vârfurile expuse.

Pentru măsurarea capacității bateriei NB-11L, curentul de descărcare a fost setat la 100 mA. Aceasta înseamnă că valoarea lui R1 este puțin peste 50 Ohmi. Puterea disipată pe rezistorul R1 poate fi calculată cu această formulă: P = V2/R1, unde V este tensiunea pe R1. În cazul nostru, P=52/50=0,5 W. Regulatorul de tensiune LM7805 trebuie să fie utilizat cu un radiator. Dacă nu există nici un radiator adecvat în apropiere, un pahar cu apă rece poate fi folosit ca radiator – trebuie doar să scufundați LM7805 în apă, dar mențineți pinii deasupra nivelului apei (în cazul pachetului TO-220).

După ce bateria NB-11L complet încărcată a fost instalată în placa de circuit de testare și comutatorul SA1 a fost închis, tensiunea la bornele bateriei a fost înregistrată la fiecare 30 de minute cu ajutorul voltmetrului PV1. După aceea, s-a trasat graficul de descărcare (a se vedea Fig. 5).

Fig. 5. Tensiunea la bornele bateriei NB-11L în procesul de descărcare prin curentul de 100 mA.

Din graficul prezentat în Fig. 5. se poate observa că a fost nevoie de aproape 5 ore (la curentul de 0,1 A) pentru ca tensiunea la bornele bateriei să scadă la 3 volți. La sfârșit, tensiunea de descărcare scade mai repede. Acum putem calcula capacitatea bateriei:

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

Deci capacitatea reală a bateriei NB-11L de marcă necunoscută este de 1,5 ori mai mică decât capacitatea marcată.

BACK