Измерение ёмкости аккумулятора

очень замечательную и наглядную идею по измерению ёмкости аккумулятора предложил Е. Корниенко см. его сайт http://album-ek.narod.ru/workshop/accu-capacity.html

ниже привожу содержание странички и призываю к экспериментам :)

Измерение ёмкости аккумулятора

Что такое ёмкость аккумулятора, и как её измеряют

Ёмкость - это количество электричества (заряд) Q в новой батарейке или полностью заряженном аккумуляторе. Заряд измеряется в Кулонах: 1 Кулон = 1 Ампер * 1 секунда. Обычно ёмкость измеряется в единицах ампер-час или ма-час (1 миллиампер умножить на 1 час). Аккумулятор ёмкостью 1000 ма-час может давать ток 1000ма в течение 1 часа или 100ма в течение 10 часов. Если учесть напряжение U, то можно оценить запасённую в аккумуляторе энергию E = Q * U

Для определения ёмкости аккумулятора его полностью заряжают, затем разряжают заданным током I, и измеряют время T, за которое он разрядился. Произведение тока I на время T и есть ёмкость аккумулятора Q = I * T. Так же измеряется ёмкость батарейки, но после полного разряда аккумулятор можно снова зарядить, а батарейку уже нельзя использовать. Смысл в том, что вы измерите ёмкость батареек данного типа.

Схема для измерения ёмкости.

Предлагаемая схема разряжает аккумулятор через резистор R до напряжения почти полного разряда NiCd или NiMh элемента - примерно 1 вольт. Ток разряда равен I = U / R. Для измерения времени разряда T используются часы, работающие от напряжения 1.5-2.5V. Для защиты аккумулятора от полного разряда применено твёрдотельное реле PVN012. Оно отключает аккумулятор при снижении напряжения U до минимально допустимого Ue = 1V.

Схема измерителя ёмкости, и пример разводки платы

Аккумулятор надо полностью зарядить и подключить к устройству. Часы надо установить на 0 и нажать кнопку Start. В этот момент реле замыкает контакты 4-5 и 5-6. Начинается разряд аккумулятора через резистор R и подаётся напряжение на часы. Напряжение на аккумуляторе и резисторе постепенно снижается. Когда напряжение на резисторе R снизится до 1V реле размыкает контакты. Разряд прекращается и часы останавливаются.

По мере разряда аккумулятора управляющий ток через контакты 1-2 реле уменьшается примерно от 8 до 2mA. При управляющем токе 3mA сопротивление контактов 4-5 и 5-6 менее 0.04 Ом. Это достаточно мало, чтобы не учитывать при расчёте тока - если нужен ток разряда 1A, берите резистор R=1.2 Ом.

После прекращения разряда напряжение на аккумуляторе возрастает до 1.1-1.2V из-за внутреннего сопротивления элемента.

Обратите внимание, что ёмкость свежезаряженных аккумуляторов выше, так как со временем часть заряда теряется из-за саморазряда. Чтобы узнать величину саморазряда, нужно измерить емкость сразу после зарядки, и измерить ещё раз через неделю (месяц) после зарядки. Саморазряд NiMh аккумуляторов может достигать 10% в неделю и более.

Измеритель в корпусе зарядника

При повторении этой схемы примите меры для уменьшения сопротивления контактов аккумулятора и разъёмов. При токе 0.5-1A на контактах можно потерять 0.1V и более, что ухудшит точность измерения. Такие же потери вызывает стальная пружина, используемая в некоторых держателях аккумулятора. Пружину и другие стальные контакты надо шунтировать медным проводом. Я сделал один из вариантов измерителя ёмкости аккумуляторов АА и ААА в корпусе от простого зарядного устройства, у которого были хорошие медные контакты.
.

Ответы на вопросы

Каким должен быть ток разряда?

Надо выбирать такой ток, при котором обычно используется этот аккумулятор. Если ток разряда слишком большой, то из-за внутреннего сопротивления напряжение на аккумуляторе быстро снизится ниже 1 вольта, и измеренное значение ёмкости будет низким. Если выбрать слишком малый ток разряда, то измеренная ёмкость получится больше, чем аккумулятор реально выдаст при работе в вашем приборе.

Как измерить ёмкость литий-ионного аккумулятора?

Несколько примеров

Um	Ue	I	R	r
1.2	1.0	0.2	6.0	0
1.2	1.0	0.5	2.4	0
3.3	3.0	0.5	2.2	4.4
8.4	7.0	0.1	12	72

В этом случае к батарее подключается делитель напряжения по образцу, показанному на схеме. Используя делитель напряжения, можно измерить ёмкость батареи из нескольких аккумуляторов или ёмкость литий-ионного аккумулятора.

Требуемый ток разряда I при среднем напряжении Um обеспечивает сумма двух резисторов: R + r = Um / I.

Резистор R рассчитывается так, чтобы при конечном напряжении на батарее Ue, напряжение на резисторе R стало равно 1V: R = (Um / I) * (1V / Ue).

Как проверить ёмкость аккумулятора по напряжению?

По напряжению ёмкость определить нельзя. Для каждого типа батарей и аккумуляторов есть типичные кривые разряда. По ним можно оценить отношение заряда к ёмкости (процент заряда). Я использую зарядное устройство Ansmann, которое для такой оценки измеряет напряжение при заданном токе разряда. Однако у NiMh аккумуляторов не только ёмкость, но и рабочее напряжение уменьшается с возрастом. В некоторых случаях Ansmann давал оценку 30% в то время, как измерение до полного разряда давало 80%.

Как измерить ёмкость аккумулятора без этой схемы?

Подключите к заряженному аккумулятору резистор R и вольтметр. Следите по часам. Через некоторое время T напряжение U снизится до минимально допустимого. В этот момент отключите резистор. Ёмкость равна Q = T * U / R

Зачем два диода?

Диоды используются для защиты твёрдотельного реле при случайном обрыве резистора R. Если вы уверены, что обрыв невозможен, или вы измеряете ёмкость аккумуляторов с напряжением менее 1.4V ( один элемент AA или AAA ), то диоды и резистор 5 Ом можно убрать. При этом схема помещается внутри будильника, как у меня было сделано раньше.

В чём отличие от схемы, которая была на сайте раньше?

1. Вместо 1.3-1.1V на часы теперь подаётся 2.6-2.2V.
2. Вместо выключателя для дополнительного элемента питания использован контакт реле, и теперь отключение обоих аккумуляторов происходит автоматически.
3. Добавлена защита реле от обрыва резистора R.

Что такое внутреннее сопротивление аккумулятора и как его измерить?

Если замкнуть плюс и минус аккумулятора, то получим ток Ie = U / Re, как будто внутри есть сопротивление Re, включённое последовательно с аккумулятором. Величина внутреннего сопротивления зависит от электрохимических процессов внутри элемента, в том числе и от тока. Если при реальной нагрузке Ra аккумулятор даёт ток Ia, то внутреннее сопротивление при таком токе равно Re = U / Ia - Ra

Евгений Корниенко, 2004

адрес этой страницы http://album-ek.narod.ru/workshop/accu-capacity.html