Come misurare la capacità di una batteria agli ioni di litio

Ho comprato una batteria agli ioni di litio per una fotocamera (molto più economica della sostituzione del marchio ma non irragionevolmente economica rispetto alle batterie agli ioni di litio AAA con carica simile). Tuttavia ho dubbi sul fatto che abbia la capacità dichiarata sul pacchetto (in mAH). Esiste un modo semplice per verificare approssimativamente l'affermazione sulla confezione che è più preciso e richiede meno tempo rispetto a eseguire alcuni benchmark con la fotocamera e una batteria di confronto? Cioè c'è qualche dispositivo / metodo che dato una batteria agli ioni di litio che è presumibilmente completamente carica determina:

• In realtà è completamente carico
• Qual è la sua carica attuale in mAh

Valutare la carica completa è la parte facile.

• Metodo (a) Una batteria a cella singola agli ioni di litio completamente carica avrà una tensione a circuito aperto di circa 4,2 Volt *. (Da 4.1 a 4.2 OK. 4.0 non proprio lì. 4.3 - un po 'alto.) Alcune telecamere usano due celle - il doppio delle tensioni previste. Computer portatili e altri dispositivi più grandi utilizzano 3 o più celle. La tensione dovrebbe essere un multiplo della tensione sopra. [* Esistono varianti che consentono tensioni più elevate. A meno che tu non sia SICURO che questo includa il tuo, supponi che non lo sia. Sbagliare può essere "sconvolgente".
  (ovvero N x (da 4,1 a 4,2 V))

• Metodo (b) Utilizzare un caricabatterie di buona qualità (ad esempio uno fornito dal produttore della fotocamera o uno di qualità nota) che ha una "spia di ricarica.

  Posizionare "batteria carica sul caricatore". A seconda di quanto tempo è stato caricato l'ultima volta, la spia di carica dovrebbe lampeggiare o forse rimanere accesa per un minuto o due e poi spegnersi.

  Rimuovere la batteria dal caricabatterie. Attendi 10 secondi. Riposizionare la batteria sul caricabatterie. La spia di carica dovrebbe lampeggiare molto brevemente e spegnersi.

Valutare la capacità è più difficile, ma non difficile.

(a) è possibile ottenere alcune indicazioni, per batterie nominalmente uguali, dal peso. Una parte significativa del peso in una batteria LiIon è attivamente coinvolta componenti elettricamente o meccanicamente (separatori, conduttori, elettrolita e (ovviamente) litio metallico. Due batterie della stessa capacità nominale dovrebbero avere pesi simili. Immagino che un Una differenza del 10% potrebbe essere dovuta a eventi e costruzioni, ma oltre a ciò sarei sospettoso: nelle batterie più grandi e più pesanti questo test funzionerà meglio che per batterie molto piccole.

Per interesse, per le celle AA NimH questo è un indicatore eccellente. I moderni AA ad alta capacità che affermano che 2500 mAh + di capacità dovrebbero essere nella gamma alta venti grammi - diciamo 26 grammi più con alcuni poco più di 30 grammi. Qualcosa di meno di 20 grammi è un vero disastro e qualcosa di 25 grammi o meno è sospetto.

(b) Per qualsiasi tipo di precisione è necessario scaricare la batteria a un "punto finale" e misurare la capacità. Nessun altro metodo ragionevolmente disponibile per te è disponibile. Esistono altri metodi come misurare la variazione di tensione in un determinato tempo sotto un determinato carico e provare a valutare la propria posizione sulla curva di scarica. Questo è difficile da ottenere e richiede esperienza e un certo grado di fortuna. La misurazione del tempo di scarica è "più semplice".

Il migliore è un carico di corrente costante, che può essere reso molto facilmente con ad esempio un LM317 e un resistore, ma suppongo per ora che tu non voglia farlo. Chiedi se interessati.

Dovrebbe essere usato un resistore di scarica che impiega almeno un'ora per scaricarsi. Potresti usare un motore o una lampada o una fotocamera o ... ma una resistenza ha alcuni vantaggi.

R minimo ~ = (Cells_in_battery x 4000) / mAh

ad esempio se si dispone di una batteria da 1 cella (Voc = ~ 4.2 V) con una capacità di 1500 mAh

• R = celle x 4000 / mAh = 1 x 4000/1500 = 2.666 ohm ~ = 3 ohm o 3.3 ohm (valore standard)

Utilizzare la resistenza più grande successiva rispetto al valore calcolato.
Fino a diverse volte più grande è OK MA ci vorrà proporzionalmente più a lungo.

Potenza nominale resistenza: Potenza resistenza = V ^ 2 / R = (4 x numero di celle) / R

ad es. per la singola cella sopra e la resistenza da 3 ohm la potenza minima è

• 4 x 1/3 = 1.333 Watt.

Utilizzare una resistenza da 2 Watt o superiore.

Metodo:

Lo descriverò brevemente perché non conosco il tuo livello di esperienza. Questo può essere facile da seguire o difficile. Se difficile, fai più domande.

• Collegare i cavi temporanei ai terminali della batteria. Due graffette piegate all'estremità appoggiate sul terminale sono piatte e accessibili e trattenute con peso o nastro. I cavi inseriti nell'ID connettore non sono accessibili apertamente. Alcune batterie non forniscono energia fino a quando non si danno loro strette di mano segrete. ma la maggior parte lo farà.

Batteria con terminali accessibili.

Sotto: terminali più difficili da accedere. Qui possono funzionare due spille per abiti o due fili, MA NON CORRIRE INSIEME !!! SE NON SEI COMODO FARE QUESTO NON FARLO.

• Monitorare la tensione della batteria in tutto. Multimetro collegato ai cavi della batteria e impostato sulla portata appropriata.

http://t2.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcR4lcHSRViGF_kk58tbzmBWf9G11VxLY3J45qj0lW-_spRMZIiDNg

• Collegare la resistenza ai cavi della batteria. Avvia un timer. Monitorare la tensione. Stop a 3,2 V per cella. NON SCARICARE SOTTO 3 VOLT PER CELLA. L'arresto a 3,2 V è una "buona idea". Una batteria LiIon può essere gravemente danneggiata da una scarica molto profonda. Imposta un timer. NON lasciare questo correre e andare via.

Sotto: tipica curva di scarica della 'batteria' agli ioni di litio.

Il metodo migliore è farlo con batterie originali e clonate e confrontare i tempi.

• Metodo (c) Più semplice :-).

Usa una macchina fotografica. Impostare su video o foto temporizzate. Nota i tempi di inizio e fine del fotogramma. Confrontare.

I principali vantaggi sono

• "imposta e dimentica

• non giocare con i collegamenti della batteria

• temporizzazione automatica.

AGGIORNAMENTO - 1 gennaio 2013 - Felice Anno Nuovo.

Qualcuno mi ha appena chiesto di essere fuori elenco da qualcuno sul circuito LM317 che ho citato per una scarica di corrente costante. Ecco un esempio L'ho copiato dalla pagina Web molto utile e pertinente sulla guida dei LED - qui e a loro volta l'hanno copiato da una scheda tecnica LM317.

Disse la query offlist

• Hai menzionato un modo usando LM317 per determinare la capacità della batteria. Devo controllare una batteria agli ioni di litio con una capacità di circa 1700 mAh.
  Cosa mi consigliate di misurare questo tipo di capacità della batteria in un tempo ragionevole come 3-4 ore.

Una batteria da 1700 mAh verrebbe scaricata in 3 ore da 1700/3 = ~ 570 mA e in 4 ore da 1700/4 ~ = 425 mA. Quindi, usando circa 500 mA e vedere quanto tempo impiegherà per misurare la capacità della batteria.
La corrente del carico 3 nel circuito sopra è
Iout = Vref / R1 quindi

R1 = Vref / Iout
Per un LM317 Vref = 1,25 V, quindi per 500 mA
R1 = V / I = 1,25 V / 0,5 A = 2,5 Ohm.
Potenza in R1 = I ^ 2 R = 0,5 ^ 2 x 2,5 o circa 0,7 Watt.
Un resistore da 1 Watt probabilmente sopravviverebbe a questo - un 2 Watt o 5 Watt sarebbe meglio.
L'LM317 dissiperà V_LM317 x I = (Vbattery - Vref) x I = (4.2-1.25) x 0.5 = ~ 1.5 Watt. Quindi un dissipatore di calore o un pezzo di alluminio o altro materiale termicamente conduttivo sull'LM317 sarà "una buona idea". Uso 4,2 V per la tensione della batteria. Cadrà mentre la batteria si scarica.

Si noti che in molti casi una batteria LiIon da 1700 mAh può essere scaricata in modo sicuro con una velocità fino a 1C - = 1700 mA in questo caso. Più sicuro è C / 2 = 850 mA. La velocità massima consentita effettiva deve essere impostata dal produttore. Utilizzare Imax = C / 2 se non sono disponibili dati. Questo di solito sarà sicuro ma "caveat emptor" / "YMMV" .... Se si utilizza una velocità superiore, la dissipazione di potenza nel resistore e nell'LM317 sarà maggiore e saranno necessarie modifiche. Alcuni LM317 gestiranno 1A max. Alcuni gestiranno 1,5 A. (Alcuni pkg più piccoli <1A). Vedi la scheda tecnica. L'LM350 è una versione fratello maggiore dell'LM317 che funziona a diversi amplificatori.

La tensione dell'endpoint della batteria dovrebbe essere la tensione dell'endpoint che verrà utilizzata nel sistema. Secondo i miei commenti sopra, questo NON DEVE essere inferiore a 3,0 V per evitare danni alla batteria e maggiore è più sicuro. È necessario tenerlo d'occhio se si interrompe lo scarico manualmente O impostare un sistema di interruzione automatica. Come lo fai e come credi il periodo di dimissione dipende da te.

Sì, è necessario un carico fittizio e un modo per misurare la tensione (cioè il multimetro)

Può essere semplice come una resistenza, ma la corrente scenderà insieme alla tensione, quindi mAh è un po '"più difficile" da calcolare. Probabilmente è preferibile un carico fittizio a corrente costante. Questo può essere acquistato come un IC, o facilmente realizzato con un opamp o un paio di transistor (puoi usarne uno ma non così preciso, una cosa chiamata cascode è meglio)

Ad ogni modo, supponiamo che la batteria si avvii a 4 V completamente carica (di solito tra 4,1 e 4,2 V in realtà) e posiziona una resistenza da 40 ohm su di essa. Ciò causerà il flusso di corrente di 100 mA. Se si misura regolarmente la tensione, è possibile calcolare il flusso di corrente. Quando la batteria è scarica, puoi integrare le letture raccolte per darti la capacità della batteria in mAh. Quindi, se dovessi leggere ogni ora e ricevi 10 letture da 100 mA prima che la batteria sia considerata scarica (circa 3 V di solito, sii buono a fare qualunque test del produttore, ma la tensione scenderà abbastanza ripidamente alla fine della capacità), hai un 1000 mAh batteria (in realtà la corrente diminuirà a meno che non si usi un carico di corrente costante)

Si noti che le batterie di solito hanno una capacità inferiore a correnti più elevate, quindi se si disegna 1A il mAh complessivo sarà inferiore. Vorrei selezionare un valore sufficientemente basso da consentire alla batteria di funzionare in modo ragionevole (qualunque sia il test eseguito dai produttori, se è disponibile una scheda tecnica, probabilmente abbastanza bassa)

Dovresti finire con qualcosa del genere quando traccia i risultati (nota che l'asse x è in Amp ore:

C è la velocità di scarica necessaria per scaricarsi in 1 ora, quindi per una batteria da 1000 mAh 0,1C è 100mA, 1C è 1A, 18 C è 18A. Puoi vedere come diminuisce la capacità a velocità di scarico più elevate. NOTA - (come menzionato Russell) non tentare di scaricarsi a grandi correnti (ad es. Molto al di sopra> 1C) a meno che non si sia assolutamente sicuri che la batteria sia in grado di gestirlo (ad es. Alcune batterie per fotocamere e batterie RC possono scaricarsi a velocità enormi) L'immagine sopra è voleva solo essere un esempio di curve di scarica.

Assicurati anche che il resistore (se ne usi uno) sia preciso (1% o meno se puoi) e valutato per la potenza che ti serve per gestire. Per l'esempio precedente a 0,1 A e 4 V, si dispone di 0,4 W, quindi è necessario almeno un resistore da 0,5 W 40 ohm.

Per informazioni: ho misurato celle agli ioni di litio con corrente costante di 100 mA e tensione di spegnimento minima di 3,5. Abbiamo trovato che le 14500 celle economiche e generiche stampate con 4000 mAhr mostrano una capacità di circa 150-325 MaH. I più grandi 16850 hanno anche stampato 4000 mAh mostrano una capacità da 1000 a 1600 mAh. Recentemente ho smantellato le vecchie batterie dei laptop e ho scoperto che erano del tipo 16850 non contrassegnato, ma tutte avevano capacità di 1760 mAh. L'esecuzione di tassi di scarico più elevati riduce drasticamente la capacità, come indicato in questo articolo. È meglio quantificare i requisiti di capacità della batteria in base alla progettazione del circuito per determinare il tempo effettivo di utilizzo. La difficoltà sta nel trovare batterie per acquistare quel rating "onesto".

Non so se qualcuno leggerà mai questa risposta, dato che sono passati anni dall'ultima, ma ecco il mio approccio, non ho avuto la stessa domanda: qual è la capacità della mia batteria LiIon.

Wel ho pensato che quello che mi interessava davvero era: quanta carica viene erogata tra uno stato completamente carico e lo spegnimento della batteria. L'arresto, nel mio caso, ha significato che l'apparecchiatura ha iniziato a emettere un segnale acustico, il che significa che voleva essere ricaricata.

Per caricare la batteria uso un semplice cavo USB, ma con un dispositivo che misura la tensione, la corrente, il tempo e le ore totali di milliAmp. Questi gadget possono essere trovati su Internet e sono economici.

Quindi, per determinare la capacità della batteria agli ioni di litio a portata di mano, basta lasciarla scaricare e ricaricarla. La quantità di mAh indicata nel dongle di ricarica è la capacità effettiva.

Capisco che le batterie agli ioni di litio non si surriscaldano o altro, e che eventuali mAh che entrano durante la ricarica, sono disponibili anche per la scarica in funzione. Quindi, il numero che trovi completamente in carica dovrebbe darti la risposta.