Меню

Как измерить емкость литий ионного аккумулятора



Аккумуляторы и батареи

Информационный сайт о накопителях энергии

Как определить емкость аккумулятора li-ion

Что такое емкость для хранения энергии? Показатель, сколько можно получить электрического тока в амперах за определенное время. Единица емкости — ампер-час, А/ч. Чем больше емкость, тем мощнее аккумулятор — это показатель работоспособности. Энергия может быть выдана импульсом, многократно превышающим цифровой показатель, но в короткий промежуток времени. Так, емкость 2 А/ч можно использовать в течение 6 минут, получив ток 20 ампер, а можно по 1 амперу брать 120минут. Значение емкости в цифрах обозначается буквой С. Для потребителя важно знать истинную емкость аккумулятора и текущий уровень заряда. Проверка емкости Li-ion доступна каждому пользователю.

Способы проверки емкости литиевых аккумуляторов

Проверить емкость аккумулятора можно в состоянии полной зарядки или разрядки. Литий-ионные источники энергии работают в диапазоне напряжения 2,5 — 4,23 В. Как используя тестеры, проверить емкость Li-ion аккумулятора?

Можно воспользоваться мультиметром. Прибор сочетает амперметр, вольтметр и омметр, считается универсальным. Тестеры бывают аналоговыми, с измерительной шкалой, и цифровые, с дисплеем. Зонд с красным проводом плюсовой, с черной –минус.

Как измерить тестером емкость литиевого аккумулятора.

  • зарядить проверяемый li-ion аккумулятор до 4,23В;
  • на тестере поставить рычаг в положение «Постоянный ток» при этом будет задействован переменный резистор;
  • соединить контакты с полюсами элемента и пропускать ток до напряжения 2,5 В.
  • определение приблизительной емкости литиевых аккумуляторов производится умножением времени разрядки на силу тока, пропускаемого через тестер.

Еще проще воспользоваться «умной» зарядкой, как измерителем емкости литиевого аккумулятора. В процессе, прибор выводит на дисплей все показатели. С помощью зарядного устройства iMAX-6 можно точно и в любой момент определить емкость, как литиевых батарей, так и состояние источника энергии в смартфоне.

Можно ли проверить емкость литиевого аккумулятора и как, пользуясь подручными средствами? Если есть точное сопротивление, можно подключить его к батарее и засечь время разряда. Измерить точно не получится, но отличить есть ли в аккумуляторе заявленные 8800 мА/ч или всего 880, определится легко. Кстати, нельзя купить литиевые аккумуляторы 18650 большой емкости. Их предел 3600мА/ч.

Неплохо с бытовой задачей определения примерного заряда справляется индикатор заряда, выполненный самостоятельно или включенный в схему прибора.

Заряд li-ion аккумуляторы 18650, их можно определить по весу. С емкостью 2600мА/ч вес цилиндра должен быть 40 г, с повышением емкости он становится больше. Для 26650 вес начинается от 70 г.

Как соединить литиевые аккумуляторы для увеличения емкости

Ионно-литиевые аккумуляторы представляют цилиндрический или призматический кожух, в котором скручены проводящие пластины в виде фольги с нанесенным активным материалом и проницаемым диэлектрическим сепаратором. Каждый элемент имеет емкость, соответствующую длине лент, то есть количеству слоев в одном элементе. При этом разность потенциалов зависит только от состава компонентов.

Чтобы увеличить емкость батареи, необходимо соединить несколько банок параллельно, плюсы с плюсами, минусы с минусами. Ионно-литиевые аккумуляторы в сумме дадут большую емкость. При этом не требуется балансировки, заряды распределяются в банках, как в сообщающихся сосудах.

Чтобы поднять напряжение, нужно группы аккумуляторов, соединенные параллельно принять за один элемент, и соединить несколько штук последовательно. Так создают батарею, отвечающую запросам. Важно использовать банки с одним составом, с одинаковыми техническими параметрами. В последовательную схему должны быть включены балансиры и защита от перезаряда и глубокого разряда.

Какая емкость литиевых аккумуляторов необходима для шуруповерта

Бытовые приборы в работе используют высокотоковые аккумуляторы. Это значит, при пуске и усилиям при работе, прибор может забрать в короткий срок импульс до 15-20 С. Аккумулятор 18650 способен обеспечить параметры тока, но напряжение необходимо 10, 12, 14, 18 В.

Расчетное количество элементов, соединенных последовательно, невозможно подобрать точно, так как средний заряд литий-ионной банки 3,7 В. Расчет ведут с небольшим превышением по напряжению, чтобы двигатель шуруповерта работал в безопасном диапазоне. В схеме управления мотором предусмотрены ограничители.

Чем больше емкость батареи, тем реже потребуется подзарядка. Для шуруповертов на 18 В, инструмента профессионального, емкость батарей увеличивают, создавая гирлянду из пяти последовательных групп. Каждая из них имеет параллельное соединение 2 элементов. Для легких шуруповертов такое увеличение емкости заметно утяжелит инструмент.

Как восстановить емкость литиевого аккумулятора

Каждый цикл работы, длительное хранение связаны с постоянной потерей емкости батарей. Особенно губительно действует перезаряд, работа в отсеке, где температура поднимается до +60 0 С. При понижении температуры окружающего воздуха до минуса, емкость банок снижается. Можно ли восстановить емкость аккумулятора li-ion?

Из всех случаев потери емкости, восстановление возможно только охлажденных li-ion аккумуляторов. Согревшись, они продолжают работать. В других случаях банки, потерявшие емкость, не восстанавливаются. Внутри активный элемент уже не принимает заряд, не происходит реакции, не создается разность потенциалов между обкладками.

Чтобы восстановить аккумулятор, необходимо исследовать каждый элемент на емкость и заменить севшие. В последовательной схеме соединения достаточно одной неисправной банки, чтобы комплект не работал.

Читайте также:  Измерение кинетической энергии тела лабораторная работа

Вывод

Покупая батарею или литиевые аккумуляторы, обратите внимание, когда их изготовили. При хранении в ненадлежащих условиях, банка теряет до 5 % емкости в год. Срок годности батарейки производители заявляют 8 лет. То же касается и готовых аккумуляторов из блоков элементов.

Видео

Для тех кто интересуется , как замерить емкость аккумулятора, держать заряд под контролем и восстановить емкость, представляем видео.

Источник

Как измерить емкость литий ионного аккумулятора

Делюсь мыслью, как проще всего измерить емкость аккумулятора, не покупая дорогостоящих измерительных приборов. В качестве подопытного взят литий-ионный аккумулятор 18650, но мой способ измерения емкости подойдет и других элементов питания.
В первой части статьи описывается бюджетный вариант измерения емкости с помощью дешевого USB-тестера.
Во второй — измерение емкости литий-ионного аккумулятора без использования измерительных приборов (без мультиметра и USB-тестера).
В завершении статьи приведен небольшой обзор и несколько фотографий USB-тестера присланного из Китая.

Аккумуляторы Li-Ion.

В современных электронных устройствах массово используются литий-ионные (Li-Ion) и идентичные им литий-полимерные (LiPo или Li-Pol) аккумуляторы различных форм и размеров.
Независимо от типоразмера все они имеют схожие характеристики и по большому счету отличаются лишь емкостью.
Как правило, встречаются аккумуляторы с номинальным напряжением 3,7 Вольт (хотя бывают и на 3,8 Вольт).
Li-Ion аккумуляторы на 3,7 В нельзя заряжать выше напряжения 4,23 В и нельзя разряжать ниже 2,5 В, в противном случае возникнет необратимый процесс и элемент останется только выбросить. Разряжать и заряжать аккумулятор можно до любого значения (он не обладает эффектом памяти), лишь бы напряжение находилось в диапазоне от 2,5 до 4,23 В. Однако, полностью разряженный аккумулятор следует как можно скорее зарядить, чтобы он преждевременно не утратил свою емкость.
Также литий-ионные аккумуляторы отличаются друг от друга наличием защиты. Аккумулятор может быть без электронной защиты (просто гальванический элемент), а может иметь встроенную схему, которая защищает элемент от чрезмерного разряда, перезаряда и перегрева.
Но как-бы вы ни оберегали и ни следили за состоянием аккумулятора, емкость его со временем будет неуклонно падать. Чем выше температура эксплуатации и больше циклов заряда-разряда производится, тем быстрее аккумулятор стареет.

Литий-ионный аккумулятор 18650.

18650 — это обозначение наиболее часто встречающегося Li-Ion аккумулятора, размеры которого немного больше обычной пальчиковой батарейки (18×65 мм). Все что относится к аккумулятору 18650, применимо и к другим литий-ионным аккумуляторам!
Типоразмер аккумуляторов 18650 часто используется в мощных фонариках, лазерах, различной электронике. Из элементов 18650 собраны аккумуляторные батареи ноутбуков, некоторых шуруповёртов и даже электромобилей.
Если вы покупаете фирменный аккумулятор, то он скорее всего имеет встроенную электронную защиту. Дешевые же китайские аккумуляторы, заказанные например на Aliexpress, не имеют защиты. Кроме того их ёмкость обычно в несколько раз ниже заявленной.

Измерение емкости аккумулятора 18650.

Емкость литий-ионных аккумуляторов обычно обозначается в миллиампер-часах (mAh). Если на вашем элементе 18650 есть надпись вида «1800» или «2200», это и есть его заявленная емкость. Более корректно измерять емкость в Ватт-часах (Wh), но при маркировке элементов в большинстве случаев указывают миллиампер-часы.
Для измерения емкости АКБ, зарядки и прочих изысканий существует множество специальных устройств в широком ценовом диапазоне. Наиболее известное из них, IMAX, стоит порядка 2000 рублей. Такая покупка оправдает себя, только если вы ежедневно занимаетесь зарядкой аккумуляторов разных типов или пользуетесь аккумуляторными батареями, состоящих из нескольких элементов питания, например от квадрокоптеров.

Бюджетный вариант измерения ёмкости литий-ионного аккумулятора.

Ради чего все затевалось? Аккумулятор моего ноутбука стал очень быстро разряжаться. Как правило, аккумуляторная батарея состоит из 6 элементов 18650. Если даже один элемент выйдет из строя, это сказывается на работоспособности батареи в целом. Поэтому я решил выяснить, емкость какого из элементов уменьшилась, чтобы заменить его на новый. Элементы батареи ноутбука, а также большинство бюджетных аккумуляторов типоразмера 18650 не имеют индивидуальной защиты, поэтому при работе с ними нельзя допускать сильного разряда или перезаряда.

Порядок работы

  1. Перед замером емкости исследуемый элемент 18650 следует отсоединить от других элементов схемы и полностью зарядить (до 4,23 В). Посмотрел у китайцев недорогие зарядные устройства и по отзывам понял, что по причине их низкого качества многие люди уже испортили свои аккумуляторы. Для своих же целей я купил самый дешевый PowerBank. Это коробка с электронным преобразователем на 1 или несколько аккумуляторов 18650, которая кроме прямого назначения позволяет заряжать аккумулятор до напряжения 4,23 В и разряжать до 2,5 В.
    Для зарядки достаточно поставить внутрь Powerbank аккумулятор и подключить его к обычной зарядке от мобильного телефона.
  2. Когда аккумулятор полностью зарядился, отключаем Powerbank от телефонной зарядки.
    Аккумулятор готов для замера емкости. Что нам теперь нужно, так это купленные на том же Aliexpress USB-тестер (220 рублей) и нагрузочный резистор (50 рублей).
    Просто подключаем USB-тестер одним концом к Powerbank, а другим — к нагрузочному резистору. Будьте внимательны при покупке, USB-тестеры бывают разные. Некоторые USB-тестеры показывают только ток и напряжение, но нам нужен тот, который в добавок к ним еще измеряет и емкость!
Читайте также:  Цифровое измерение температуры инкубаторе

Несколько фотографий и небольшой обзор USB-тестера в конце статьи

Измерение емкости аккумулятора без измерительных приборов.

Намеревался узнать емкость аккумулятора вышеописанным способом, но пришедший через 2 месяца из Китая USB-тестер оказался неисправным, поэтому решил измерить емкость без измерительных приборов.
К счастью Powerbank у меня уже был. Устройство его таково, что с одной стороны он не дает разрядить аккумулятор ниже допустимого напряжения, а с другой, поддерживает постоянные 5 Вольт на своем выходе. Если подключить к выходу 5 Вольт резистор величиной 5 Ом, то получим ток разряда 1 ампер. И эта величина теоретически должна поддерживаться на протяжении всего времени разряда. Ток (1 А) и напряжение (5 В) известны, осталось засечь время. Чтобы не сидеть час с таймером в руке, к выходу Powerbank параллельно пятиомному резистору следует присоединить обычный бытовой электромеханический будильник (часы). Но часам требуется 1,5 вольта (напряжение пальчиковой батарейки), а у нас целых 5. Поэтому подключаем часы через делитель напряжения, состоящий из двух резисторов — 470 и 1070 Ом. Если у вас есть мультиметр, можно вместо этих резисторов использовать переменный резистор на 470 Ом — 1,5 кОм, выставив на входе питания часов 1,5-1,8 Вольт.
Итак, ставлю стрелки на 12:00 и подключаю балласт с часами к Powerbank. Через некоторое время аккумулятор разрядится до 2,5 Вольт. Powerbank при этом отключается, часы останавливаются и стрелки запечатлевают время. В моем случае время разряда составило 50 минут (50 мин/60= 0,83 часа).

Теперь вычисляем емкость аккумулятора.
Если бы мы хотели рассчитать емкость Powerbank, как самостоятельного устройства, просто перемножили бы ток и время: 1А*0,83ч=0,83 Ач или 830 миллиампер-часа.
Но нам нужно знать емкость аккумулятора 18650, поэтому следует умножить результат на соотношение напряжения Powerbank (U.pwb) к номинальному напряжению элемента 18650 (U.акб). Вдобавок, для более точного результата всё разделим на коэффициент полезного действия преобразователя Powerbank, равный примерно 0,95.
С учетом вышесказанного окончательная формула вычисления емкости аккумулятора примет вид:

I * t * U.pwb / U.акб / КПД = 1А * 0,83ч * 5В / 3,7В / 0,95 = 1.18 Ач (1180 миллиампер-час)

Наблюдения и поправки.

В ходе эксперимента обнаружилось возникновение пульсаций, мешающих работе часов. Поэтому параллельно их входу (на место батарейки) пришлось припаять конденсатор. Емкость, при которой схема работает стабильно — 100 микрофарад (можно запаять больше), напряжение конденсатора любое, но не меньше 5 вольт.
Во время разряда балластный резистор величиной 5 Ом раскаляется выше 100 градусов, поэтому не хватайтесь за него. Паяйте схему так, чтобы этот резистор не касался корпуса Powerbank’a или конденсатора, иначе они расплавятся.
Если хотите, чтобы разряд шел быстрее, используйте 2 резистора по 5 Ом спаянных параллельно, ток в этом случае удвоится а время разряда вдвое сократится. На видео в ускоренном режиме продемонстрирована работа часов с шаговым двигателем, которые тоже оказались китайскими и в лежачем положении периодически заклинивались. Для дальнейших для опытов уже подключал советские кварцевые часы с маятниковым механизмом, которые в отличии от китайских работают стабильно.
Для удобства можно рассчитать цену деления циферблата в соответствии со своим резистором и разметить шкалу в Амер-часах и/или в Ватт-часах. В этом случае на часах всегда будет готовый результат и дополнительные расчеты никогда не понадобятся.

Небольшой обзор USB-тестера

Итак, краткий обзор USB-тестера купленного в Китае через сайт Aliexpress — всё что удалось заснять до его выхода из строя.

После получения и распаковки решил проверить работоспособность тестера. Для этого подключил его между зарядным устройством и смартфоном. Можно увидеть, что при этом устройство показывает напряжение, ток, текущую потребляемую мощность, время работы и израсходованную энергию (Ватт-час). Для замера емкости аккумулятора достаточно включить USB-тестер между аккумулятором и нагрузочным резистором, после полного разряда аккумулятора USB-тестер отключится и измеренная емкость сохранится в его памяти. Однако дальше теории дело не пошло, т.к. тестер оказался бракованным. При подключении нагрузки в 5 Ом, что соответствует 1 амперу, устройство перестало отображать ток и прочие подлежащие замеру параметры, хотя заявленный допустимый ток нагрузки — 3 Ампера. В конце видеоролика демонстрируется работа мышки, подключенной к ноутбуку через USB-тестер. Здесь тестер уже в неисправном состоянии. Ранее замеренный им же ток мышки составлял от 10 до 30 миллиампер для состояния покоя и активности соответственно, теперь ток не отображается.

USB-тестер в разобранном виде:

Источник

Как определить емкость Li-ion аккумулятора?

Статья обновлена: 2020-12-11

Литий-ионные аккумуляторы являются одними из наиболее популярных и востребованных источников питания, которые сегодня используются практически повсеместно.

Существует несколько типов и форматов таких накопителей, поэтому прежде чем купить подходящее устройство для накопления энергии с ее последующей отдачей, необходимо ознакомиться с его характеристиками и определить емкость литий ионного аккумулятора.

Форматы Li-ion элементов зашифрованы в маркировке, нанесенной на корпус изделия. Она включает в себя пять цифровых значений, где:

  1. первые две цифры указывают на диаметр ячейки (в мм);
  2. последующие две цифры – это длина (в мм);
  3. последний символ определяет форму элемента питания.
Читайте также:  Прибор для измерения подкожно жирового слоя

Самыми распространенными литий ионными аккумуляторами являются элементы питания формата 18650.

В большинстве случаев Li-ion накопители имеют цилиндрическую форму и содержат два контакта: «+» находится на конце батареи с выступом, а «–» расположен со стороны плоской или рельефной площадки. Также в продаже представлены элементы с контактами под пайку.

По химическому составу такие аккумуляторы могут быть литий ионными (Li-ion), литий-полимерными (Li-Po) и литий-марганцевыми (Li-Mn). Наибольшее распространение нашли элементы питания с номинальным напряжением 3,7 В.

Что касается одного из основных параметров аккумуляторов – емкости, то она обычно указывается в мАч (мА*ч). Емкость аккумулятора указывает на его способность накопления и возврата энергии постоянного тока. Соответственно, чем выше это значение, тем больше энергии может запасать и отдавать аккумулятор.

Владея информацией о величине емкости и силе тока разрядапользователи могут рассчитать с высокой точностью, насколько долго будет обеспечено питание используемого гаджета, на который установлена батарея. К примеру, элемент емкостью 3000 мА*ч отдает ток 3000 мА за час.

Как узнать емкость Li-ion аккумулятора?

Со временем литий-ионные аккумуляторы теряют свою емкость по разным причинам. Также появляется много новых производителей литиево-ионных элементов не всегда выпускающих продукцию соответствующую описанию.. Поэтому не остается ничего другого, как измерить емкость литий ионного аккумулятора самостоятельно, и сделать это можно несколькими способами.

В сети предлагается множество вариантов проверки емкости Li-ion накопителей с помощью самодельных устройств, однако, как показывает практика, все они несовершенны и отличаются различной степенью погрешности. Например, описанный ниже способ о том, как определить емкость аккумулятора Li-ion мультиметром, является самым бюджетным и доступным, но при этом самым не точным.

Мультиметр может быть как аналоговым, так и цифровым. Анализ емкости аккумулятора обычно выполняют с помощью контрольного разряда накопителя, для чего его необходимо полностью зарядить (обычно до 4,2 Вольт, см. паспорт-datasheet на 18650). Далее к аккумулятору подключают нагрузку (при напряжении элемента питания 3,7 вольта и планируемой нагрузке током 2А, сопротивление необходимо подбирать на 1,85 Ом) фиксируют точное время старта процесса.

Когда напряжение накопительного элемента упадет до минимального порога 2,7 Вольта от первоначальных показателей, нагрузку отключают. Чтобы определить фактическую емкость батареи, необходимо умножить силу тока в сети на часы, в течение которых был выполнен контрольный разряд элемента питания. Полученное экспериментальным путем значение должно соответствовать показателю, заявленному производителем батареи в Ампер-часах. Например аккумулятор 2,6 Ампер*часа нагрузили резистором 1,85 Ом и время разряда составило 55 минут, получаем: 55/60*2,6=2,38 А*ч фактической емкости. Не лишне проверять нагрузку токовыми клещами. Провода надо делать как можно короче, а контакты крепче, чтобы избежать дополнительных потерь и погрешностей при измерениях.

Энергетическая емкость – эффективная энергия, запасаемая в аккумуляторе и измеряемая в Ватт-часах (Вт*ч).

Для определения запасаемой аккумулятором 18650 энергии необходимо среднее напряжение 3,7 Вольта умножить на фактическую или номинальную емкость. В нишем случае умножим на фактически измеренную нами. Получим: 3,7 Вольта * 2,38 А*ч итого 8,82 Вт*час.

Удельная емкость – запасаемая емкость отнесенная к весу или объему аккумулятора. Вес среднего лионного элемента 45 грамм, соответственно 1000/45*8,82=196 Вт*час/кг, что достаточно не плохо, но в настоящее время есть аккумуляторы способные запасать емкость 260 Вт*час/кг и более.

Безопасность при проверке емкости

Проводите работы с литий-ионными аккумуляторами в защитных очках.

Не замыкайте «+» и «-» ячеек напрямую (без нагрузки).

Не перезаряжайте и переразряжайте литиевые элементы выше или ниже значений указанных в их паспорте-даташит.

При испытаниях важно не превышать нагрузку, заданную производителем.

Крайне важно измерять температуру ячеек при испытаниях и при достижении значений выше 40 Град. С (или указанных в паспорте) приостановить разряд.

Вся информация, указанная в данной статье носит информационный характер и не является инструкцией к работе.

Виртус Технолоджи не может нести ответственности за последствия вызванные использованием данного информационного материала.

Простейшие способы измерения емкости

В настоящее время появилось множество универсальных зарядных устройство 18650 с функций определения емкости, они позволяют с приемлемой погрешностью (в зависимости от производителя) определить фактическую емкость 18650 аккумулятора.

Модельные зарядные устройства – одни из первых удобных микропроцессорных зарядок, позволяющие тестировать почти все типы аккумуляторов на емкость, единственное что также необходимо соблюдать требование о минимизации соединений в цепи подключения элементов для снижения потерь и повышения точности. В дополнение с модельных устройств надо на силовые провода выводить балансировочные для того чтобы параметры снимались через них и использовался 4-х точечный метод тестирования. И как обычно бренд имеет значение. Ай Чарджер один из наиболее известных производителей в силу того, что точность его приборов и их стабильность очень высока.

Источник