Меню

Как измерить емкость литий ионных аккумуляторов



Как измерить емкость литий ионных аккумуляторов

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!

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).

Читайте также:  Линейное расширение единицы измерения

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 проверить емкость аккумулятора 18650 мультиметром

Существуют разные АКБ, поэтому и подход к измерению параметров индивидуален.
18650 — это обозначение самого востребованного Li-Ion аккумулятора, габариты которого немного больше стандартной пальчиковой батарейки (18×65 мм). Все что относится к АКБ 18650, применимо и к иным литий-ионным батареям!

Типовой размер этих аккумуляторов часто используется в небольших фонариках, лазерах, разной электронике. Из компонентов 18650 собраны АКБ ноутбуков, некоторых шуруповёртов и даже электрических автомобилей. Удивительно, насколько этот аккумулятор полезный и мощный.
Далеко не каждый специалист умеет правильно определять емкость аккумуляторной батареи 18650. Поэтому в интернете так много статей на тему проверки емкостных характеристик.

Читайте также:  Бесконтактный термометр для измерения температуры тела для животных

Проверка емкости аккумулятора 18650

Емкость считается одной из самых основных характеристик для любого перезаряжаемого элемента питания. И АКБ 18650 не считается исключением. Многие изготовители выделяют номинальную емкость на корпусном покрытии батареи, при этом в основном эта хар-ка завышается.

Для того чтобы проверить емкость аккумулятора 18650 применяются как специальные измерительные девайсы, так и простые самодельные устройства. Итак, подробнее о проверке работоспособности АКБ:

  • Можно определить примерную реальную емкость, просто заряжая АКБ известным током. Чаще всего ток заряда указывается в хар-ках зарядника. Если для полноценной подзарядки батареи током 100мА требуется 34 часа, то перемножив эти два значения, можно прийти к выводу, что емкость такого аккумулятора соответствует 3400 mAh. Не забывайте, что полученные данные являются неточными, ведь все упирается в алгоритм работы ЗУ.
  • Существует еще более быстрый и точный метод изменения емкости у АКБ 18650, требующий денежных затрат. Для выполнения манипуляции, нужно будет приобрести интеллектуальную зарядку. Такие ЗУ не только отобразят реальное напряжение емкость батареи, но и во многом упростят обслуживание аккумулятора.
  • Третий способ определения емкости самый интересный. Чем меньше ток разряда, тем точнее показатели. Понадобится полностью заряженная батарея, часы, амперметр и, к примеру, фонарик. Наверняка АКБ 18650 была приобретена для его использования. Амперметр вам не нужен, если у вас есть спецификация с данными, сколько тока потребляет фонарик в определенном режиме яркости. Включите осветительный прибор и настройте минимальную яркость, амперметром измерьте ток и засеките время. Например, гаджет просветил 20 часов, поглощая ток 100 ма. 20 х 100 = 2000 мач. Увы, емкость аккумулятора оставляет желать лучшего, 2000 мач это немного.

Также необходимо выделить, что только известные организации, такие как Панасоник, Самсунг, Элджи указывают точную емкость АКБ. И то эти хар-ки при измерении могут отличаться от официально заявленных изготовителем на + – 50 mAh. А может и больше, если батарея окажется б/у или бракованной. Увы, такие аккумуляторы иногда реализуют на рынке, зато по низким расценкам.

А теперь разберем второй способ определения емкостных характеристик.
Проверка 18650 через iMax B6. В первую очередь необходимо найти умную зарядку iMax B6. Главное ее преимущество, это универсальность и измерение емкостных характеристик у АКБ.

Измерение емкости аккумуляторов 18650 – процесс не быстрый. Сначала заряд до 100%, затем разряд в 0 с замером отданных ампер часов, потом необходимо ввести аккумулятор в режим хранения. О том как заряжать аккумулятор 18650 и каким током, читайте здесь.

Следующим шагом станет сборка балансировочной зарядки BMS на основе того же iMax B6, который позволяет заряжать сразу до шести АКБ, контролируя заряд каждой одновременно. Успех, но частичный. Проверять емкость аккумуляторных батарей, вам придется поштучно, потому что при проверке нескольких аккумуляторов сразу, можно получить лишь усредненные показатели.
Однако этих данных будет достаточно для того чтобы понять, все ли в порядке с АКБ.

Важно! Измерения значений разных параметров с применением многофункционального измерителя выполняются, начиная с самого высокого диапазона. Это требуется для того, чтобы не сжечь внутренности девайса и не получить электрическую травму. В общем, никогда не стоит забывать о технике безопасности, так как ток может очень навредить любому человеку.

Что понадобится для проверки

Для проверки можно взять обычный и недорогой мультиметр. Устройство сочетает в себе амперметр, вольтметр и омметр, является универсальным. Также мастера иногда узнают емкость с помощью iMax и тестеров, ведь этими девайсами несложно пользоваться.

Какие параметры можно проверить при помощи мультиметра

С помощью данного девайса можно измерить емкость аккумулятора 18650, объем, напряжение между ее полюсами, внутреннего типа сопротивление, ток утечки.
Конечно, многие считают, что мультиметр можно заменить тестером, но это не всегда так, каждый случай индивидуален.

Как измерить напряжение

Многие люди используют аккумуляторные батареи, но напрочь забывают про такой параметр, как напряжение, что в итоге приводит к печальным последствиям, а точнее к поломке.
Измерение напряжения посредством мультиметра выполняется следующим способом:

  1. Измерительный девайс переводится в режим напряжения до 20 В;
  2. Наконечники щупов крепятся к выводам питания;
  3. Через пару секунд, напряжение аккумулятора можно посмотреть на экране, если этого не произошло, попробуйте повторить первые два шага снова.

Справка! Если на дисплее возле цифровых символов появился знак « — » то это значит, что при подключении зажимных деталей или щупов произошла «переполюсовка». Это не опасно, но для нормального функционирования измерителя, лучше не допускать таких ошибок.
Не торопитесь при измерении напряжения, это и так недолгая процедура.

Как измерить ёмкость

Измерить аккумуляторную батарейку мультиметром намного проще, чем другие. Однако далеко не каждый может это сделать с первого раза, возможно из-за страха неудачи. Для придания смелости и созданы различные схемы и рекомендации, которые свободны распространяются во всемирной паутине. Как проверить емкость аккумулятора 18650 мультиметром:

  • аккумулятор требуется полностью наполнить энергией, затем подключить к нему нагрузку;
  • После необходимо засечь время;
  • В этот же момент к полюсам требуется подсоединить зажимные детали мультиметра, переключая его в измерительный диапазон до 20 Ватт. Эта манипуляция нужна для того, чтобы проследить за уровнем спада разности потенциалов.
  • Фактического типа значение емкости находят, выполняя стандартный расчет: умножая ток, потребляемый нагрузкой, на время ее функционирования от полностью заряженной АКБ. Полученные данные выражаются в Ампер-часах (А*час, Ah).
Читайте также:  Как называется аппарат для измерения скорости пули

Сейчас появилось много универсальных ЗУ 18650 с опцией определения емкости, они помогают с небольшой погрешностью (в зависимости от изготовителя) определить точную емкость таких АКБ.
Модельные зарядники – одни из первых удобнейших микропроцессорных ЗУ, позволяющие протестировать практически все виды аккумуляторных батарей на емкость, единственное что также нужно соблюдать требование о минимизации соединений в цепочке подключения компонентов для снижения потерь и повышения точности.

В дополнение к модельным устройствам необходимо на силовые кабели выводить балансировочные для того чтобы характеристики снимались через них и применялся 4-х точечный способ тестирования. И также бренд играет немаловажную роль во всем этом. Ай Чарджер один из самых популярных производителей в силу того, что точность его девайсов и их стабильность довольно высока.

Важно! Выполняйте все манипуляции с литий-ионными АКБ в защитных очках.
Не замыкайте «+» и «-» ячеек напрямую (без нагрузок).
Не перезаряжайте и переразряжайте литиевые компоненты выше или ниже значений указанных в их официальной документации. Вся информация, указанная в этой статье несет информационный характер и не является инструкцией к работе.


Как проверить внутреннее сопротивление

Для вычисления внутреннего сопротивления аккумулятора 18650 выполняют нижеуказанные манипуляции:

  • К АКБ подключают нагрузку: лампу, мотор или другое специальное устройство;
  • Дают нагрузке пару секунд для полноценной работы;
  • Измеряют напряжение электропитания (U1);
  • Выключают полностью нагрузку и ждут пару секунд;
  • Снова измеряют электронапряжение на полюсах АКБ (U2);
  • Находят разницу между 2 значениями U1 и U2, потом делят ее на номинальную указанную создателем питания, разность потенциалов, после переводят результат в процентные данные. Если выведенный показатель меньше 0,4%, значит, внутреннего типа сопротивление нормальное.

Компоненты с показателем 0,5% и более, являются непригодными для последующей эксплуатации и подлежат замене. Даже если вы продолжите их использовать, они все равно долго не продержатся.

Как проверить ток утечки

С утечкой редко кто сталкивается из пользователей, но все же такие случаи бывают.
Ток утечки – опаснейший, нежелательный феномен для любого перезаряжаемого питания.
Для проверки АКБ 18650 потребуется реостат и мультиметр. Зарядите аккумулятор, подключите реостат и выставите соответствующее сопротивление для получения необходимого тока. С помощью мультиметра снимите показатели во времени, разрядите АКБ и также снимите показания. Все данные занесите в таблицу, которую позднее нужно будет проанализировать на наличие просадки.

Обратите внимание! Для проверки также можно взять резистор, с этим приспособлением можно выполнить работу в два раза быстрее. но потребуется быть немного осторожнее.
Если в аккумуляторной батарее не будет обнаружена проблема, на дисплее измерителя будет три нуля.

Вот вы и узнали, как проверить аккумуляторную батарейку мультиметром.

Как измерить заряд АКБ мультиметром и ничего не повредить внутри?
Для того чтобы проверка прошла действительно успешно, а точнее без повреждения внутренностей, необходимо поставить правильный измерительный диапазон. Так, к примеру, при проверке разности потенциалов у 12-вольтовой батарейки, девайс переводят в диапазон до 20 В.

Есть ли отличия в проверке аккумуляторов для различных устройств

Для того чтобы узнать емкость аккумулятора 1865О, не обязательно бежать за мультиметром или дорогостоящим тестером, вычислить значение можно с помощью специальных инструментов и программного обеспечения. Каждый выбирает для себя подходящий вариант.
Однако, видеоуроков больше на тему тестирования аккумуляторов с мультиметром.
Если вы будете проверять АКБ для ноутбука или машины, действия вам придется выполнять практически одни и те же. Однако приспособления для измерения нужно использовать разные.

Емкость АКБ 18650 можно померить с помощью нагрузки или тестера. Чтобы вычислить емкость аккумулятора, придется действовать как с автомобильной батарейкой.
Если вы знаете, как измерить емкость аккумулятора 18650 и расшифровать маркировку с цветом, то вы сможете контролировать эту важнейшую характеристику и вовремя ставить новый аккумулятор при снижении емкости до минимального установленного значения. Не зная, как правильно измерить емкость, можно долго АКБ использовать с низким значением, что негативно скажется на самой технике, которая зависима от аккумуляторной батареи.

Отличия в проверке работоспособности аккумуляторов для разных устройств есть, но не существенные.
Самое важное, научиться мерить емкость АКБ правильно, тогда не будет возникать особых проблем в будущем. Ведь так или иначе, лучше выполнить профилактические работы, чем покупать новый элемент для замены.

Источник