Емкость акб как измерить: Проверка емкости аккумулятора мультиметром: как измерить аккумуляторную батарею — magazinakb.ru

Содержание

Основные способы проверки 18650 аккумулятора| Как проверить ёмкость аккумулятора

Бывают случаи, когда производитель указал мощность аккумулятора по номиналу в одном размере, а по факту оказывается, что величина завышена. Если вы хотите определить, емкость аккумулятора 18650 по маркировке совпадает или не совпадает с реальной, воспользуйтесь одним из способов в этой статье.

Также проверка ёмкости может пригодиться, если литиевый аккумулятор был произведен уже давно и мог значительно потерять свои характеристики со временем. Знание точного количества мАч помогут ясно понимать, на какие возможности батареи вы можете рассчитывать.

Среди вариантов, как проверить емкость аккумулятора 18650, есть способы с применением специальных приборов измерения и более доступные каждому, с самодельными простейшими приспособлениями. В некоторых из этих методик можно обойтись всего лишь часами, калькулятором и устройством, потребляющим энергию.

Инструкция, как проверить емкость АКБ

Выберите один из методов измерения, предложенный в нашей статье. Они дают разную точность, но каждый найдет подходящий способ исходя из того, какие приспособления нужно использовать и какие устройства есть у вас в распоряжении.

Зарядка известным током

Первая методика даёт довольно приблизительные результаты, но она доступна и проста в исполнении. Чтобы примерно определить фактическую емкость, можно просто зарядить Li-ion батарею током известной величины и засечь время. Как правило, ток заряда указан среди других характеристик устройства для зарядки.

К примеру, если взять ток 100 мА и зарядить им аккумулятор с нуля до 100%, при этом затратив 34 часа, то ёмкость вы получите путём простого перемножения этих показателей. В нашем примере она будет равняться 3400 mAh.

Обратите внимание: этот способ не даёт скрупулезной точности измерений, так как процесс зависит от алгоритма работы зарядки. Если для вас удобнее эта проверка емкости аккумулятора 18650 своими руками, схема заряда аккумулятора покажет, что ближе к полному заряду величина тока постепенно уменьшается.

Интеллектуальное зарядное устройство

Второй способ — более точный в полученных значениях, но он требует материальных трат. Он состоит в том, чтобы измерить емкость 18650 мультиметром или использовать интеллектуальное устройство для зарядки. Они не только показывают настоящую емкость и напряжение, но и пригодятся в дальнейшем обслуживании АКБ.

Измерение емкости АКБ часами, амперметром и фонариком

Третий способ сработает тем точнее, чем ниже у устройства ток заряда. Фонарик можно заменить другим устройством, для которого вы хотели использовать свою батарейку 18650. Она должна быть полностью заряжена.

Прибор для проверки емкости аккумулятора 18650 может не понадобиться. Без амперметра можно обойтись, если у вас на руках есть спецификация от фонарика с данными по потребляемому току в зависимости от его режимов яркости.

Замерьте амперметром, сколько тока потребляет фонарь в режиме минимальной яркости. Допустим, он использовал ток 100 мА и проработал 20 часов до полного разряда аккумулятора. Получаем ёмкость, перемножив Амперы на часы: 100х20=2000 (мА*ч).

Как проверить емкость аккумулятора ноутбука

Литий-ионные аккумуляторные батареи 18650 могут использоваться в разных устройствах, одно из частых применений — портативная техника, смартфоны, ноутбуки. Если батарея ноута такого типа начала слишком быстро разряжаться — возможно, часть её элементов потеряла свою емкость. Этот способ проверки поможет выявить, какие именно блоки батареи снизили эффективность, чтобы заменить или отремонтировать их.

1. Отсоедините исследуемый элемент питания от схемы и полностью зарядите его. Можно использовать, например, powerbank.

2. Когда заряд достиг 100%, отключите аккумулятор от зарядки и измерьте его емкость при помощи USB-тестера и нагрузочного резистора.

Пределы возможностей АКБ 18650

Точные величины емкостей на своих аккумуляторах указывают только большие компании-производители: LG, Panasonic, Samsung и Sanyo. Реальные данные могут отличаться от маркировки на 50 mAh. Если разница на новом аккумуляторе превышает эту погрешность, скорее всего, вам попался производственный брак или подделка.

При существующих современных технологиях производства батареи типоразмера 18650 имеют предел 3600 mAh. Сделать АКБ с ёмкостью выше, увы, невозможно — более вместительные аккумуляторы имеют другую химию внутри. Однако вам будет интересно, как увеличить ёмкость Li-ion аккумулятора в 1,5 раза.

Не стоит соблазняться заниженной ценой и выбирать аккумуляторные батареи от брендов-ноунеймов в непроверенных магазинах. Это может обернуться не только потерей денег, но и принести риск пожароопасности. Некачественные элементы питания с плохой сборкой и комплектующими способны взорваться или загореться.

Где купить АКБ с надежными гарантиями

Чтобы не заморачиваться, не проводить тесты и быть точно уверенным, что все рабочие характеристики, указанные в маркировке, соответствуют действительности, покупайте аккумуляторы 18650 у проверенных поставщиков. Компания Virtustec является не только магазином, но и мастерской по сборке, обслуживанию и ремонту аккумуляторов для любой электрической техники. Покупая АКБ у нас, вы получаете гарантии качества и не нуждаетесь в проверке рабочих показателей устройства. Кроме того, мы обеспечим вас русскоязычными инструкциями и проконсультируем по вопросам эксплуатации и ухода.

Как измерить реальную ёмкость и пусковые характеристики АКБ

&bigtriangleup;
&bigtriangledown;
20.05.2021

У многих автолюбителей возникали проблемы с запуском авто, в такие моменты нужно исключить самые распространённые причины данной проблемы, одна из которых – потеря емкости АКБ, чаще всего это происходит из-за сульфатации пластин АКБ. В связи с этим возникает вопрос – как правильно продиагностировать состояние АКБ? Основные параметры АКБ, влияющие на корректную работу данного агрегата это – ее емкость и максимальное значение пускового тока.
Способы диагностики АКБ
Измерение напряжения (с помощью мультиметра) на выводах АКБ – напряжение на полностью заряженной АКБ составляет 12.7В, если напряжение меньше 12.3В, то АКБ необходимо зарядить, при напряжении менее 11.7В – АКБ близка к глубокому разряду. (Данный способ никак не свидетельствует о емкости АКБ и о пусковых характеристиках)

Разряд стабильным током с помощью профессиональных разрядно-диагностических устройств. Этот способ самый точный для измерения емкости, но к сожалению стоимость таких устройств в несколько раз выше стоимости АКБ.

Диагностика с помощью тестера АКБ – данный способ так же достаточно точно и быстро определяет реальную емкость и измеряет пусковой ток. (Видео обзор на тестер АКБ ВА1000)

20-ти часовой разрядный тест АКБ, достаточно точный способ измерить емкость АКБ и что самое главное доступный практически каждому. (этот способ мы детально разберем в следующем разделе)

Измерение плотности электролита. Нормальное среднее значение 1,27-1,28 г/куб.см (для умеренного климата при полном заряде АКБ). Для жаркого и холодного климата это значение может варьироваться плюс-минус 0,03 г/куб.см (для холодного выше, для жаркого ниже). Измерить можно с помощью ареометра (например, с помощью — Ареометра АР-02). Если после полного заряда плотность электролита ниже нормы, это свидетельствует о потере емкости.

Тест с помощью нагрузочной вилки – данный тест показывает, как ведет себя АКБ при высоких нагрузках. Это самый доступный по цене способ для измерения пусковых характеристик АКБ, так как прибор имитирует работу стартера. (этот способ мы так же разберем далее)

ВНИМАНИЕ: Каждый из описанных выше тестов необходимо проводить при полностью заряженной АКБ, после заряда должно пройти не менее 24 часов. (Это нужно для распределения заряда в АКБ, иначе тесты не будут отображать корректную информацию.)
Как провести 20-ти часовой разрядный тест.
Для теста нам понадобится:
Цифровой мультиметр

Лампочка ~40 ватт на 12 вольт (с выводами для подключения). Ток потребления лампочки должен составлять 0.05С (где С емкость АКБ в Ач)

Провода для подключения лампочки к АКБ, сечением от 0.75 мм кв.

( прим. Как рассчитать силу тока которую потребляет лампочка.) I = P/U, где I – величина силы тока (А), Р– единица мощности (Вт), U – единица напряжения (В).

Этапы проведения 20-ти часового разрядного теста:

Подключаем лампочку к АКБ

Переключаем мультиметр в режим вольтметра и подключаем параллельно лампочке.

Отслеживаем напряжение каждый час пока напряжение не упадет до 11.5В (записываем общее количество часов (t))

По мере разряда каждый час снимаем ток потребления лампочки, для этого подключаем мультиметр последовательно в режиме амперметра, в конце теста складываем все значения и получаем общее потребление тока лампочкой (I общ)

Считаем результат:
I общ / t = I ср (среднее значение потребления лампочки в час)

I ср * t = C (где С емкость АКБ в Ач)

Тест АКБ нагрузочной вилкой

Тест нагрузочной вилкой не покажет вам точное значение максимального пускового тока, но с помощью нагрузочной вилки вы можете понять, как ведет себя АКБ при высоких нагрузках (имитируя работу стартера), удачное прохождение теста косвенно указывает на то, что с пусковые характеристики АКБ в норме.

Этапы проведения теста нагрузочной вилкой на примере НВ-02

Подсоедините черный зажим -“крокодил” к минусовой клемме аккумулятора.

Измерьте без нагрузки. Для этого открутите обе гайки около щупа и прислоните щуп к плюсовой клемме аккумулятора. Снимите показания вольтметра. (напряжение на полностью заряженной АКБ составляет 12.7В)

Подключите спирали: — закрутите одну гайку около щупа, ток нагрузки 100 А, используется для проверки емкости на аккумуляторах 15 — 100 А*ч; — закрутите обе гайки, ток нагрузки 200 А, используется для проверки емкости на аккумуляторах 100 — 240 А*ч.

Измерьте напряжение АКБ под нагрузкой. Прислоните щуп к плюсовой клемме АКБ в течение 5 секунд. Снимите показание вольтметра.

Если напряжение не просело ниже 10В, тест можно считать успешным, т.е. характеристики АКБ в норме.

Возврат к списку
Как измерить ёмкость аккумулятора | SKAT-UPS.RU
Определение ёмкости аккумулятора. Физический смысл
Ёмкость аккумуляторной батареи определяет количество времени, в течение которого АКБ сможет давать энергию на полезную нагрузку. Емкость аккумуляторной батареи измеряется в ампер-часах. Сама физическая единица показывает, что ёмкость аккумуляторной батареи — это произведением тока разряда аккумулятора (в амперах) на время разряда АКБ (в часах).
Ёмкость аккумуляторной батареи — это физическая величина, которая вместе с напряжением батареи определяет количество энергии, которую способна дать полностью заряженная аккумуляторная батарея. Не следует путать понятия ёмкости аккумуляторной батареи и заряда (заряженность) аккумулятора. Ёмкость определяет потенциал аккумуляторной батареи, то есть количество времени, в течение которого АКБ сможет обеспечить питание нагрузки, если аккумуляторная батарея полностью заряжена.
Реальная ёмкость аккумулятора определяется несколькими факторами: величиной приложенной нагрузки, температурой батареи. Чем больше приложена нагрузка, тем быстрее происходит разряд батареи. Чем ниже температура, тем меньше ёмкости имеет батарея. Ёмкость аккумулятора — величина, зависящая от способа и условий измерения, поэтому её необходимо рассматривать в соответствии с технической документацией к батареи. Обычно производитель определяет длительным способ разряда батареи (в течение 20 часов) при комнатной температуре (20 градусов).
Определение ёмкости аккумулятора методом длительного разряда
Стандартным лабораторным методом определения ёмкости аккумулятора является метод длительного контрольного разряда. В начале аккумуляторную батарею полностью заряжают, а потом разряжают постоянным малым током. Одновременно ведут учёт времени разряда батареи. Ёмкость аккумулятора вычисляют как произведение силы тока на время. Сложность метода состоит в необходимости поддерживать постоянное значение силы тока разряда, для этого используют специальное оборудование.
Бытовым способом измерения ёмкости аккумулятора является метод разряда АКБ с помощью постоянной нагрузки. При этом используют в качестве нагрузки одну или несколько автомобильных ламп, выбирая нагрузку из расчета 1/20 величины номинальной ёмкости. Время засекается по обычным часам. Такой метод имеет неточность, так как напряжение АКБ в течение тестирования снижается, и, следовательно, меняется ток нагрузки. Следует так же опасаться полного (глубокого) разряда АКБ, это может привести к поломке батареи.
Еще один способ измерения ёмкости аккумулятора также основан на использовании метода длительного разряда. В этом случае используется специальная электронная схема и электронные часы, подключенные в схему. Такую схему можно найти на страницах журналов радиолюбителей.
Собрать её сможет опытный радиолюбитель или профессиональный электронщик, для каждого аккумулятора придется подобрать расчетным путём необходимые значения сопротивления нагрузки. Измерение проводится так же в течение 20 часов.
Определение ёмкости аккумулятора с помощью специального электронного тестера
Для быстрого определения ёмкости аккумулятора можно использовать специальные тестеры ёмкости аккумуляторов. Работа таких устройств основана на проведении серии специальных измерений. Для определения ёмкости тестер отправляет несколько зондирующих импульсов в подключенную аккумуляторную батарею. Получив обратный сигнал, тестер проводит их распознание и с помощью микропроцессора делает необходимые вычисления ёмкости аккумулятора. Полученный результат выводится на электронный дисплей устройства.
Одним из таких приборов является тестер ёмкости аккумуляторных батарей SKAT-T-AUTO.
Тестер ёмкости аккумулятора SKAT-T-AUTO является полностью автоматический прибором, не требует специальных знаний для проведения измерений. Тестер предназначен для быстрой оценки технического состояния герметичных и негерметичных свинцово-кислотных АКБ с номинальным напряжением 12 В и номинальной ёмкостью от 1,0 до 120 Ач.
Тестер емкости аккумулятора позволяет определить ёмкость аккумулятора с необходимой для эксплуатации АКБ точностью всего за 15 секунд. Работа с прибором очень проста. Нужно отсоединить батарею от прибора, в котором она установлена, подсоединить к тестеру с помощью специальных зажимов и нажать всего одну кнопку.
После определения остаточной ёмкости батареи, её сравнивают с номинальной ёмкостью новой батареи, указанной в паспорте изделия. Если остаточная ёмкость батареи менее 50 %, то её необходимо вывести из эксплуатации и провести восстановление или замену батареи.
Сделав выбор в пользу SKAT-UTTV — профессионального прибора для восстановления и тренировки аккумуляторов, непременно зайдите в интернет-магазин известного российского производителя электроприборов для систем отопления БАСТИОН – skat-ups.ru.
Подписывайтесь на наш канал, ставьте лайки!
Узнавайте больше про эффективные и недорогие приборы, делающие нашу жизнь комфортной!
Можно ли измерить емкость аккумулятора
Информационный сайт о накопителях энергии
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.
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.
Самым важным параметром каждой АКБ является его емкость аккумулятора. Она определяет количество энергии, отдаваемой им за каждый отрезок времени. Это касается всех батарей от автомобильных до телефонных. Знать о них и понимать устройство важно, поскольку при использовании батареи не той емкости могут возникнуть серьезные проблемы при запуске этих устройств.
Единицы измерения этой величины – Амперы или Миллиамперы / час. По данному параметру осуществляют выбор АКБ для техники, руководствуясь рекомендованными значениями. При нарушении рекомендаций, к примеру, автомобиль может не запуститься зимой.
Что такое емкость батареи или аккумулятора
Все аккумуляторы обычно украшают надписи вроде 55, 70 Ah либо 1800mAh. Такое обозначение говорит о том, что емкость данного аккумулятора – соответственно 55 Ампер или долей Ампер в час, только в переводе на английский – A/hour. Его нужно отличать от другого параметра – напряжения, которое пишется в Вольтах.
Показатель Ah показывает, сколько батарея проработает в течение часа на нагрузку 60 Ампер и напряжение 12,7В. Другими словами, емкость – это запас энергии, который в себе способен удерживать аккумулятор.
И если будет меньше, чем 60А нагрузки, то батарея продержится дольше 60 минут.
Как быстро проверить емкость любого аккумулятора
Чаще всего вместимость аккумулятора измеряется с помощью тестера. Это прибор для быстрых измерений. Он работает автоматически, для его применения не нужны никакие дополнительные познания. Временные затраты составляют не более 15 секунд. Все, что требуется – подключить тестер к источнику питания и надавить на единственную кнопку, после чего он начинает определять емкости подключенных аккумуляторов.
Его используют при выборе батареи, сравнивая остаточную и номинальную вместимость, которая официально указана на устройстве. Если разница составить больше 50%, то АКБ нельзя эксплуатировать.
Какой использовать прибор для точного измерения емкости любого аккумулятора
Показатель емкости определяет плотность электролитов, она определяется с помощью особого прибора – ареометра. На новых батареях всегда указаны основные параметры. Однако эта величина определяется и самостоятельно.
Наиболее простым способом являются обычные тестеры наподобие «Кулона». С помощью этого прибора измеряют вместимость и напряжение АКБ в автомобиле. Это требует минимальных затрат сил и времени при достижении достоверных результатов.
Чтобы воспользоваться «Кулоном», нужно подсоединить его к клеммам аккумулятора, после чего он начнет определять силу напряжения и величину вместимости.
Используется множество других способов вычисления данных параметров. Классическим является измерение с помощью мультиметра аккумулятора авто. Для того чтобы это осуществить, в нем должен быть полный заряд и соединение с потребителем (достаточно обычной лампочки в 60Вт). Однако даже это не гарантирует абсолютной точности показаний.
Первым шагом после сбора цепи из самой батареи, мультиметра, лампочки станет подача напряжения. В случае если на протяжении 2 минут лампочка не гаснет (если это не так, батарею не восстановить), брать показания «Кулона». Как только показания будут падать ниже стандартов напряжения аккумулятора, он начинает разряжаться. Замерив время, потребовавшееся для окончательного израсходования энергии и ток нагрузки потребителя, нужно эти показания друг на друга умножить друг на друга. Получившееся число и есть вместимость батареи.
В случае отличия результата от официального значения аккумулятор нужно заменять. Мультиметр позволяет посчитать емкость любой батареи. Неудобство такого способа в больших временных затратах.
Во втором способе измерения обеспечивают разрядку АКБ с помощью резистора по специальной схеме. С помощью секундомера определяется время разряда. Однако важно не разрядить АКБ полностью, предохраняясь от этого посредством реле.
Как сделать прибор собственными руками
Если под рукой необходимой техники нет, реализовать устройство можно самому. Подойдут нагрузочные вилки. Их всегда много в продаже, но их собирают и самостоятельно. Ниже рассмотрен такой вариант.
У данной вилки расширена шкала, что позволяет достичь высочайшей точности показания. В строено сопротивление нагрузке. Диапазоны шкалы делятся напополам, благодаря чему понижается погрешность показаний. Прибор оснащен 3-х вольтовой шкалой. Это дает возможности проверить отдельные банки батареи. Шкалы в 15В достигают посредством понижения на диодах и стабилитронах напряжения.
Показание тока прибора вырастет, как только значения напряжения станут больше уровня открытия стабилитрона. Во время подачи напряжения не той полярности диоды оказывают защиту. На картинке: SB1 – тумблер, R1 является передатчиком требуемого тока, R2 и R3 – резисторами, предназначенными для M3240, R4 – определителями ширины узких диапазонов шкал, R5 – нагрузочным сопротивлением.
Как в домашних условиях узнать емкость телефонного аккумулятора
При использовании сотового телефона его аккумулятор подвергается постоянной деградации. Этого процесса не избежать, он естественен. Это происходит вне зависимости от модели, цен, функций телефона. Чтобы точно понимать, сколько еще прослужит аккумулятор в устройстве, нужно измерять текущую его емкость. Это позволит вовремя заменить батарею до того, как она начнет отключаться в самое неподходящее время.
В первую очередь нужно осмотреть батарею. Опасные проблемы в литиевой батарее видны сразу: корпус может вздуваться, быть полным следов коррозий, пятен зеленоватых и белых оттенков.
При обнаружении признаков вздутия дальше использовать такую батарею опасно. Это может спровоцировать замыкание электросхем в телефоне. Возможно начало вздутия с маленькой выпуклости вплоть до серьезных деформаций. К настораживающим фактором относится и быстрое падение заряда в телефоне.
На сегодняшний день существует множество приложений для измерения текущей вместимости телефона.
Чтобы точно определить вместимость батареи, используют метод продвинутого зарядного устройства. Аккумулятор полностью разряжают, затем подключают к данному устройству. Оно, в свою очередь, высчитывает вместимость аккумулятора с учетом времени и значения тока.
Различия нагрузки
Параметры каждого автомобиля разные. Различаются их объемы двигателей, вместимости аккумулятора. В легковом авто обычно АКБ вместимостью 40-45А, а в большой машине около 60-75А.
Причины этого кроются в пусковом токе – чем меньше батарея, тем меньше в ней электролитов, свинца и т.п. Чем он больше, тем больше количество энергии, которую может отдавать в один момент. Исходя из этого, на малолитражке способны успешно работать крупные АКБ, а маленькие недопустимо вставлять в крупный автомобиль.
Зависимость от корпуса
Аккумуляторы разных размеров
Вместимость прямым образом связана с числом электролитов и свинца АКБ. Из-за этого батареи маленькой вместимости будет гораздо меньше в объеме и весе, чем более вместительные батареи. По этим причинам на малолитражку никогда не ставят большие аккумуляторы, так как это не имеет смысла – в этих машинах мало пространства под капотом. А маленькая батарея прекрасно справляется с функцией запуска мотора.
Уменьшение емкости
Любая батарея подвержена воздействию амортизации, ее вместимость становится меньше со временем. Обычные аккумуляторы служат около 3-5 лет. Наиболее качественные экземпляры сохраняются в хорошем состоянии до 7 лет.
Когда вместимость падает, батарея теряет способность давать достаточно пускового тока. Тогда ее приходит пора заменять. К основным причинам падения вместимости относятся:
Скопление серной кислоты на плюсовой пластине. Она может полностью перекрыть все поверхности, ухудшается контакт с электролитами, вместимости падает.
Пластина осыпается из-за перезарядов, тогда происходит недостаток электролитов. Это ведет к мгновенному понижению емкости батарей.
При замыкании банки и соединении минусовой и плюсовой пластин друг с другом происходит снижение емкости батареи. Тем не менее, ее восстанавливают.
От чего зависит текущая емкость АКБ?
В течение всего срока службы аккумуляторной батареи ее емкость меняется. На начало своей работы они обладают наибольшей емкостью, поскольку пластины активно разрабатываются. Затем наступает период стабильной работы, и вместимость держится на одном и том же уровне. Дальше начинается спад вместимости по причине изнашивания пластин.
Процесс проверки аккумулятора
Вместимость аккумулятора меняется в зависимости от наличия активных материалов и конструкции электродов, электролитов, их температур и концентрации, величин разрядного тока, амортизации батареи, концентрации дополнительных налетов в электролитах и от многих других факторов.
С повышением разрядного тока вместимость АКБ понижается. При быстрой, спровоцированной специально разрядке АКБ теряют меньше вместимости, чем при более плавных режимах с малыми величинами тока. Исходя из этого на корпусе фиксируются показатели для 4, 15, 100 часов разряда. Вместимости одних и тех же АКБ при этом меняются крайне сильно. Меньше всего вместительность при 4 часах разрядки, а больше всего прочего – при больших отрезках времени.
Также показатели емкости меняются при повышении температуры электролитов, однако при повышении предельно допустимых норм происходит снижение сроков службы. Причины этого кроются в том, что при повышенной температуре электролиты проникают в активную массу, ведь их вязкость уменьшается, а сопротивление наоборот растет. Из-за этого в реакциях разрядки активной массы больше, чем во время заряда с пониженной температурой.
При особенно маленькой температуре вместимость АКБ снижается так же, как и ее полезное действие.
С увеличением концентрации электролитов повышается и емкость аккумулятора. Однако АКБ быстрее портится, так как разрыхляется активная масса аккумулятора.
Таким образом, проверка емкости аккумулятора необходима на всех этапах его жизни.
Сегодня батареи различных типов применяются в самой разнообразной технике. Это обеспечивает автономность и комфорт при работе с оборудованием. От правильной работы аккумулятора зависит функционирование техники, поэтому пользователи стремятся контролировать основные показатели батарей.
У владельцев транспортных средств, устройств, механизмов, инструментов, которые работают от электричества, может возникнуть вопрос, как измерить емкость аккумулятора мультиметром . Этот несложный процесс выполняется по определенной инструкции. Как произвести замер самостоятельно, каждому пользователю будет интересно изучить подробно.
Что собой представляет мультиметр
Измерение емкости аккумулятора выполняется при помощи специального прибора. Он сочетает в себе функции амперметра, вольтметра и омметра. Поэтому мультиметр считается универсальным прибором.
При помощи представленного оборудования можно проверить провод на обрыв, напряжение в розетке, работоспособность бытовых электрических приборов, а также оценить уровень зарядки аккумуляторов различного типа (автомобильных, для ноутбука, телефона, бытовых приборов и т. д.).
Прибор позволяет замерять постоянный и переменный ток, его непрерывность в сети. Также он предоставляет информацию о сопротивлении элемента цепи. Это полезный прибор, который пригодится в быту каждому домашнему мастеру.
Типы мультиметров
Задаваясь вопросом, можно ли мультиметром измерить емкость аккумулятора автомобиля, смартфона, ноутбука или любой другой бытовой техники, необходимо рассмотреть типы представленных приборов.
Существуют аналоговые и цифровые мультиметры. В первом случае результат измерений показывает стрелка на особой шкале. Это один из самых дешевых типов устройств. Однако тем, кто никогда не пользовался подобными приборами, лучше отдать предпочтение цифровым разновидностям. Также аналоговые мультиметры имеют небольшую погрешность в измерениях.
Цифровые мультиметры выводят результат замера на дисплей. Это их отличает от предыдущей группы устройств. Информация на экране характеризуется высокой точностью и понятна для любого пользователя.
Устройство прибора
Вникая в вопрос, как определить емкость аккумулятора мультиметром , требуется также понять, как работает устройство. Конструкция прибора имеет циферблат. На него выводится информация теста. Если применяется аналоговая разновидность устройства, перед применением необходимо изучить значение делений.
Также прибор имеет кнопку или переключатель функций. Этот элемент конструкции позволяет переключать режимы и масштаб счетчика. При хранении прибора ручку устанавливают в выключенное положение. Для начала работы с мультиметром рычаг включают в нужный режим.
В корпусе обязательно имеются отверстия для щупов. Зонд с красным проводом имеет положительную полярность, а с черным – отрицательную. Это основные моменты, которые должен знать начинающий пользователь.
Существующие типы батарей
При использовании бытовых приборов пользователя может интересовать, как измерить емкость аккумулятора 18650 мультиметром. Этот размер батарей в народе принято называть пальчиковыми.
Также пользователь может интересоваться, как проверить функциональные качества таких разновидностей, как батарея для ноутбука, смартфона или любого другого гаджета. Если после полной зарядки прибора мультиметр показывает емкость, отличную от заявленной производителем, аккумулятор в скором времени придется поменять.
В различных электроинструментах может применяться батарея, которая требует правильного подхода к зарядке. Если это требование производителя не выполняется, емкость аккумулятора постепенно снижается. Определить подобные неполадки можно при помощи мультиметра.
Одним из основных направлений применения измерительного прибора является оценка емкости автомобильного аккумулятора (АКБ). В этом случае применяется особая технология замеров.
Измерение заряда аккумулятора
Рассматривая, как измерить емкость аккумулятора телефона мультиметром , а также других видов бытовых батарей, следует изучить технологию этого процесса. В первую очередь необходимо включить измерительный прибор. Его рычаг переключения режимов устанавливается в положение «Постоянный ток».
Максимальный диапазон при измерении подобных типов батарей должен составлять от 10 до 20 МА. Далее щупы подносят к контактам батареи. При этом «минус» надо подсоединить к «плюсу» и наоборот. Если действие выполнено правильно, на экране появится показание теста. Например, для пальчиковой батареи значение может колебаться от 0 до 1,5 В.
После замеров электрическую цепь быстро разъединяют. Для всех батарей, которые тестируют представленным способом, следует сопоставлять полученный результат с показателями на коробке. Если имеются отклонения, нужно сделать выводы о дальнейшем применении аккумулятора.
Автомобильный аккумулятор
Владельцы автомобилей также могут интересоваться, как измерить емкость аккумулятора мультиметром. Инструкция проведения этого процесса содержит ряд особенностей. АКБ могут иметь датчик, позволяющий определить их емкость и изменение заряда. Однако далеко не в каждом автомобильном аккумуляторе есть такая функция. В этом случае поможет оценить показатели мультиметр.
При проведении теста производится замер напряжения на клеммах. Полностью заряженная АКБ будет иметь результат 12,6 В. Если же показания снизятся до 12,2 В, это говорит о частичной разрядке батареи. При этом владелец авто должен подзарядить аккумулятор.
Если без нагрузки на АКБ мультиметр показывает цифру меньше 12 В, это означает, что прибор полностью разряжен. Критичными считаются показания прибора менее 11 В. В этом случае батарея больше не может эксплуатироваться. Также аккумулятор нельзя будет заряжать, поэтому придется приобретать новое оборудование.
Как проверить АКБ?
Изучая, как померить емкость аккумулятора мультиметром , необходимо рассмотреть процедуру для батареи транспортного средства. Полноценная проверка автономного источника питания позволит избежать неполадок в электросети автомобиля, продлить срок эксплуатации АКБ.
Сначала аккумулятор необходимо отсоединить от системы машины. Допускается отключать только контакт «минус». Далее нужно включить мультиметр. Режим теста устанавливается в диапазон от 0 до 20 В.
Щупы мультиметра подсоединяют к контактам аккумулятора. К положительной клемме подводится красный провод, а к отрицательному выходу – черный. При правильном выполнении этой процедуры на экране прибора появится результат измерений.
Замер емкости мультиметром
Изучая, как измерить емкость аккумулятора мультиметром , следует рассмотреть основные особенности этого процесса. Существует несколько способов его выполнения. Реже применяется подход замера емкости при помощи контрольного разряда. Замер емкости происходит при нагрузке, которая способна забрать половину тока аккумулятора.
При проведении этого процесса владелец транспортного средства должен учитывать плотность электролита. Если АКБ заряжена полностью, этот показатель составит 1,24 г/см³. Если аккумулятор разряжен на одну четвертую часть, показатель составит 1,2 г/см³. Соответственно, наполовину разряженный источник питания покажет 1,16 г/см³.
Проверка производится, если автомобиль плохо заводится. Емкость и заряд аккумулятора должны быть в установленных производителем рамках, иначе работа оборудования будет неполноценной.
Замер емкости
Зная, как измерить емкость аккумулятора мультиметром , можно произвести процедуру самостоятельно. Для этого требуется подготовить мультиметр. При измерении на аккумулятор должна действовать нагрузка, забирающая половину тока аккумулятора. Например, если емкость АКБ составляет 7 А-ч, то нагрузка должна быть 3,5 В. Потребуется лампочка автомобильной фары (35-40 В).
Подключается нагрузка. Далее нужно несколько минут подождать. Нагрузка в виде лампочки позволит сразу же определить низкий заряд аккумулятора. Если свет тусклый, батарея больше эксплуатироваться не может.
Если лампочка светит ярко, можно производить замер. Напряжение на клеммах 12,4 В говорит об исправности аккумулятора, его полной емкости. Если существуют определенные проблемы с запуском, проблема заключается не в АКБ. Если же емкость составляет меньше 12,4 В, следует задуматься о приобретении в скором времени новой батареи.
Если параметры оборудования при замерах не соответствуют тем, которые указал производитель в инструкции, автомобиль, телефон, электроинструменты не смогут работать правильно. Это вызовет их скорую поломку и приведет к необходимости приобретать новое дорогостоящее оборудование.
Рассмотрев, как измерить емкость аккумулятора мультиметром, можно оценить функциональность батареи любой разновидности. Это позволит избежать неправильной работы любой электрической техники, запитанной от автономного источника электричества.
батарей — Как на практике измерить срок службы / емкость щелочных батарей Светодиодная схема?
Напряжение щелочной батареи AA начинается с 1,5 и падает до отсечки 0,8 В. Это делает щелочь плохим выбором для питания светодиода. Вам нужна более пологая кривая разряда. Литий-ионный — гораздо лучший выбор. Вы можете легко запитать эти светодиоды от одной батареи 18650.
Срок службы определяется скоростью разряда. При 25 мА ожидайте 3000 мАч. При 100 мА ожидайте 2500 мАч. См. Технические характеристики ENERGIZER E91. Среднее значение составляет 2750 мАч.
Три последовательно соединенных щелочных элемента AA будут иметь кривую разряда от 4,5 до 2,6 В. Лучшее значение будет 11 Ом, что даст вам 75 мА при средней точке 3,6 В между новым 4,5 В и разряженным до 2,77 В.
Каждый из этих светодиодов должен / должен иметь токоограничивающий резистор. Вы измерили 76 мА, что верно только для любого напряжения батареи в тот момент. Напряжение постоянно уменьшается, как и ток.
Сначала необходимо указать ток, необходимый для желаемой яркости.Воспользуйтесь онлайн-калькулятором, чтобы узнать номинал оптимального резистора. Мне нравится калькулятор резисторов серии Hobby Hour LED
При 75 мА каждый светодиод потребляет 12,5 мА.
Литий-ионный аккумулятор 18650 3,6 В разряжается до 3,2 В, что намного более пологая кривая. При 4,5 В светодиод с Vf 2,77 будет использовать резистор 140 Ом для 12,5 мА. Для 12,5 мА при минимальном 2,77 В оптимальным резистором будет 10 Ом. Используемый резистор будет рассчитан со средним напряжением 3,6 В, что составляет 66 Ом. Но диапазон яркости был бы заметен.Это даст вам в среднем 45 мВт на светодиод или 270 мВт для всех 6 светодиодов. Емкость аккумулятора ≈2750 мАч обеспечит срок службы 36,66 часов при средней эффективности 76%.
Если вам нужна постоянная яркость, потребуется стабилизатор постоянного тока. что-то вроде On-Semi NSI45060JD подойдет. Для более высокой эффективности может быть лучше импульсный понижающий регулятор. TI TPS63030DSKR очень прост, малое количество деталей, небольшой и недорогой. Это будет очень хорошо работать, так как эффективность будет колебаться в пределах 90% @ 4.5 В и 80% при 2,4 В. Он разработан специально для 2-3 щелочных батарей серии АА или одной NiMH или литий-ионной батареи.
Импульсный стабилизатор увеличивает время автономной работы примерно на 10%, или примерно на 40 часов.
Уровнемеры батареи
: точное измерение
Аннотация: указатели уровня заряда батареи определяют количество оставшегося заряда вторичной батареи и то, как долго (при определенных условиях эксплуатации) батарея может продолжать обеспечивать питание. В этой заметке по применению обсуждаются проблемы, возникающие при измерении заряда, оставшегося в литий-ионной батарее, и различные методы использования топливомера для решения этих проблем.
Введение
С момента появления мобильных телефонов заряжаемые батареи и связанные с ними индикаторы уровня топлива стали неотъемлемой частью нашего информационного и коммуникационного общества. Они так же важны для нас сейчас, как автомобильные топливомеры за последние 100 лет. Тем не менее, в то время как водители не терпят неточных указателей уровня топлива, пользователи мобильных телефонов часто ожидают, что будут жить с очень неточными показателями с низким разрешением. В этой статье обсуждаются различные препятствия для точного измерения уровней заряда и описывается, как разработчики могут реализовать точный учет топлива в своих приложениях с батарейным питанием.
Литий-ионные батареи
Литий-ионные батареи начали массовое производство только с 1997 года, после решения различных технических проблем во время их разработки. Поскольку они обладают самой высокой плотностью энергии по отношению к объему и весу (, рис. 1, ), они используются в различных системах, от мобильных телефонов до электромобилей.

Рис. 1. Плотность энергии различных типов батарей.
Литиевые элементы также обладают определенными характеристиками, которые важны для определения уровня их заряда.Блок литиевых батарей должен включать в себя различные механизмы безопасности, чтобы предотвратить перезарядку, глубокую разрядку или обратное подключение батареи. Поскольку высокореактивный литий может представлять опасность взрыва, литиевые батареи нельзя подвергать воздействию высоких температур.
Анод литий-ионной батареи изготовлен из соединения графита, а катод — из оксидов металлов с добавлением лития таким образом, чтобы минимизировать нарушение структуры решетки. Этот процесс называется интеркаляцией.Поскольку литий сильно реагирует с водой, литиевые батареи сконструированы с нежидкими электролитами органических солей лития. При зарядке литиевой батареи атомы лития ионизируются в катоде и переносятся через электролит к аноду.
Емкость аккумулятора
Наиболее важной характеристикой батареи (помимо напряжения) является ее емкость (C), которая указывается в мА-часах и определяется как максимальное количество заряда, которое может обеспечить аккумулятор. Емкость указывается производителем для определенного набора условий, но она постоянно меняется после изготовления батареи.

Рисунок 2. Влияние температуры на емкость аккумулятора.

Как показано на рис. 2 , емкость пропорциональна температуре батареи. Верхняя кривая показывает литий-ионный аккумулятор, заряженный в процессе постоянного I и постоянного напряжения при различных температурах. Обратите внимание, что при высоких температурах аккумулятор может заряжаться примерно на 20% больше, чем при -20 ° C.

Как показано нижними кривыми на Рисунке 2, температура имеет еще большее влияние на доступный заряд, пока батарея разряжается.На графике показана полностью заряженная батарея, разряженная двумя разными токами до точки отсечки 2,5 В. Обе кривые показывают сильную зависимость от температуры, а также от тока разряда. При заданной температуре и скорости разряда емкость литиевого элемента определяется разницей между верхней и нижней кривыми. Таким образом, емкость литиевых элементов значительно снижается при низких температурах или из-за большого тока разряда, либо из-за того и другого. После разряда при высоком токе и низкой температуре батарея все еще имеет значительный остаточный заряд, который затем может быть разряжен низким током при той же температуре.

Саморазряд

Батареи теряют заряд из-за нежелательных химических реакций, а также из-за примесей в электролите. Типичные значения скорости саморазряда при комнатной температуре для обычных типов батарей показаны в Таблица 1 .

Таблица 1. Скорость саморазряда обычных типов батарей

Химия	Саморазряд / месяц
Свинцово-кислотный	от 4% до 6%
никель-кадмиевый	от 15% до 30%
NiMH	30%
Литий	от 2% до 3%

Химические реакции происходят под воздействием тепла, поэтому саморазряд сильно зависит от температуры (, рис. 3, ).Саморазряд можно смоделировать для различных типов батарей, используя параллельное сопротивление для токов утечки.

Рисунок 3. Саморазряд литий-ионных аккумуляторов.

Старение

Емкость аккумулятора уменьшается по мере увеличения количества циклов зарядки и разрядки (, рис. 4, ). Это снижение количественно выражается сроком службы, определяемым как количество циклов зарядки / разрядки, которое батарея может обеспечить до того, как ее емкость упадет до 80% от начального значения. Срок службы типичной литиевой батареи составляет от 300 до 500 циклов зарядки / разрядки.Литиевые батареи

также страдают от старения, связанного со временем, из-за чего их емкость падает с момента выпуска батареи с завода, независимо от использования. Этот эффект может привести к потере полностью заряженной литий-ионной батареи на 20% емкости в год при 25 ° C и 35% при 40 ° C. Для частично заряженных аккумуляторов процесс старения более постепенный: для аккумулятора с остаточным зарядом 40% потери составляют около 4% от его емкости в год при 25 ° C.

Рисунок 4. Старение батареи.

Кривые нагнетания

Характеристическая кривая разряда батареи указана в ее техническом паспорте для конкретных условий.Одним из факторов, влияющих на напряжение аккумулятора, является ток нагрузки (, рис. 5, ). К сожалению, ток нагрузки не может быть смоделирован в модели простым сопротивлением источника, поскольку это сопротивление зависит от других параметров, таких как возраст батареи и уровень заряда.

Рис. 5. Кривая разрядки аккумулятора.

Вторичные литиевые элементы имеют относительно плоские кривые разряда по сравнению с первичными элементами. Разработчикам систем нравится такое поведение, потому что доступное напряжение относительно постоянно.Однако постепенная разрядка делает напряжение аккумулятора независимым от уровня остаточного заряда аккумулятора.

Точное измерение уровня заряда

Для определения доступного заряда батареи предпочтительны простые методы мониторинга. Они должны потреблять мало энергии и (в идеале) позволять определять уровень заряда по напряжению батареи. Однако такой метод измерения только напряжения может привести к ненадежным результатам, поскольку нет четкой корреляции между напряжением и имеющимся зарядом (рис. 5).Напряжение аккумулятора также зависит от температуры, и эффекты динамической релаксации могут вызвать медленное увеличение напряжения на клеммах после уменьшения тока нагрузки. Таким образом, мониторинг только на основе напряжения вряд ли обеспечит точность уровня заряда выше 25%.

Относительный уровень заряда, часто называемый состоянием заряда (SOC), определяется как отношение остаточного заряда к зарядной емкости аккумулятора. Следовательно, поток заряда необходимо измерять и контролировать с помощью процедуры, называемой «подсчетом кулонов».«На практике подсчет кулонов осуществляется путем интегрирования токов, протекающих в ячейку и выходящих из нее. Для измерения этих токов с помощью АЦП высокого разрешения обычно подключают небольшой резистор последовательно с анодом.

Fuel-Gauge Learning

Функциональная связь между SOC батареи и упомянутыми выше параметрами не может быть связана аналитически, поэтому емкость и заряд элемента должны определяться эмпирически. Отсутствуют обширные аналитические модели для расчета (с достаточной точностью) емкости аккумулятора в практических условиях эксплуатации, таких как температура, количество циклов зарядки, ток, возраст и т. Д.Теоретические модели применимы только к определенным «местным» условиям. Для определения относительных уровней заряда они применяются локально и калибруются глобально.

Для достижения достаточной точности при использовании батареи параметры модели должны постоянно калиброваться в процессе, называемом «обучением» топливомера. В сочетании с подсчетом кулонов этот подход дает указатели уровня топлива с точностью до нескольких процентов.

Выбор датчика уровня топлива

Современные интегральные схемы могут определять SOC для всех типов вторичных ячеек, конфигураций ячеек и приложений.Несмотря на низкий ток питания (около 60 мкА в активном режиме и 1 мкА в спящем режиме), эти ИС обеспечивают высокую степень точности. Микросхемы топливомеров делятся на три категории (, таблица 2, ). Поскольку для многих применений предпочтительны литиевые батареи, показанные примеры основаны на литий-ионных и литий-полимерных батареях.

Таблица 2. Цепи указателя уровня топлива.

Деталь	Тип топливомера IC	Функция в аккумуляторном блоке	Функция в хост-системе
DS2762	Счетчик кулонов	Измерение	Алгоритм + дисплей
DS2780	Указатель уровня топлива	Измерение + алгоритм	Дисплей
MAX1781	Программируемый указатель уровня топлива	Измерение + гибкий алгоритм	Дисплей

Кулоновские счетчики, иногда известные как мониторы батареи, представляют собой ИС, которые измеряют, подсчитывают и преобразуют параметры батареи, упомянутые выше, включая заряд, температуру, напряжение, циклы нагрузки и время.Поскольку счетчики кулонов не обрабатывают измеряемые переменные, они не интеллектуальны. Одно из таких устройств, DS2762, уже включает в себя встроенный высокоточный резистор 25 мОм для измерения тока. Он контролирует температуру, напряжение и ток аккумулятора и оснащен шиной 1-Wire®, которая позволяет считывать все показания микроконтроллером, находящимся в аккумуляторном блоке или хост-системе. Он также предлагает необходимую цепь безопасности, необходимую для вторичных литиевых ячеек. В результате получается гибкая и экономичная система, требующая значительных знаний и усилий по разработке (хотя затраты компенсируются программным обеспечением, моделями и поддержкой, предоставляемой поставщиком ИС).

Альтернативный подход к счетчику кулонов — указатели уровня топлива. Эти многофункциональные устройства выполняют процедуры измерения уровня топлива с помощью алгоритма обучения, и они выполняют все необходимые измерения самостоятельно. Указатели уровня топлива обычно используются в интеллектуальных автономных батареях, называемых интеллектуальными батареями. Поскольку разработка встроенных датчиков уровня топлива требует значительно меньше усилий, этот подход хорошо подходит для приложений, требующих быстрого вывода на рынок. Один из таких указателей уровня топлива, DS2780, позволяет хосту считывать SOC, используя шину 1-Wire.

Другой вариант — программируемые датчики уровня топлива, которые включают встроенные микроконтроллеры, обеспечивающие значительную гибкость. MAX1781, например, включает в себя интегрированное ядро RISC, EEPROM и RAM. Это устройство позволяет разработчикам реализовывать модели батарей, процедуры измерения уровня топлива и измерения по мере необходимости. Встроенные драйверы светодиодов поддерживают простую, но точную индикацию SOC.

Сводка

Измерение уровня топлива заряжаемых аккумуляторных элементов — сложная задача из-за множества взаимозависимых параметров, которые влияют на емкость элемента.Поэтому простые методы измерения дают неточные результаты, подходящие только для некритических приложений. Однако, используя стандартные микросхемы топливомеров, можно реализовать высокоточные и надежные датчики уровня топлива.

Аналогичная статья появилась в сентябрьском номере журнала Battery Power Products and Technology за сентябрь 2006 г.

Методы оценки состояния заряда батареи: обзор

Дан обзор новых и текущих разработок в методах оценки состояния заряда (SOC) для батареи, в котором основное внимание уделяется математическим принципам и практическим реализациям.Поскольку SOC батареи является важным параметром, который отражает производительность батареи, точная оценка SOC не только защищает батарею, предотвращает перезаряд или разрядку и увеличивает срок службы батареи, но также позволяет приложению принимать рациональные стратегии управления для достижения цели: сохранение энергии. В данной статье дается обзор литературы по категориям и математическим методам оценки SOC. На основе оценки методов оценки SOC предлагается дальнейшее направление развития оценки SOC.

1. Введение

Рост цен на сырую нефть и мировая осведомленность об экологических проблемах привели к активному развитию систем хранения энергии. Батарея является одной из самых привлекательных систем хранения энергии из-за ее высокой эффективности и низкого уровня загрязнения окружающей среды [1]. В настоящее время в промышленности используются несколько типов батарей: свинцово-кислотные, никель-металлгидридные, никель-кадмиевые и литий-ионные. Батарея имеет преимущества высокого рабочего напряжения ячейки, низкого уровня загрязнения, низкой скорости саморазряда и высокой плотности мощности.Аккумуляторы обычно используются в портативных коммунальных службах, гибридных электромобилях и в промышленности [2].

Оценка SOC является фундаментальной проблемой при использовании батарей. SOC батареи, который используется для описания ее оставшейся емкости, является очень важным параметром для стратегии управления [3]. Поскольку SOC является важным параметром, который отражает характеристики батареи, точная оценка SOC может не только защитить батарею, предотвратить переразряд и увеличить срок службы батареи, но также позволит приложению разработать рациональные стратегии управления для экономии энергии [4] .Однако батарея является источником химического накопления энергии, и к этой химической энергии нельзя получить прямой доступ. Эта проблема затрудняет оценку SOC батареи [5]. Точная оценка SOC остается очень сложной и трудной для реализации, потому что модели батарей ограничены и есть параметрические неопределенности [6]. На практике можно найти множество примеров плохой точности и надежности оценки SOC [7].

В этой статье представлен подробный обзор существующих математических методов, используемых при оценке SOC, и дополнительно определены возможные разработки в будущем.

2. Определение и классификация оценки SOC

SOC — один из наиболее важных параметров для батарей, но его определение связано с множеством различных проблем [5]. В общем, SOC батареи определяется как отношение ее текущей емкости () к номинальной емкости (). Номинальная емкость указывается производителем и представляет собой максимальное количество заряда, которое может храниться в аккумуляторе. SOC можно определить следующим образом:

Различные математические методы оценки классифицируются в соответствии с методологией.Классификация этих методов оценки SOC различается в разных литературных источниках. Однако в некоторых литературных источниках [5, 7] допускается разделение на следующие четыре категории. (I) Прямое измерение: этот метод использует физические свойства батареи, такие как напряжение и импеданс батареи. (Ii) Бухгалтерская оценка: это Метод использует ток разряда в качестве входа и интегрирует ток разряда с течением времени для расчета SOC. (iii) Адаптивные системы: адаптивные системы проектируются самостоятельно и могут автоматически настраивать SOC для различных условий разгрузки.Были разработаны различные новые адаптивные системы для оценки SOC. (Iv) Гибридные методы: гибридные модели извлекают выгоду из преимуществ каждого метода оценки SOC и обеспечивают глобально оптимальную производительность оценки. Литература показывает, что гибридные методы обычно дают хорошую оценку SOC по сравнению с отдельными методами.

В таблице 1 представлены конкретные методы оценки SOC с учетом методологии. Применение конкретных методов оценки SOC в системе управления батареями (BMS), как следствие, различается.


Категории	Математические методы

Прямое измерение	(i) Метод напряжения холостого хода
	(ii) Метод напряжения на клеммах
	(iii) Метод импеданса
	(iv) Метод импедансной спектроскопии

Бухгалтерская оценка	(i) Метод кулоновского счета
	(ii) Модифицированный метод кулоновского счета

Адаптивные системы	(i) Нейронная сеть BP
	(ii) Нейронная сеть RBF
	(iii) Машина опорных векторов
	(iv) Нечеткая нейронная сеть
	(v) Фильтр Калмана

Гибридные методы	(i) Кулоновский счет и комбинация ЭДС
	(ii) Кулоновский счет и комбинация фильтра Калмана
	(iii) Отдельная система и комбинация EKF

3.Обзор математических методов оценки SOC

3.1. Прямое измерение

Методы прямого измерения относятся к некоторым физическим свойствам батареи, таким как напряжение на клеммах и импеданс. Было использовано множество различных прямых методов: метод измерения напряжения холостого хода, метод измерения напряжения на клеммах, метод измерения импеданса и метод спектроскопии импеданса.

3.1.1. Метод измерения напряжения холостого хода

Существует приблизительно линейная зависимость между SOC свинцово-кислотной батареи и ее напряжением холостого хода (OCV), определяемая по формуле где — SOC батареи в, — напряжение на клеммах батареи, когда SOC = 0%, и получается из знания значения и при SOC = 100%.Согласно (2) оценка SOC эквивалентна оценке его OCV [8]. Метод OCV, основанный на OCV аккумуляторов, пропорционален SOC, когда они отключены от нагрузок на период более двух часов. Однако такое длительное время отключения может оказаться слишком большим, чтобы быть реализованным для батареи [9].

В отличие от свинцово-кислотной батареи, литий-ионная батарея не имеет линейной зависимости между OCV и SOC [10]. Типичное соотношение литий-ионных аккумуляторов между SOC и OCV показано на рисунке 1 [11].Связь OCV с SOC была определена путем приложения импульсной нагрузки к литий-ионной батарее, которая позволила батарее достичь равновесия [12].

Отношения между OCV и SOC не могут быть одинаковыми для всех батарей. Поскольку обычные OCV-SOC различаются между батареями, существует проблема, заключающаяся в том, что для точной оценки SOC необходимо измерять соотношение OCV-SOC. Ли и др. [13] предложили модифицированное отношение OCV-SOC, основанное на традиционном OCV-SOC.SOC и емкость литий-ионного аккумулятора оцениваются с помощью двойного расширенного фильтра Калмана по предложенному методу.
3.1.2. Метод напряжения на клеммах
Метод определения напряжения на клеммах основан на падении напряжения на клеммах из-за внутренних сопротивлений при разряде аккумулятора, поэтому электродвижущая сила (ЭДС) аккумулятора пропорциональна напряжению на клеммах. Поскольку ЭДС батареи приблизительно линейно пропорциональна SOC, напряжение на клеммах батареи также приблизительно линейно пропорционально SOC.Метод напряжения на клеммах использовался при различных токах и температурах разряда [14]. Но в конце разряда батареи оценочная погрешность метода измерения напряжения на клеммах велика, потому что напряжение на клеммах батареи внезапно падает в конце разряда [15].
3.1.3. Метод импеданса
Среди используемых методов измерения импеданса позволяют получить информацию о нескольких параметрах, величина которых может зависеть от состояния заряда батареи.Хотя параметры импеданса и их вариации в зависимости от SOC не уникальны для всех систем батарей, представляется необходимым выполнить широкий спектр экспериментов по импедансу для идентификации и использования параметров импеданса для оценки SOC данной батареи [16, 17]. .
3.1.4. Метод импедансной спектроскопии
Метод импедансной спектроскопии измеряет полное сопротивление батареи в широком диапазоне частот переменного тока при различных токах заряда и разряда. Значения импеданса модели находятся методом наименьших квадратов, аппроксимирующим измеренные значения импеданса.SOC может быть косвенно выведен путем измерения текущего импеданса батареи и сопоставления его с известным импедансом на различных уровнях SOC [18, 19].
3.2. Бухгалтерская оценка
Бухгалтерская оценка использует в качестве входных данных текущие данные о разряде батареи. Этот метод позволяет учесть некоторые внутренние эффекты батареи, такие как саморазряд, потеря емкости и эффективность разряда. Были использованы два вида методов бухгалтерской оценки: метод кулоновского счета и модифицированный метод кулоновского счета.
3.2.1. Метод кулоновского счета
Метод кулоновского счета измеряет ток разряда батареи и интегрирует ток разряда с течением времени для оценки SOC [20]. Метод кулоновского подсчета используется для оценки, которая оценивается по току разряда, и ранее оцененным значениям SOC,. SOC рассчитывается по следующей формуле:
Но есть несколько факторов, которые влияют на точность метода кулоновского счета, включая температуру, историю батареи, ток разряда и срок службы [20].
3.2.2. Модифицированный метод кулоновского счета
Для улучшения метода кулоновского счета предлагается новый метод, называемый модифицированным методом кулоновского счета. Модифицированный метод кулоновского счета использует скорректированный ток для повышения точности оценки.
Скорректированный ток является функцией тока разряда. Существует квадратичная зависимость между скорректированным током и током разряда батареи. По экспериментальным данным скорректированный ток рассчитывается по следующей форме: где, и — постоянные значения, полученные из практических экспериментальных данных.
В модифицированном методе кулоновского счета SOC рассчитывается по следующему уравнению:
Результаты экспериментов показывают, что точность модифицированного метода кулоновского счета превосходит точность обычного метода кулоновского счета.
3.3. Адаптивные системы
Недавно, с развитием искусственного интеллекта, были разработаны различные новые адаптивные системы для оценки SOC. Новые разработанные методы включают нейронную сеть с обратным распространением (BP), нейронную сеть с радиальной базисной функцией (RBF), методы нечеткой логики, опорную векторную машину, нечеткую нейронную сеть и фильтр Калмана.Адаптивные системы — это самопроектируемые системы, которые могут автоматически настраиваться в изменяющихся системах. Поскольку аккумуляторы подвержены влиянию многих химических факторов и имеют нелинейное SOC, адаптивные системы предлагают хорошее решение для оценки SOC [5].
3.3.1. Нейронная сеть BP
Нейронная сеть BP — самый популярный тип в искусственных нейронных сетях. Нейронная сеть BP применяется для оценки SOC из-за их хорошей способности к нелинейному отображению, самоорганизации и самообучению [1].В соответствии с постановкой задачи, взаимосвязь между входом и целью является нелинейной и очень сложной при оценке SOC [21]. Индикатор SOC на основе искусственной нейронной сети предсказывает текущий SOC, используя последние данные о напряжении, токе и температуре окружающей среды батареи [22].
Архитектура нейронной сети, оценивающей БП, показана на рисунке 2. Архитектура нейронной сети БП содержит входной уровень, выходной уровень и скрытый слой. Входной слой имеет 3 нейрона для конечного напряжения, тока разряда и температуры, скрытый слой имеет нейроны, а выходной слой имеет только один нейрон для SOC [1].

Суммарный вход нейрона в скрытом слое рассчитывается по следующей форме: где — суммарный вход нейрона скрытого слоя; является входом в нейрон скрытого слоя от нейрона входного слоя; — вес между нейроном входного слоя и нейроном скрытого слоя; — смещение нейрона скрытого слоя.
Функция активации, применяемая к нейрону в скрытом слое, является функцией гиперболического тангенса, которая вычисляется по следующему уравнению:
Суммарный вход нейрона в выходном слое рассчитывается по формуле где — суммарный вход нейрона выходного слоя; является входом в нейрон выходного слоя из нейрона скрытого слоя; — вес между нейроном скрытого слоя и нейроном выходного слоя; — смещение нейрона выходного слоя; — количество нейронов в скрытом слое.
Функция активации, применяемая к нейрону в выходном слое, представляет собой сигмовидную функцию в виде следующего уравнения:
3.3.2. Нейронная сеть RBF
Нейронная сеть RBF — полезная методология оценки для систем с неполной информацией. Его можно использовать для анализа отношений между одной основной (эталонной) последовательностью и другими сравнительными последовательностями в данном наборе. При оценке SOC использовалась нейронная сеть RBF. Метод был протестирован с данными, полученными в результате экспериментов с батареями.Результаты показывают, что скорость работы и точность оценивания оценочной модели могут соответствовать требованиям на практике, и модель имеет определенную ценность для применения [23, 24].
В [1] метод оценки SOC нейронной сети RBF использует входные данные о напряжении на клеммах, токе разряда и температуре батареи для оценки SOC для LiFePO ₄ батареи при различных условиях разряда. Получено хорошее согласие экспериментальных данных.
3.3.3. Метод нечеткой логики
Метод нечеткой логики обеспечивает мощное средство моделирования нелинейных и сложных систем. В [25] практический метод оценки SOC аккумуляторной системы был разработан и протестирован для нескольких систем. Метод предполагает использование нечетких логических моделей для анализа данных, полученных с помощью импедансной спектроскопии и / или методов кулоновского счета. В [26] метод оценки SOC на основе нечеткой логики был разработан для литий-ионных батарей для потенциального использования в портативных дефибрилляторах.Были выполнены измерения импеданса переменного тока и восстановления напряжения, которые используются в качестве входных параметров для модели нечеткой логики.
Singh et al. [27] представили систему оценки, которая может выбирать функции в базе данных для разработки нечетких логических моделей как для доступной емкости, так и для оценки SOC, просто путем измерения импеданса на трех частотах. В [28] SOC оценивается усовершенствованным методом кулоновской метрики, а изменение, зависящее от времени, компенсируется с помощью обучающей системы.Система обучения настраивает метод кулоновской метрики таким образом, чтобы в процессе оценки оставалось безошибочное изменение, зависящее от времени. Предлагаемая система обучения использует модели нечеткой логики, которые не используются для оценки SOC, но работают как компонент системы обучения.
3.3.4. Машина опорных векторов
Машина опорных векторов (SVM) применялась для классификации в различных областях распознавания образов. SVM также применяется для решения проблемы регрессии, даже если проблема регрессии по своей сути более сложна, чем проблема классификации.SVM, используемая в качестве нелинейной системы оценки, более надежна, чем система оценки наименьших квадратов, поскольку она нечувствительна к небольшим изменениям [29].
Хансен и Ван [29] исследовали применение SVM для оценки SOC литий-ионной батареи. Оценщик на основе SVM не только устраняет недостатки оценщика SOC с кулоновским счетом, но также дает точные оценки SOC.
3.3.5. Нечеткая нейронная сеть
Нечеткая нейронная сеть (FNN) использовалась во многих приложениях, особенно для идентификации неизвестных систем.При идентификации нелинейных систем FNN может эффективно соответствовать нелинейной системе путем вычисления оптимизированных коэффициентов механизма обучения [30].
Ли и др. [31] исследовали метод мягких вычислений для оценки состояния заряда отдельных батарей в цепочке батарей. Подход мягких вычислений использует сочетание FNN с функциями принадлежности B-сплайна и генетическим алгоритмом сокращенной формы.
3.3.6. Фильтр Калмана
Использование дорожных данных в режиме реального времени для оценки SOC батареи обычно бывает сложно или дорого измерить.В [32] показано, что применение метода фильтра Калмана обеспечивает проверяемые оценки SOC для батареи посредством оценки состояния в реальном времени.
Яцуи и Бай [33] представили метод оценки SOC на основе фильтра Калмана для литий-ионных батарей. Экспериментальные результаты подтверждают эффективность фильтра Калмана во время онлайн-заявки. Barbarisi et al. [34] представили расширенный фильтр Калмана (EKF) для оценки концентраций основных химических веществ, которые усредняются по толщине активного материала, чтобы получить SOC батареи, используя измерения тока и напряжения на клеммах.
На основе теории фильтра Калмана без запаха (UKF) и комплексной модели батареи в [35] предлагается новый метод оценки SOC. Результаты показывают, что метод UKF превосходит метод расширенного фильтра Калмана в оценке SOC для батареи. Sun et al. [36] представили адаптивный метод UKF для оценки SOC литий-ионной батареи для аккумуляторных электромобилей. Адаптивная регулировка ковариации шума в процессе оценки SOC осуществляется с помощью идеи ковариационного согласования в контексте UKF.
3.4. Гибридные методы
Цель гибридных моделей состоит в том, чтобы извлечь выгоду из преимуществ каждого метода и получить глобально оптимальную эффективность оценки. Поскольку информация, содержащаяся в отдельном методе оценки, ограничена, гибридный метод может максимизировать доступную информацию, интегрировать информацию отдельной модели и наилучшим образом использовать преимущества нескольких методов оценки, тем самым повышая точность оценки. Литература показывает, что гибридные методы обычно дают хорошие результаты оценки SOC по сравнению с отдельными методами [37–39].Гибридные методы сочетают в себе различные подходы, такие как метод прямого измерения и метод бухгалтерской оценки.
3.4.1. Комбинация кулоновского подсчета и ЭДС
Был разработан и реализован новый метод оценки SOC, который сочетает в себе метод прямого измерения с измерением ЭДС аккумуляторной батареи в состоянии равновесия и бухгалтерской оценкой с методом кулоновского счета во время состояния разряда. система [37].
Любая батарея теряет емкость во время езды на велосипеде.Чтобы точно вычислить SOC и оставшееся время выполнения (RRT), а также улучшить способность системы оценки SOC справляться с эффектом старения, вводится простой алгоритм адаптации Qmax. В этом алгоритме используются стабильные условия зарядового состояния, чтобы адаптировать Qmax к эффекту старения.
Эта статья доказала, что алгоритм адаптации Qmax может улучшить точность оценки SOC и RRT даже для новой батареи. Поскольку батарея теряет емкость во время цикла, делается вывод, что алгоритм адаптации Qmax существенно увеличит SOC и точность оценки RRT.
3.4.2. Комбинация кулоновского счета и фильтра Калмана
Wang et al. [38] предложили новый метод оценки SOC, обозначенный как «метод Калмана», который использует метод фильтра Калмана для корректировки начального значения, используемого в методе кулоновского счета. В методе KalmanAh используется метод фильтра Калмана, чтобы приблизительное начальное значение сходилось к его реальному значению. Затем метод кулоновского счета применяется для оценки SOC для длительного рабочего времени. Ошибка оценки SOC равна 2.5% по сравнению с реальным SOC, полученным при испытании на разряд. Это выгодно отличается от ошибки оценки 11,4% при использовании метода кулоновского счета.
3.4.3. Система на единицу и комбинация EKF
Ким и Чо [39] описали применение EKF в сочетании с системой на единицу (PU) для идентификации подходящих параметров модели батареи для высокоточной оценки SOC литий-ионной батареи. деградированный аккумулятор. Чтобы применить параметры модели батареи, изменяемые эффектом старения, на основе системы PU, абсолютные значения параметров в модели эквивалентной схемы в дополнение к напряжению на клеммах и току преобразуются в безразмерные значения относительно набора базовых значений.Преобразованные значения применяются к динамическим моделям и моделям измерения в алгоритме EKF.
4. Будущее оценки SOC
Поскольку системы накопления энергии были выдвинуты на первый план в портативной электронике и гибридных электрических транспортных средствах, точность оценки SOC становится все более важной. В последние годы многие ученые провели много исследований по оценке SOC. Точность оценки постоянно улучшается, и можно ожидать, что интенсивные исследования и разработки уже ведутся.В целях дальнейшего улучшения оценок SOC в сочетании с некоторыми литературными источниками ожидаемые улучшения для дальнейших исследований включают следующие области: (i) Проведите дальнейшее исследование гибридных методов, таких как сочетание метода прямого измерения и метода бухгалтерской оценки для достижения хороших результатов. результаты в онлайн-оценке SOC. (ii) Существующий метод оценки должен использоваться в различных типах аккумуляторов. Провести дальнейшие исследования практического универсального применения этих методов. (Iii) Углубить дальнейшие исследования по улучшению способности системы оценки SOC справляться с эффектом старения батареи.(iv) Изучение более новых методов искусственного интеллекта и улучшение их алгоритмов обучения для достижения точности оценки SOC. Кроме того, в центре внимания будущих исследований будут новые методы на сложной местности. (V) Для дальнейшего повышения эффективности оценки метода нейронной сети необходимо изучить и интегрировать в нее оптимальные методы поиска оптимального количества нейронов в скрытом слое. метод нейронной сети. (vi) Провести дальнейшие исследования по оценке адаптивных параметров. Модели могут автоматически адаптироваться к разным типам батарей, различным условиям разряда и разным старым батареям.(vii) Установить более точную систему оценки и стандарт для измерения эффективности метода оценки SOC.
5. Выводы
В этой статье представлен обзор оценки SOC батареи при различных условиях разряда. Обсуждались четыре категории оценочных математических методов, которые имеют свои особенности. Статьи были отобраны, чтобы подчеркнуть разнообразие математических методов оценки. Некоторые из этих методов имеют хорошие характеристики при фиксированном токе разряда, в то время как другие лучше работают в условиях переменного тока разряда.Трудно оценить производительность различных методов, поскольку существующие приложения находились в разных условиях разряда и разного размера батареи. Ожидается, что разработка различных методов оценки SOC будет полезна для аккумуляторных приложений, таких как BMS, в гибридных электромобилях. Основываясь на истории развития оценки SOC, в конце предлагаются будущие направления развития оценки SOC.
Благодарность
Автор выражает благодарность Национальному научному совету ОКР за финансовую поддержку в рамках гранта No.НСК 101-2221-Е-129-005.
Почему емкость батареи измеряется в миллиампер-часах, а емкость конденсатора измеряется в фарадах? : AskElectronics
Они оба могут накапливать энергию, но совершенно по-разному. Батареи содержат химические конденсаторы потенциальной энергии, накапливающие энергию в электрическом поле. Различная физика, лежащая в основе, намекает на то, что об их энергетической емкости можно сообщать по-разному.
В общем, ампер-часы полезны только тогда, когда напряжение на клеммах остается примерно постоянным.Для батареи это верно, но для конденсатора — нет. Конденсатор, разряжающийся в резистивную нагрузку, будет иметь экспоненциальное падение напряжения на клеммах, поэтому 1 мАч, измеренный в начале разряда, представляет собой совершенно другое количество энергии, чем 1 мАч, измеренное при 50% разряде.
Когда инженер выбирает аккумулятор, его в первую очередь интересует его общая энергоемкость в качестве источника питания. В первом приближении батарея является источником напряжения, кривая разряда будет оставаться достаточно ровной до тех пор, пока батарея полностью не разрядится.Ампер-часы — достаточно удобный показатель для сравнения батарей с известным номинальным напряжением на клеммах. При сравнении типов аккумуляторов с разным напряжением на клеммах может возникнуть большой беспорядок, но во многих отраслях существуют установленные стандарты, которые упрощают выбор аккумуляторов (портативная электроника почти повсеместно использует литий, автомобили (почти) все используют свинцово-кислотные и т. Д.).
Использование конденсатора в качестве долговременного источника питания (например, для питания небольшой схемы) является своего рода нишевым приложением.Конденсаторы в основном используются для сглаживания питания (так называемые «развязывающие конденсаторы») и фильтрации.
Разделительные конденсаторы — это относительно некритичные части, которые обычно выбираются как имеющие наибольшую практическую ценность, не влияя на цену или производительность. Конденсаторы большего размера обычно дороже, физически больше, имеют более высокую паразитную индуктивность и другие неидеальные характеристики на высоких частотах (например: электролитический конденсатор дешев, но не очень полезен при фильтрации тактового шума 20 МГц, поэтому используется меньшая керамическая часть вместо).Для развязки фарады используются вне соглашения, хотя они все же более полезны для прогнозирования высокочастотного поведения, чем энергия в Джоулях или «емкость» в мАч.
В приложениях фильтрации емкость в фарадах является наиболее полезным свойством, поскольку она позволяет напрямую вычислять импеданс детали, который моделирует ее электрическое поведение при изменении частоты. Расчеты проектирования фильтров требуют использования фарадов из-за физики нашей Вселенной.
Как рассчитать, сколько емкости батареи вам нужно
Сколько батареи вам нужно для работы вашего устройства? Вот как вы это оцениваете.
Step 1
Небольшой учебник по измерению заряда. В конце концов, в аккумуляторе хранятся электроны. В TOPTECH мы все узнали, что мера заряда — это кулоны заряда одного электрона 1,602e-19 кулонов. Один ампер, протекающий в проводе в течение одной секунды, будет использовать один кулон заряда. Q = I * t, где Q — заряд в кулонах, I — ток в амперах, а t — время в секундах. Количество заряда, проходящего через этот провод (проводящий ток 1,0 ампер) за 60 секунд, составляет 60 кулонов, и за один час вы бы сказали «привет» и «до свидания» 3600 кулонам заряда.

Батареи, очевидно, были разработаны инженерами, которые подписались на «самую простую» систему измерения. Они устали вытаскивать свои логарифмические линейки, чтобы делить их на 3600 каждый раз, когда они хотели знать, сколько 24000 кулонов прослужат им, и придумали несанкционированную единицу ампер-часов. Позже, когда использовались батарейки меньшего размера, они показывали миллиампер-часы, дефис не смущает. Ампер-часы означает амперы, умноженные на часы. Разделите на амперы, и вы получите часы, разделите на часы, и вы получите амперы.Так что это не ампер и не ампер в час, это ампер-часы. И, кстати, я даже использовал термин «ампер-секунды», потому что, когда вы говорите «кулоны», все смотрят на вас остекленевшими глазами. Не поймите меня неправильно, я люблю ампер-часы для единиц, это удобное практическое правило. . Amphours — это сколько заряда хранится в аккумуляторе. Поскольку напряжение в батарее меняется во время разряда, это не идеальный показатель того, сколько энергии хранится, для этого вам потребуются ватт-часы. Умножение среднего или номинального напряжения батареи на емкость батареи в ампер-часах дает вам оценку того, сколько ватт-часов содержит батарея.E = C * Vavg, где E — запасенная энергия в ватт-часах, C — емкость в ампер-часах, а Vavg — среднее напряжение во время разряда. Да, ватт-часы — это мера энергии, как и киловатт-часы. Умножьте его на 3600, и вы получите ватт-секунды, которые также известны как Джоули. Пока мы находимся в прелюдии, я мог бы также упомянуть, что, поскольку заряд в конденсаторе Q = CV, аккумулятор также может быть оценен в фарадах. Щелочная батарея AA на 1,5 В, которая хранит 2 ампер-часа заряда (то есть 7200 кулонов), имеет эквивалентную емкость 4800 Фарад.Конечно, из батареи получается очень странный конденсатор, потому что напряжение не падает пропорционально накопленному заряду, у нее высокое эквивалентное сопротивление и т. Д.
Следующий метод предполагает, что вы знаете, сколько ампер вам нужно от батареи. Если вы знаете, сколько ватт, переходите к шагу A ниже.
Шаг 2
Обратная сторона конверта Если потребляемый ток равен x ампер, время равно T часов, тогда емкость C в ампер-часах isC = xT Например, если ваша помпа потребляет 120 мА и вы хотите, чтобы она работала в течение 24 часовC = 0.12 ампер * 24 часа = 2,88 ампер-часов
Step 3
Расчет срока службы в цикле Нецелесообразно полностью разряжать аккумулятор до нуля во время каждого цикла зарядки. Например, если вы хотите использовать свинцово-кислотную батарею в течение многих циклов, вы не должны запускать ее после 80% заряда, оставив 20% в батарее. Это не только увеличивает количество циклов, которое вы получаете, но и позволяет батарее разряжаться на 20%, прежде чем вы начнете получать меньшее время работы, чем предусмотрено в проекте для

C ’= C / 0,8
. В приведенном выше примере
C’ = 2.88 AH / 0,8 = 3,6 AH
Step 4
Рекомендации по скорости разряда Некоторые химические элементы батарей дают намного меньше ампер-часов, если вы их быстро разряжаете. Это большой эффект для щелочных, углеродно-цинковых, воздушно-цинковых и свинцово-кислотных батарей. Это незначительный эффект для никель-кадмиевых, литий-ионных, литий-полимерных и никель-металлгидридных аккумуляторов. Для свинцово-кислотных аккумуляторов номинальная емкость (т. Е. Количество AH, указанное на боковой стороне аккумулятора) обычно указывается для скорости разряда 20 часов. Если вы разряжаетесь с медленной скоростью, вы получите расчетное количество ампер-часов из них.Однако при высоких скоростях разряда емкость резко падает. Практическое правило заключается в том, что при скорости разряда в течение 1 часа (т. Е. При потреблении 10 ампер от батареи на 10 ампер-час или 1С) вы получите только половину номинальной емкости (или 5 ампер-часов от батареи на 10 ампер-час). Для большей точности можно использовать графики, подробно описывающие этот эффект для разной скорости разряда.
Например, если ваш портативный гитарный усилитель стабильно потребляет 20 ампер, и вы хотите, чтобы он продержался 1 час, вы должны начать с шага 1: C = 20 ампер * 1 час = 20 AH Затем перейдите к шагу 2C ‘= 20 AH / 0.8 = 25 Ач Затем примите во внимание высокую скорость C ’‘ = 25 /,5 = 50 Ач Таким образом, вам понадобится герметичная свинцово-кислотная батарея на 50 ампер-час для работы усилителя в течение 1 часа при среднем потреблении 20 ампер.
Step 5
Что делать, если у вас нет постоянной нагрузки? Очевидно, что нужно сделать — это определить среднюю потребляемую мощность. Рассмотрим повторяющийся цикл, каждый из которых длится 1 час. Он состоит из 20 ампер в течение 1 секунды, а затем 0,1 ампер в течение оставшейся части часа. Средний ток рассчитывается следующим образом.20 * 1/3600 + 0,1 (3559) / 3600 = средний ток 0,1044 ампер (3600 — количество секунд в час). Другими словами, вычислите, сколько ампер потребляется в среднем, и выполните шаги 1 и 2. Шаг 3 очень трудно предсказать в случае, если у вас есть небольшие периоды высокого тока. Хорошая новость, постоянное потребление 1С снизит мощность намного больше, чем короткие импульсы 1С с последующим периодом покоя. Таким образом, если средний потребляемый ток составляет около 20 часов, то вы приблизитесь к мощности, прогнозируемой при 20-часовом режиме работы, даже если вы потребляете его в импульсах сильного тока.Фактические данные тестирования трудно получить, не выполнив тест самостоятельно. Если вы знаете ватты, а не амперы, выполните следующую процедуру. это запасенная энергия. Суть в том, чтобы использовать известные вам ватты для расчета ампер при напряжении батареи. Например, скажем, вы хотите проработать лампочку мощностью 250 Вт 110 В переменного тока от инвертора в течение 5 часов. Ватт-часы = Вт * часы = 250 Вт * 5 часов. = 1250 ватт-часов Относится к эффективности инвертора, скажем, 85% ватт-часов = ватт * часы / эффективность = 1250/0.85 = 1470 ватт-часов Так как ватт = амперы * вольт, разделите ватт-часы на напряжение батареи, чтобы получить ампер-часы заряда батареи.
Ампер-часы (при 12 вольт) = ватт-часы / 12 вольт = 1470/12 = 122,5 ампер-часов. Если вы используете батарею с другим напряжением, ампер-часы будут изменяться путем деления на напряжение батареи, которое вы используете . Теперь вернитесь к шагам 3-5 выше, чтобы уточнить расчет.
Как мы оцениваем «состояние заряда» аккумуляторов?
При завершении отчета на портативном компьютере поздно ночью вы получаете предупреждение о том, что батарея разряжена и вам следует подключить зарядное устройство.«Еще несколько минут», — думаете вы и продолжаете работу. Внезапно вы получаете ненавистное сообщение о том, что батарея вашей системы критически разряжена, и если вы не подключите ее к зарядному устройству, компьютер выключится.
Только после этого вы отчаянно ищете адаптер для зарядки и надеетесь защитить свою несохраненную работу от цифровой катастрофы.
Наши ноутбуки и смартфоны могут делать так много вещей, что мы часто принимаем их как должное.Помимо прочего, почти все современные электронные устройства следят за своими батареями и сообщают вам в абсолютных процентных значениях, сколько заряда осталось или как долго они могут использоваться, прежде чем им понадобится подзарядка.
Вы когда-нибудь задумывались, как современные электронные устройства это делают?
Как смартфоны и ноутбуки подсчитывают, сколько заряда осталось в их батареях?
Краткий ответ: Точное определение количества оставшегося заряда в батарее — непростая задача, но есть несколько методов, которые можно использовать, включая оценку на основе напряжения, оценку на основе тока (подсчет кулонов) и оценку из измерений внутреннего импеданса.Все эти методы основаны на измерении удобного параметра, который изменяется по мере зарядки / разрядки аккумулятора.
(Фото: Bloomua / Shutterstock)
Однако все эти методы имеют свои недостатки, и поэтому нельзя полагаться на 100% точные показания «оставшегося заряда» аккумулятора. Кроме того, некоторые из этих методов специфичны для определенного химического состава клеток.
Прежде чем мы подробно рассмотрим некоторые из этих методов, важно сначала с удивительной последовательностью расшифровать термин, который будет использоваться в этой статье.
Что такое «Состояние заряда»?
Состояние заряда, как следует из названия, сообщает вам состояние батареи, а точнее, оставшийся в ней заряд в данный момент. Обычно сокращенно SOC, это эквивалент датчика уровня топлива для аккумуляторной батареи в электромобиле или гибридном транспортном средстве.
Еще один термин, тесно связанный с SOC, — это глубина разряда (DOD). На самом деле это просто противоположность SOC, т. Е. Альтернативный метод определения того, сколько заряда батареи было израсходовано.
Батарея держит заряд, и мы хотим измерить, сколько она держится в данный момент. Другими словами, мы хотим определить его состояние зарядки. Этого можно добиться несколькими способами. Поговорим о некоторых из них.
Определение состояния заряда путем измерения напряжения
Состояние заряда аккумулятора часто измеряется по его напряжению, так как этот процесс прост и дает довольно точные результаты. Он в основном преобразует показания напряжения батареи в SOC и отображает их пользователю.
Попробуем разобраться в этом процессе с помощью аналогии. Батарея похожа на резервуар с водой с краном у основания. У вас нет возможности заглянуть в резервуар, поэтому вы не можете знать, сколько воды в нем содержится в данный момент. Как вы определите, сколько воды осталось в баке?
Один из способов оценить количество оставшейся воды — посмотреть на давление воды, выходящей из крана. Если вода выходит быстро, это означает, что она находится под большим давлением, что означает, что бак почти полностью заполнен.С другой стороны, если вода из крана течет очень медленно, значит, бак почти пустой.
То же самое и с батареями. Литий-ионный аккумулятор с напряжением 3,5 В может быть 3,6 В при полном и 3,3 В при почти разряженном (т. Е. Было использовано 92-98% его общей емкости). Обратите внимание, что литий-ионная батарея может быть разряжена до 3 В и ниже, но батарея показывает 0% или «полностью разряжена» при 3,3 В, чтобы обеспечить максимальную полезную емкость батареи. Разряд батареи ниже этого напряжения отсечки может серьезно повредить батарею.
Устройство принимает это напряжение и, соответственно, оценивает, сколько заряда осталось в аккумуляторе, которое затем отображается пользователю на экране.
Проблемы с оценкой SOC по напряжению
Несмотря на то, что процесс прост, на него нельзя положиться, чтобы обеспечить 100% точные результаты, потому что определенные факторы, такие как температура окружающей среды, скорость разряда, материалы элементов и возраст батареи, влияют на напряжение. Кривые напряжения в большинстве батарей имеют нелинейную кривую в зависимости от состояния заряда.
Если вы не находитесь в самом конце кривой заряда или разряда, напряжение на самом деле не сильно меняется — это означает, что довольно сложно определить разницу между батареей, заряженной на 60% и батареей, заряженной на 40%.
Кроме того, существует проблема гистерезиса, что означает, что батарея продолжает разряжаться даже после того, как перестала разряжаться. Чтобы предотвратить эту проблему, аккумулятор необходимо полностью «разрядить» на несколько часов, чтобы измерение напряжения работало точно.(Источник)
Определение состояния заряда с использованием тока (счетчик Кулона)
Другой метод оценки SOC — это измерение тока, входящего (когда он заряжается) и выходящего (когда он разряжается) в элементы, и его интеграция с течением времени. Проще говоря, вы можете рассчитать, сколько заряда осталось в аккумуляторе, посчитав, сколько заряда уже было израсходовано. Этот метод определения SOC удачно назван «кулоновским счетом», поскольку он подсчитывает заряда, входящего / выходящего из ячеек.
В некоторых электронных устройствах может быть установлено крошечное устройство, известное как счетчик кулонов , который измеряет ток, потребляемый ведущим устройством, суммирует его с течением времени, а затем сравнивает его с запрограммированной емкостью батареи, чтобы обеспечить оценку сколько заряда осталось в аккумуляторе.
Хотя он обеспечивает большую точность, чем большинство других методов оценки SOC, поскольку он измеряет ток напрямую, он имеет свой собственный набор ограничений, а именно то, что он не учитывает эффективность батареи.Кроме того, очень сложно (и дорого) производить точные измерения тока (Источник).
Оценка SOC на основе измерений удельного веса (SG)
Это очень часто используемый метод для оценки SOC свинцово-кислотных аккумуляторов.
Свинцово-кислотный аккумулятор
Он включает в себя использование датчика, который измеряет изменения веса активных химикатов, присутствующих в аккумуляторе по мере его разряда. По мере того, как заряд, накопленный в аккумуляторе, израсходован, концентрация серной кислоты (активного электролита в аккумуляторе) уменьшается, что пропорционально снижает удельный вес раствора.
Хотя ареометры традиционно использовались для измерения удельного веса (SG), современные свинцово-кислотные батареи состоят из электронных датчиков, которые обеспечивают измерения удельного веса в реальном времени и дают довольно точные значения SOC. Однако этот метод используется исключительно для свинцово-кислотных аккумуляторов и не может использоваться с другими химическими составами элементов.
Ареометр. Его можно использовать для измерения заряда свинцово-кислотного аккумулятора. (Изображение предоставлено Butch / Wikimedia Commons)
Оценка SOC путем измерения внутреннего импеданса
Активные химические вещества внутри элемента меняют свой состав, поскольку они преобразуются из одной формы в другую во время зарядки / разрядки аккумулятора.Следовательно, измеряя внутренний импеданс (сопротивление, которое цепь представляет току при приложении напряжения) ячейки, можно определить ее SOC.
Однако этот метод не пользуется популярностью: во-первых, импеданс ячейки зависит от температуры; во-вторых, трудно измерить сопротивление ячейки, пока она еще активна.
Есть несколько других методов, которые можно использовать для определения состояния заряда батареи, но ни один из них не идеален, и каждый из них предлагает уникальный набор проблем.
Статьи по теме
Статьи по теме
Таким образом, всегда следует учитывать, что методы определения SOC могут предоставить только оценку состояния заряда батареи, а не значение с точностью до 100%. Другими словами… держите зарядное устройство под рукой!
Расчет батареи
Факторы
Первичный и, конечно же, самый важный фактор — это ожидаемая нагрузка от батарей. хранить.Используя мощность нагрузки, которую вы рассчитали для ежедневного потребления электроэнергии. нагрузки, преобразуйте это в меру того, как измеряются аккумуляторные батареи. Аккумуляторы измеряются в ампер-часах (AHr.).
Ампер-часы
На примере 157.4 Ватт-часов в день со страницы начала работы и при условии, что аккумуляторная батарея будет 12 вольт, вы получите 13,1 ампер-часов. Математика так же, как и раньше, на этот раз делим ватт-часы на батарею напряжение (157.4 12В = 13,1 Ампер-часов)
Системные накладные расходы
Каждый раз, когда вы конвертируете электричество, как от солнечных гальванических панелей, в напряжение батареи, которое вы фактически преобразуете солнечная энергия (электричество) в химический склад (аккумулятор). Транспортировка власть над проводами и соединениями вы теряете некоторую мощность . Используя опыт, математику и отраслевые слухи, мы используем коэффициент потерь 20%. для аккумуляторов и 2% для эффективного солнечного контроллера заряда. Провода и соединения — это еще 5% потерь при низком напряжении и 2% потерь при 120 В. проводка.Фактор потери батареи необходимо учитывать при хранении батареи. Мы называем эту часть расчета требуемым загруженным дневным AHr. Если мы используем 25% (для потерь заряда батареи и контроллера заряда) нам теперь требуется 15,7 Ач (13,1 Ач X (1 + 25%) = 16,4 ч.)
Резервные дни
Все бы хорошо, если бы солнце гарантированно сияли одинаково каждый день. Теперь нам нужно разложить на множители, сколько дней емкости вы хотите, чтобы ваши батареи продержались, пока солнце не выйдет из облака или вам нужно включить генератор.Предположим, вы хотите 2 полтора дня резервного времени. Это повысит ваше требование до 14 Ампер-часы батареи (15,7 Ампер-часа X 2,5 дня = 41 Ампер-час) аккумулятор с рассчитанным запасом.
Старение батареи
Аккумуляторы, если их правильно взять забота о нем будет долгие годы жизни. Однако батареи стареют время и теряют часть своего потенциала. Потому что батарейный массив будет работать на уровне самой слабой батареи установка новых батарей в старую батарею массив — это отходы (см. добавление батарей).Лучше всего учесть потерю сейчас, так как это также поможет вам удерживайте DOD (скоро! читайте до следующего пункта!). Нет неразумно использовать коэффициент 20% для учета старения батареи, поэтому ваша батарея потребность теперь составляет 49,2 AHr. (41 Ач X (1 + 20%) = 49,2)
Температура батареи
Потому что они основаны на аккумуляторы электрохимического процесса теряют мощность на морозе. Если вы собираетесь используйте вашу систему зимой или в межсезонье и храните их на улице или в неотапливаемом помещении ваши батареи будут нужно снизить рейтинг.Если вы используете батареи круглый год, это важный фактор. Большинство производителей аккумуляторов предоставляют таблицы снижения номинальных значений на основе от температуры батареи. Мы пока оставим этот фактор вне нашего примера. потому что многие из вас используют свои системы только летом и в межсезонье (см. снижение номинальных значений температуры).
Глубина разряда (DOD) это очень важно!
DOD мера того, насколько глубоко аккумулятор разряжен. Когда батарея заряжена на 100%, DOD составляет 0%.Ампер-часы, снятые с полностью заряженного элемента или батареи, выражаются как процент от номинальной мощности. Например, если 25 Ач удаляются из 100 Ач аккумулятор, его глубина разряда составляет 25%, а аккумулятор находится в состоянии 75% заряда.
ОК, с принятым определением забота о том, почему DOD является важной частью расчета емкости аккумулятора? Сначала другое определение:
Цикл — это период разрядка и подзарядка называется одним циклом. Аккумулятор Цикл — это один полный цикл разряда и перезарядки.Обычно считается будет разряжаться от 100% до 20% DOD, а затем обратно до 100%. Одна из батарей Показатели эффективности — это мера ожидаемого количества циклов, которое может доставлять.
Чем больше среднее чем глубина разряда, тем короче срок службы. Будьте осторожны, глядя на рейтинги, в которых указано, сколько циклов рассчитана на батарею поскольку, если также не указано, насколько глубоко он разряжается. Аккумулятор, который рассчитан на 20-летнюю ожидаемую продолжительность жизни, если разрядится только на 15%, может иметь 5-летний продолжительность жизни при разряде до 50%.Обычно номиналы батарей указаны в AHr и публикуются до 100% разряда. Уровень разряда, которого следует избегать. (Осторожно, некоторые компании Назовите свои аккумуляторы на основе 100 часов на разряд! В дольше время разряда, например 100 часов тем больше ампер-часов, которые можно выжать от батареи. Характеристики батарей следует сравнивать при 20-часовом разряде для для внесетевых целей.)
Вот факт; Если, скажем, батарея на 100 Ач разряжена до 100% опубликовано до 100 циклов, однако, его хватит на 400 циклов при разряде на 50% и дольше, если разрядить на 35% DOD.Прежде чем мы продолжим определение размера батареи, давайте посчитаем: МО.
100 Ач с 100 циклами при 100% = 10 000 Ач разряда в течение срока службы батарея. (100 циклов X 100 Ач = 10 000 Ач.)
100 Ач с 400 циклами при 50% = 20 000 Ач разряда в течение срока службы аккумулятор (400 циклов X 50 Ач = 20000 Ач.)
При 400 циклах аккумулятор работает в 4 раза дольше, чем производит В 2 раза больше власти над его жизнью!
вернуться к размеру батареи …
Расчет размера при DOD 50%
На 50% разрядить аккумулятор требуемый размер 98.4 AHr. (49,2 Ач, 50% = 98,4 Ач)
РЕЗЮМЕ РАСЧЕТОВ
Мы начали с ежедневного использование 157 Вт или 13,1 Ач при 12 В и в итоге требовалось 98,4 Ач. емкость. По этому вы можете оценить, сколько систем рассчитано на бумажники людей не к требованию конфигурации системы.
Еще циничное: слишком много клерков склонны продавать то, что клиент может себе позволить, прекрасно зная, что вы вернитесь позже с открытым кошельком, чтобы купить больше.Легко обвинить клиента использование электричества, погода или любое количество вещей, а затем продать вам больше.
No related posts.