Como calcular a corrente máxima que uma bateria AA pode fornecer por um curto período de tempo?

Quero medir a corrente máxima que uma bateria AA (totalmente carregada) pode fornecer por um curto período de tempo (digamos um segundo)

Eu tenho em mente fazer isso com um multímetro:

• multímetro de configuração para medir amplificadores, no valor mais alto. Meu multímetro atual possui uma entrada classificada como 10A (por no máximo 30 segundos)
• conecte a sonda negativa ao lado negativo da bateria
• conecte a sonda positiva ao lado positivo da bateria (por um ou dois segundos)
• valor de leitura no dispositivo

Normalmente, quando você precisa medir a corrente para determinada carga, o multímetro é conectado em série no circuito. Como aqui, praticamente (quase) não há carga, decidi (com o meu conhecimento) conectar o multímetro diretamente à bateria.

Isso criará um curto-circuito. Em teoria, a corrente deve ser incrivelmente alta (porque a resistência é quase zero), mas como a bateria AA tem resistência interna (IR), ela será limitada (felizmente).

isso é uma boa ideia? Ou matará o dispositivo ou não produzirá o efeito desejado para a medição?

Nota: Eu tenho em mente fazer isso usando apenas bateria AA, fazê-lo na corrente CA principal, por exemplo, seria (eu acho) muito perigoso (curto-circuito de 220V CA) e destruir o dispositivo imediatamente.

por corrente, a bateria pode fornecer, quero dizer ampère, não ampère-hora (Ah), que é uma unidade diferente.

AVISO: Se "tentar fazer isso em casa", esteja ciente de que existe um pequeno potencial de risco significativo - veja abaixo.

O que você propõe é um método viável, útil e potencialmente perigoso.
Considero extremamente improvável que você se machuque fazendo isso, mas é preciso observar que a possibilidade existe.

Eu não faria isso com outras células que não sejam alcalinas ou NiMh. Eu seria extremamente cuidadoso com células acima do tamanho AA. Eu não consideraria tentar isso com células LiIon ou LiPo de LiFePO4 - todas com tensões terminais mais altas, altas taxas de descarga potencial e uma tendência conhecida (exceto LiFePO4) a "exalar chamas".

Eu tenho usado o método para testar baterias alcalinas parcialmente usadas por muitos anos com bom sucesso. Eu nunca tive problemas com isso, mas isso não significa que todo mundo terá tanta sorte. Os comentários no final são o que pode dar errado.

Para determinar o "grau de qualidade" de uma bateria alcalina de 1,5V AA, faço duas coisas.

• Meça o potencial do circuito aberto da célula. Este é um método muito seguro e não prejudicial. Uma bateria alcalina não utilizada que não tenha consumido muito de sua vida útil terá mais de 1,6 V de potencial - normalmente 1,65 V. Isso é mais alto do que as células de carbono-zinco / Le Clanche / pesadas mais baratas e é uma maneira confiável de determinar se uma célula realmente é alcalina e é essencialmente nova. Uma célula que fornece mais de 1,6 V não precisa ser "testada" pela descarga de corrente, conforme descrito abaixo (mas pode ser, se desejado).

• Meça a corrente de curto-circuito da célula por cerca de um segundo usando a faixa de 10 A em um multímetro. A resistência interna do medidor, as resistências dos condutores, as resistências de conexão de conexão e a resistência de contato com a bateria são resistências potencialmente significativas neste teste; portanto, os resultados variam um pouco entre os medidores e dependendo de quão bem as sondas fazem contato e quão bem os plugues de chumbo faça contato nas tomadas do medidor. Apesar dessas diferenças de potencial (trocadilho observado), o teste é útil e razoavelmente repetível.

Apenas informações: Minha razão mais comum para realizar esse teste é determinar quais células de um lote de células não são utilizadas e quais são as adequadas para uso em flash de câmera de alta saída. Os flashes em questão apresentam uma carga pesada. A capacidade é provavelmente de cerca de 100 flashes - dependendo da energia captada que varia de acordo com o ambiente fotográfico - um flash em uma sala grande e escura recebe uma carga total, enquanto ao fotografar um assunto de cor clara a curta distância, apenas uma pequena fração da energia armazenada é usada. Quando usadas repetidamente para esgotar, as baterias estão muito quentes para serem manuseadas quando removidas do flash - provavelmente 70 graus C! A energia média fornecida pelas baterias em carga máxima é provavelmente de 50 a 100 Watts. As baterias precisam estar em boas condições para fornecer isso.

O teste de curto-circuito normalmente retorna um resultado de 5 a 10 amperes para novas células de boa qualidade, com a corrente caindo ligeiramente durante o período de teste de aproximadamente um segundo.

Os resultados para as células usadas variam consideravelmente. Qualquer coisa na faixa de 3 a 5 A significa que a célula pode ser útil para o uso do flash. O resultado de alguns amplificadores significa que a bateria ainda é útil para equipamentos com baixo consumo de energia, como relógios ou balanças eletrônicas. Menos do que isso, provavelmente é melhor descartar a célula.

Enquanto o teste acima é usado para células alcalinas AA, também é utilizável para células AA NimH - com mais risco. Uma célula NimH PODE ser capaz de taxas de descarga mais altas quando totalmente carregada, embora as resistências presentes neste teste usualmente limitem a corrente aos mesmos valores. Eu apenas tentei isso com uma célula Eneloop AA de 2000 mAh totalmente carregada (versão fabricada pela Panasonic em chinês). Isso atingiu um pico de cerca de 7 amperes. As células Eneloop têm capacidade inferior às células AA NimH de qualidade líderes de mercado, mas têm uma vida útil muito mais longa e uma tensão terminal mais alta em um determinado nível de descarga. Eu esperaria que eles dessem resultados semelhantes a células AA NimH "normais" de maior capacidade.

Em algumas ocasiões, fui tolo o suficiente para carregar células no bolso da calça e carregá-las várias células AA carregadas e, em três ocasiões, também teve o azar de fazê-las formar um circuito estável com várias moedas, chaves etc. no bolso. As temperaturas do bolso subiram muito acima do nível da dor quase instantaneamente e as queimaduras eram uma possibilidade definitiva. O conteúdo do bolso tinha que ser derramado com pressa indecente em cada ocasião. Embora nenhuma célula tenha dado qualquer indicação de dano mecânico, se alguém tivesse 'explodido' de alguma maneira sob tal abuso, eu teria ficado mais triste, mas não surpreso.

É improvável que um medidor ajustado para 10A seja danificado ao causar curto-circuito em uma única célula AA NimH por curtos períodos. Mais de uma célula em série ou maior que AA pode causar desmembramento da célula ou conflagração ou desmembramento dos medidores internos. Alguns medidores são fundidos em sua faixa de 10A, mas muitos não são (e os mais baratos que eu já vi não são). O uso prolongado de sobrecorrente na faixa 10A pode destruir a derivação 10A e, possivelmente, o próprio medidor alguns milissegundos depois.

Shorts curtos com baterias PODEM causar reduções desproporcionais na capacidade em comparação com a energia real consumida e PODER causar degradação permanente a longo prazo nas células secundárias. Eu não notei que este é o caso, mas YMMV.

Após um curto-circuito na célula Eneloop mencionada acima por um total de cerca de 5 segundos a 7A, foram necessários cerca de 40 mAh de carga para restaurá-la à capacidade total. Saída de energia ~ = 1V diz x 7A x5 segundos = 35 Joules. Energia de restauração ~~ = 1.4V x 40 mAh ~ = 200 Joules. Esta amostra de teste (1 item) é muito pequena e descontrolada para permitir qualquer boa conclusão, mas é interessante.

Na pior das hipóteses, parece provável que, sob curto-circuito completo, uma célula possa dissipar em torno de 10 Watts internamente, e geralmente menos do que isso. Meu teste informal de bolso de células NimH sob alta descarga por provavelmente 10 a 20 anos indica que eles tolerarão isso sem auto-desmantelamento (pelo menos para a pequena amostra que experimentei) e meu uso se um flash em muitas ocasiões de AA alcalina células para que fiquem quentes demais para manusear sugere que isso também tolera descargas pesadas e altas temperaturas "bem o suficiente".

Portanto, eu não esperaria que o teste de curto-circuito de qualquer célula alcalina ou NimH AA, conforme descrito acima, fosse fisicamente perigoso. Mas se alguma vez fosse, eu não ficaria totalmente surpreso.

Se a corrente estiver muito alta, queimará o fusível no multímetro ou queimará a bateria.

A Wikipedia diz que a bateria Energizer AA tem uma resistência interna de cerca de 0,15R à temperatura ambiente. Isso fornece cerca de 10A de corrente. No entanto, a resistência interna do multímetro agora pode ter um efeito, reduzindo a corrente.

Em vez disso, compre um resistor muito pequeno, por exemplo, 0,01R, com alta potência e coloque-o na bateria. Em seguida, meça a tensão no resistor e use a lei de Ohms para calcular a corrente. Dessa forma, você protege seu multímetro e a resistência à derivação do multímetro não tem efeito.

Nota

A resposta acima pressupõe uma bateria alcalina AA. Como diz Spehro, outros tipos podem ser perigosos.

Certamente não matará o multímetro, mas a tensão cairá tão rapidamente (e a corrente com ele) que você não poderá medir muito. Um segundo para essa configuração não é realmente um curto período de tempo. Uma configuração possível seria testar com um trimpot ou potenciômetro em série, registrando a tensão ao longo do tempo e analisando os resultados. Mas isso seria muito trabalho. Você precisaria começar com o pote em um valor máximo (digamos 500R) e registrar a curva de descarga. Em seguida, reduza gradualmente e repita, sempre com uma bateria nova, até atingir um valor que descarrega a bateria mais rápido que 1s. Observe que, neste caso, você usará o multímetro para medir a tensão, não a corrente, pois

Mas geralmente o fabricante da bateria já fez esse trabalho para você. Se você puder encontrar a folha de dados da bateria específica que deseja usar, ela provavelmente possui essas informações.

Isso pode realmente ser perigoso, especialmente se for o tipo de célula que possui uma capacidade de corrente alta (por exemplo, NiCd). Na minha experiência, não é perigoso, se feito por um curto período de tempo com células alcalinas e de zinco-carbono, mas ainda assim a prudência sugeriria certamente usar óculos de segurança e conter a célula em algo não inflamável. Sabe-se que as células NiCd (mesmo as baterias de 9V de aparência benigna) explodem violentamente quando células de lítio em curto-circuito e não protegidas capturam fogo - e as células NiMH podem liberar gás hidrogênio quente e eletrólitos sob algumas condições. A corrente de curto-circuito das células NiCd pode exceder em muito a classificação de 10 A do seu medidor, portanto, é possível que o medidor ou os fios de teste possam ser danificados.

Não será realmente muito útil para a operação normal - você pode procurar a tensão no seu medidor ao ler 10A (talvez 100mV) e obter algum tipo de estimativa da resistência interna, mas há efeitos eletroquímicos ("polarização" ) que fará com que a corrente de curto-circuito caia rapidamente do pico. À medida que a célula descarrega, a resistência interna aumenta, não dando uma boa idéia do que acontece durante a vida da célula, se você estiver consumindo corrente em pulsos curtos.

Se seu objetivo é ter uma idéia da corrente máxima de falha (por exemplo, para a corrente de ruptura dos circuitos de proteção), pode ser um exercício útil.

Método 1. Para medir com segurança e precisão a corrente quase de curto-circuito de uma bateria, é necessário configurar uma carga pulsada. Essa carga pode consistir em um oscilador com ciclo de trabalho baixo, digamos, 10 ms de pulso por segundo, acionando a base de um transistor de potência NPN como o 2N3055. Conecte um resistor de 1 ohm 1W da bateria + ve ao coletor do transistor; emissor e bateria são conectados juntos ao terra do oscilador. Use o osciloscópio para medir o pulso de tensão no resistor: um pulso de 10V significa que a bateria está fornecendo pulsos de corrente de 10A. Observe que este método mede usando um curto-circuito próximo ; é difícil chegar muito mais perto de um verdadeiro curto-circuito.

Método 2. Este método mede a resistência interna da bateria sem consumir corrente. Conecte um capacitor de 1000uF (tipo eletrolítico, observe a polaridade!), A bateria, um resistor de 50 ohm e um oscilador em série, onde o oscilador pode ser um instrumento de laboratório capaz de fornecer, por exemplo, onda senoidal de 100 Hz 1V rms em 50 ohm. Use o osciloscópio para medir as tensões pico a pico na bateria e nos 50 ohms. Sua relação dá a bateria resistência interna que se pode esperar para ser o único limite na corrente inicial, se a bateria deve ser curto-circuito.

As sondas de teste apresentarão uma fonte significativa de resistência e você não obterá uma medida precisa da potência, a menos que seu projeto final também use pressão manual das sondas de teste nos contatos da célula.

Considere a possibilidade de montar um suporte de bateria de teste com plugues banana que você possa conectar ao seu multímetro. Procure um suporte de bateria que tenha um bom contato mecânico. Isso fornecerá mais energia da bateria, diminuindo a resistência do contato - e em aplicações de alta corrente como essa, será uma fonte significativa de perda de energia.

Mas mesmo os suportes de bateria (pelo menos os comuns) não são destinados a mais de 1A de corrente. Grupos como construtores de lanternas e entusiastas de modelos de controle de rádio se deparam com esse problema e, das várias sugestões que vi, parece que o melhor é usar a trança de cobre para enfrentar os contatos da mola e depois soldar um fio de calibre mais pesado na trança de cobre . Isso apresenta um contato de alta corrente e baixa resistência à bateria e permite que você obtenha o máximo de corrente possível da bateria.