Como medir a capacidade de uma bateria de íons de lítio

Comprei uma bateria de íon de lítio para uma câmera (muito mais barata que a substituição da marca, mas não excessivamente barata em comparação com as pilhas AAA de íon de lítio com carga semelhante). No entanto, tenho dúvidas de que tenha a capacidade que alega no pacote (em mAH). Existe uma maneira simples de verificar as alegações sobre a embalagem, mais precisas e menos demoradas do que executar alguns benchmarks com a câmera e uma bateria de comparação? Ou seja, existe algum dispositivo / método que, dada uma bateria de íon de lítio que supostamente está totalmente carregada, determina:

• Na verdade, está totalmente carregado
• Qual é a sua carga atual em mAH

Avaliar a carga completa é a parte mais fácil.

• Método (a) Uma bateria de célula única de íon de lítio totalmente carregada terá uma tensão de circuito aberto de cerca de 4,2 Volts *. (4.1 a 4.2 OK. 4.0 não está lá. 4.3 - um pouco alto.) Algumas câmeras usam duas células - o dobro das tensões esperadas. Laptops e outros dispositivos maiores usam 3 ou mais células. A tensão deve ser um múltiplo da tensão acima. [* Existem variantes que permitem tensões mais altas. A menos que você tenha CERTO que isso inclui o seu, assuma que não. Entender errado pode ser 'perturbador'.
  (ou seja, N x (4.1 a 4.2V))

• Método (b) Use um carregador de boa qualidade (por exemplo, um fornecido pelo fabricante da câmera ou um de qualidade conhecida) que possua uma "luz de carregamento".

  Coloque a bateria carregada no carregador. Dependendo de quanto tempo desde a última vez que foi carregada, a luz de carregamento deve piscar ou talvez permanecer acesa por um minuto ou dois e depois se apagar.

  Retire a bateria do carregador. Aguarde 10 segundos. Coloque a bateria de volta no carregador. A luz de carga deve piscar brevemente e se apagar.

Avaliar a capacidade é mais difícil, mas não difícil.

(a) você pode obter alguma indicação, para baterias nominalmente iguais, a partir do peso. Uma parte significativa do peso de uma bateria de íons de lítio envolve componentes ativos, elétrica ou mecanicamente (separadores, condutores, eletrólito e (é claro), metal de lítio. Duas baterias da mesma capacidade nominal devem ter pesos semelhantes. Uma diferença de 10% pode ser devida ao acaso e à construção, mas além disso, eu suspeitaria: em baterias maiores e mais pesadas, esse teste funcionará melhor do que em baterias muito pequenas.

De interesse, para células AA NimH, este é um excelente indicador. Os AA modernos de alta capacidade que reivindicam capacidade de 2500 mAh + devem estar na faixa de vinte gramas - digamos 26 gramas mais com alguns com pouco mais de 30 gramas. Qualquer coisa abaixo de 20 gramas é um fracasso completo e qualquer coisa de 25 gramas ou menos é suspeita.

(b) Para qualquer tipo de precisão, você precisa descarregar a bateria até um "ponto final" e medir a capacidade. Nenhum outro método razoavelmente disponível para você está disponível. Existem outros métodos, como medir a mudança de tensão durante um determinado período de tempo sob uma determinada carga e tentar avaliar onde você está na curva de descarga. É difícil de acertar e precisa de experiência e certo grau de sorte. Medir o tempo de descarga é "mais fácil".

O melhor é uma carga de corrente constante, que pode ser feita facilmente com, por exemplo, um LM317 e um resistor, mas presumo que, por enquanto, você não deseja fazer isso. Pergunte se estiver interessado.

Um resistor de descarga que leva pelo menos uma hora para descarregar deve ser usado. Você pode usar um motor ou lâmpada ou câmera ou ... mas um resistor tem algumas vantagens.

R mínimo ~ = (Células_em_ bateria x 4000) / mAh

por exemplo, se você tiver uma bateria de 1 célula (Voc = ~ 4.2V) com capacidade de 1500 mAh,

• R = células x 4000 / mAh = 1 x 4000/1500 = 2.666 ohm ~ = 3 ohm ou 3,3 ohm (valor padrão)

Use o próximo maior resistor que o valor calculado.
Até várias vezes maior está OK, mas levará proporcionalmente mais tempo.

Classificação da potência do resistor: Potência do resistor = V ^ 2 / R = (4 x número de células) / R

Por exemplo, para o resistor de célula única e 3 ohm acima, a potência mínima é

• 4 x 1/3 = 1,333 Watt.

Use um resistor de 2 watts ou mais.

Método:

Descreverei isso brevemente, pois não conheço o seu nível de experiência. Isso pode ser fácil de seguir ou difícil. Se difícil, faça mais perguntas.

• Conecte os fios temporários aos terminais da bateria. Dois clipes de papel dobrados na extremidade apoiados no terminal são planos e acessíveis e mantidos com peso ou fita. Os fios inseridos no ID do conector não estão acessíveis ao público. Algumas baterias não fornecerão energia até você dar um aperto de mão secreto. mas a maioria vai.

Bateria com terminais acessíveis.

Abaixo: Acesso mais difícil aos terminais. Dois pinos de confecção de roupas ou dois fios podem funcionar aqui, MAS NÃO CURTOS JUNTOS !!! SE VOCÊ NÃO É CONFORTÁVEL, FAZER ISSO NÃO O FAZ.

• Monitore toda a tensão da bateria. Multímetro conectado aos fios da bateria e definido na faixa apropriada.

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

• Conecte o resistor aos fios da bateria. Inicie um cronômetro. Monitore a tensão. Pare em 3,2V por célula. NÃO DESCARREGAR ABAIXO DE 3 VOLTS POR CÉLULA. PARAR EM 3.2V É UMA "BOA IDÉIA". Uma bateria de íon de lítio pode ser danificada seriamente por descargas muito profundas. Defina um cronômetro. NÃO deixe isso correndo e vá embora.

Abaixo: Curva de descarga típica da bateria de íon-lítio 1 célula.

O melhor método é fazer isso com baterias genuínas e clonadas e comparar os tempos.

• Método (c) Mais fácil :-).

Use uma câmera Defina para vídeo ou fotos programadas. Observe os tempos de início e fim do quadro. Comparar.

As principais vantagens são

• "definir e esquecer

• não brinca com as conexões da bateria

• temporização automática.

ATUALIZAÇÃO - 1º de janeiro de 2013 - feliz ano novo.

Acabei de ser questionado por alguém sobre o circuito LM317 que mencionei para descarga constante de corrente. Aqui está um exemplo. Copiei isso da página muito útil e relevante sobre a condução por LED - aqui e eles, por sua vez, copiaram de uma folha de dados do LM317.

A consulta off-line dizia

• Você mencionou uma maneira de usar o LM317 para determinar a capacidade da bateria. Preciso verificar uma bateria de íon de lítio com capacidade de cerca de 1700mAh.
  O que você recomenda para medir esse tipo de capacidade da bateria em um tempo razoável, como 3-4 horas.

Uma bateria de 1700 mAh seria descarregada em 3 horas por 1700/3 = ~ 570 mA e em 4 horas por 1700/4 ~ = 425 mA. Portanto, usar cerca de 500 mA e ver quanto tempo leva dará uma medida da capacidade da bateria.
A corrente da carga3 no circuito acima é
Iout = Vref / R1, portanto

R1 = Vref/Iout
For an LM317 Vref = 1.25V so for 500 mA
R1 = V/I = 1.25V / 0.5A = 2.5 Ohm.
Power in R1 = I^2 R = 0.5^2 x 2.5 or about 0.7 Watt.
A 1 Watt resistor would probably survive this - a 2 Watt or 5 Watt would be better.
The LM317 will dissipate V_LM317 x I = (Vbattery - Vref) x I = (4.2-1.25) x 0.5 =~ 1.5 Watt. So a heatsink or piece of Aluminum or other thermally conductive material on the LM317 will be "a good idea". I use 4.2 V for the battery voltage. It will drop as the battery discharges.

Observe que, em muitos casos, uma bateria de 1700 mAh LiIon pode ser descarregada com segurança a uma taxa de até 1 ° C - = 1700 mA neste caso. Mais seguro é C / 2 = 850 mA. A taxa máxima permitida real deve ser definida pelo fabricante. Use Imax = C / 2 se não houver dados disponíveis. Isso geralmente será seguro, mas "advertência emptor" / "YMMV" .... Se utilizar uma taxa mais alta, a dissipação de energia no resistor e no LM317 será maior e serão necessárias alterações. Alguns LM317 suportam 1A máx. Alguns vão lidar com 1.5A. (Alguns pacotes menores <1A). Veja a folha de dados. O LM350 é uma versão big brother do LM317 que funciona em vários amplificadores.

A tensão do ponto final da bateria deve ser a tensão do ponto final que você usará em seu sistema. Conforme meus comentários acima, isso NÃO DEVE SER abaixo de 3,0V para evitar danos à bateria, e maior é mais seguro. Você precisa ficar de olho nisso se parar a descarga manualmente OU configurar um sistema de corte automático. Como você faz isso e como cronometra o período de alta depende de você.

Sim, você precisa de uma carga simulada e uma maneira de medir a tensão (ou seja, multímetro)

Pode ser tão simples quanto um resistor, mas a corrente cairá ao lado da tensão, portanto, o mAh é um pouco "mais difícil" de calcular. Uma carga fictícia constante constante é provavelmente preferível. Isso pode ser comprado como um IC, ou feito facilmente com um opamp ou com alguns transistores (você pode usar um, mas não tão preciso, uma coisa chamada código de cas é melhor)

De qualquer maneira, digamos que sua bateria comece com 4V totalmente carregada (geralmente em torno de 4,1 a 4,2V) e você coloque um resistor de 40 ohm sobre ela. Isso fará com que 100mA de corrente flua. Se você medir a tensão regularmente, poderá calcular a corrente que flui. Quando a bateria estiver descarregada, você poderá integrar as leituras coletadas para fornecer a capacidade da bateria em mAh. Portanto, se você leu a cada hora e obtém 10 leituras de 100mA antes que a bateria seja considerada descarregada (em torno de 3V, normalmente, é bom ser o que o fabricante testar, mas a tensão cairá bastante acentuadamente no final da capacidade), você tem 1000mAh bateria (na realidade, a corrente cairá, a menos que você use uma carga de corrente constante)

Observe que as baterias geralmente terão menos capacidade em correntes mais altas; portanto, se você desenhar 1A, o mAh geral será menor. Eu selecionaria um valor baixo o suficiente para que a bateria funcionasse razoavelmente (independentemente do que os fabricantes testaram, se houver uma folha de dados disponível - provavelmente muito baixa)

Você deve acabar com algo assim quando plotar seus resultados (observe que o eixo x está em horas Amp:

C é a taxa de descarga necessária para descarregar em 1 hora; portanto, para uma bateria de 1000mAh, 0,1C é 100mA, 1C é 1A, 18 C é 18A. Você pode ver como a capacidade cai com taxas de descarga mais altas. NOTA - (como Russell mencionou) não tente descarregar em grandes correntes (por exemplo, muito acima de 1C), a menos que você tenha certeza absoluta de que a bateria pode lidar com isso (por exemplo, algumas baterias de câmeras e baterias de RC podem descarregar a taxas enormes). A foto acima é pretende apenas ser um exemplo de curvas de descarga.

Verifique também se o resistor (se você usa um) é preciso (1% ou menos, se você puder) e classificado quanto à energia que você precisa. Para o exemplo acima em 0,1A e 4V, você tem 0,4W, portanto, você precisa de pelo menos um resistor de 0,5W e 40 ohm.

Para informações: estive medindo células de íons de lítio com corrente constante de 100mA e tensão de corte mínima de 3,5. As 14500 células gerais e baratas, carimbadas com 4000 mAhr, mostram capacidade de 150 a 325 MaH. O maior 16850 também carimbado em 4000 mAh mostra capacidade de 1000 a 1600 mAh. Recentemente, desmontei baterias antigas de laptop e descobri que eram do tipo 16850, mas todas tinham capacidade de 1760 mAh. A execução de taxas de descarga mais altas reduz drasticamente a capacidade, conforme mencionado neste artigo. É melhor quantificar os requisitos de capacidade da bateria de acordo com o projeto do seu circuito para determinar o tempo real de uso. A dificuldade é encontrar baterias para comprar classificações "honestas" desse estado.

Não sei se alguém vai ler essa resposta, já que faz anos desde a última, mas aqui está a minha abordagem: tive a mesma pergunta: qual é a capacidade da minha bateria Li-ion.

Bem, eu imaginei o que realmente me interessava: quanta carga é entregue entre um estado totalmente carregado e a bateria desligada. Desligar, no meu caso, significava que o equipamento começou a apitar, o que significa que queria ser recarregado.

Para carregar a bateria, eu uso um cabo USB simples, mas com um dispositivo que mede tensão, corrente, tempo e total de miliAmp-hora. Esses aparelhos podem ser encontrados na internet e são baratos.

Portanto, para determinar a capacidade da bateria de íon de lítio em mãos, deixe-a morrer e recarregue-a. A quantidade de mAh mostrada no dongle de recarga é a capacidade efetiva.

Entendo que as baterias de íon de lítio não esquentam nem nada, e qualquer mAh que entra durante o carregamento também está disponível para descarga em operação. Portanto, o número que você encontra totalmente carregado deve lhe dar a resposta.