- Вимірювання ємності літій-іонного акумулятора 18650 без спеціальних вимірювальних приладів. Ділюся...
- Літій-іонний акумулятор 18650.
- Вимірювання ємності акумулятора 18650.
- Бюджетний варіант вимірювання ємності літій-іонного акумулятора.
- Вимірювання ємності акумулятора без вимірювальних приладів.
- Спостереження і поправки.
- Невеликий огляд USB-тестера
Вимірювання ємності літій-іонного акумулятора 18650 без спеціальних вимірювальних приладів.
Ділюся думкою, як найпростіше виміряти ємність акумулятора, не купуючи дорогих вимірювальних приладів. В якості піддослідного узятий літій-іонний акумулятор 18650, але мій спосіб вимірювання ємності підійде і інших елементів живлення.
У першій частині статті описується бюджетний варіант вимірювання ємності за допомогою дешевого USB-тестера .
У другий - вимір ємності літій-іонного акумулятора без використання вимірювальних приладів (Без мультиметра і USB-тестера).
На завершення статті наведено невеликий огляд і кілька фотографій USB-тестера надісланого з Китаю .
Акумулятори Li-Ion.
У сучасних електронних пристроях масово використовуються літій-іонні (Li-Ion) акумулятори різних форм і розмірів.
Незалежно від типорозміру всі вони мають схожі характеристики і за великим рахунком відрізняються лише ємністю.
Як правило, зустрічаються акумулятори з номінальною напругою 3,7 Вольт (хоча бивютна і на 3,8 Вольт).
Li-Ion акумулятори на 3,7 В не можна заряджати вище напруги 4,23 В і не можна розряджати нижче 2,5 В, в іншому випадку виникне необоротний процес і елемент залишиться тільки викинути. Розряджати і заряджати акумулятор можна до будь-якого значення (він не володіє ефектом пам'яті), аби напруга знаходилося в діапазоні від 2,5 до 4,23 В. Однак повністю розряджений акумулятор слід якомога швидше зарядити, щоб він передчасно не втратив свою ємність.
Також літій-іонні акумулятори відрізняються один від одного наявністю захисту. Акумулятор може бути без електронного захисту (просто гальванічний елемент), а може мати вбудовану схему, яка захищає елемент від надмірного розряду, перезарядження і перегріву.
Але як-би ви не оберігали і не стежили за станом акумулятора, ємність його згодом буде неухильно падати. Чим вище температура експлуатації і більше циклів заряду-розряду проводиться, тим швидше акумулятор старіє.
Літій-іонний акумулятор 18650.
Акумулятори 18650 з батареї ноутбука
18650 - це позначення найбільш часто зустрічається Li-Ion акумулятора, розміри якого трохи більше звичайної пальчикової батарейки (18 × 65 мм). Все що відноситься до акумулятора 18650, можна застосувати і до інших літій-іонним акумуляторам!
Типорозмір акумуляторів 18650 часто використовується в потужних ліхтариках, лазерах, різної електроніці. З елементів 18650 зібрані акумуляторні батареї ноутбуків, деяких шуруповертов і навіть електромобілів.
Якщо ви купуєте фірмовий акумулятор, то він швидше за все має вбудовану електронну захист. Дешеві ж китайські акумулятори, замовлені наприклад на Aliexpress, не мають захисту. Крім того їх ємність зазвичай в кілька разів нижчою від заявленої.
Вимірювання ємності акумулятора 18650.
Ємність літій-іонних акумуляторів зазвичай позначається в міліампер-годинах (mAh). Якщо на вашому елементі 18650 є напис виду «1800» або «2200", це і є його заявлена ємність. Більш коректно вимірювати ємність в Ватт-годинах, але при маркуванні елементів вказують виключно міліампер-годинник.
Для вимірювання ємності АКБ, зарядки та інших досліджень існує безліч спеціальних пристроїв в широкому ціновому діапазоні. Найбільш відоме з них, IMAX, коштує близько 2000 рублів. Така покупка виправдає себе, тільки якщо ви щодня займаєтеся зарядкою акумуляторів різних типів.
Бюджетний варіант вимірювання ємності літій-іонного акумулятора.
USB-тестер з Китаю (Aliexpress)
Заради чого все затівалося? Акумулятор мого ноутбука став дуже швидко розряджатися. Як правило, акумуляторна батарея складається з 6 елементів 18650. Якщо навіть один елемент вийде з ладу, це позначається на працездатності батареї в цілому. Тому я вирішив з'ясувати, ємність якого з елементів зменшилася, щоб замінити його на новий. Елементи з батареї з ноутбука, а також більшість бюджетних акумуляторів типорозміру 18650 не мають індивідуального захисту, тому при роботі з ними не можна допускати сильного розряду або перезаряду.
Порядок роботи
- Перед вимірюванням ємності досліджуваний елемент 18650 слід від'єднати від інших елементів схеми і повністю зарядити (до 4,23 В). Подивився у китайців недорогі зарядні пристрої та за відгуками зрозумів, що через їх низьку якість багато людей вже зіпсували свої акумулятори. Для своїх же цілей я купив найдешевший Powerbank. Це коробка з електронним перетворювачем на 1 або кілька акумуляторів 18650, яка крім прямого призначення дозволяє заряджати акумулятор до напруги 4,23 В і розряджати до 2,5 В.
Для зарядки достатньо поставити всередину Powerbank акумулятор і підключити його до звичайної зарядки від мобільного телефону. - Коли акумулятор повністю зарядився, відключаємо Powerbank від телефонної зарядки.
Акумулятор готовий для виміру ємності. Що нам тепер потрібно, так це куплені на тому ж Aliexpress USB-тестер (220 рублів) і навантажувальний резистор (50 рублів).
Просто підключаємо USB-тестер одним кінцем до Powerbank, а іншим - до навантажувальні резистори. Будьте уважні при покупці, USB-тестери бувають різні. Деякі USB-тестери показують тільки струм і напругу, але нам потрібен той, який крім в добавок до них вимірює ще й ємність!
Кілька фотографій і невеликий огляд USB-тестера в кінці статті
Вимірювання ємності акумулятора без вимірювальних приладів.
Схема саморобного USB-тестера, вимір ємності Li-ion акумулятора 18650
Мав намір дізнатися ємність акумулятора вищеописаним способом, але прийшов через 2 місяці з Китаю USB-тестер виявився несправним, тому вирішив виміряти ємність без вимірювальних приладів.
На щастя Powerbank у мене вже був. Пристрій його такий, що з одного боку він не дає розрядити акумулятор нижче допустимого напруги, а з іншого, підтримує постійні 5 Вольт на свій вихід. Якщо підключити до виходу 5 Вольт резистор величиною 5 Ом, то отримаємо струм розряду 1 ампер. І ця величина теоретично повинна підтримуватися протягом всього часу розряду. Струм (1 А) і напруга (5 В) відомі, залишилося засікти час. Щоб не сидіти годину з таймером в руці, до виходу Powerbank паралельно пятіомному резистору слід приєднати звичайний побутовий електромеханічний будильник (годинник). Але годинах потрібно 1,5 вольта (напруга пальчикової батарейки), а у нас цілих 5. Тому підключаємо годинник через дільник напруги, що складається з двох резисторів - 470 і 1070 Ом. Якщо у вас є мультиметр, можна замість цих резисторів використовувати змінний резистор на 470 Ом - 1,5 кОм, виставивши на вході годин 1,5-1,8 Вольт.
Отже, ставлю стрілки на 12:00 і підключаю баласт з годинником до Powerbank. Через деякий час акумулятор розрядиться до 2,5 Вольт. Powerbank при цьому відключається, годинник зупиняються і стрілки відображають час. У моєму випадку час розряду склало 50 хвилин (50 хв / 60 = 0,83 години).
Тепер обчислюємо ємність акумулятора.
Якби ми хотіли розрахувати ємність Powerbank, як самостійного пристрою, просто перемножили б ток і час: 1А * 0,83ч = 0,83 Ач або 830 міліампер-години.
Але нам потрібно знати ємність акумулятора 18650, тому слід помножити результат на співвідношення напруги Powerbank (U.pwb) до номінальної напруги елемента 18650 (U.акб). До того ж, для більш точного результату все розділимо на коефіцієнт корисної дії перетворювача Powerbank, рівний приблизно 0,95.
З урахуванням вищесказаного остаточна формула обчислення ємності акумулятора відображається:
I * t * U.pwb / U.акб / ККД = 1А * 0,83ч * 5В / 3,7 / 0,95 = 1.18 Ач (1180 міліампер-година)
Спостереження і поправки.
В ході експерименту виявилося виникнення пульсацій, що заважають роботі годин. Тому паралельно їх входу (на місце батарейки) довелося припаяти конденсатор. Ємність, при якій схема працює стабільно - 100 микрофарад (можна більше), напруга конденсатора будь-яке, але не менше 5 вольт.
Під час розряду баластовий резистор величиною 5 Ом розжарюється вище 100 градусів, тому не хапайтеся за нього. Паяйте схему так, щоб цей резистор не торкався корпусу Powerbank'a або конденсатора, інакше вони розплавляться.
Якщо хочете, щоб розряд йшов швидше, використовуйте 2 резистора по 5 Ом спаяних паралельно, ток в цьому випадку подвоїться а час розряду вдвічі скоротиться. На відео в прискореному режимі продемонстровано роботу годин з кроковим двигуном, які теж виявилися китайськими і в лежачому положенні періодично заклинювало. Для подальших для дослідів підключив радянські годинник з маятниковий механізмом, які працюють абсолютно стабільно.
Для зручності можна розрахувати ціну поділки циферблата у відповідності зі своєю схемою і розмітити шкалу в Амер-годинах і / або в Ватт-годинах. У цьому випадку на годиннику завжди буде готовий результат і додаткові розрахунки ніколи не знадобляться.
Невеликий огляд USB-тестера
Отже, короткий огляд USB-тестера купленого в Китаї через сайт Aliexpress - все що вдалося зняти до його виходу з ладу.
Після отримання та розпакування вирішив перевірити працездатність тестера. Для цього підключив його між зарядним пристроєм і смартфоном. Можна побачити, що при цьому пристрій показує напругу, струм, що тече споживану потужність, час роботи і витрачену енергію (Ват-година). Для виміру ємності акумулятора досить включити USB-тестер між акумулятором і навантажувальним резистором, після повного розряду акумулятора USB-тестер відключиться і виміряна ємність збережеться в його пам'яті. Однак далі теорії справа не пішла, тому що тестер виявився бракованим. При підключенні навантаження в 5 Ом, що відповідає 1 амперу, пристрій перестало відображати струм та інші підлягають виміру параметри, хоча заявлений допустимий струм навантаження - 3 Ампера. В кінці відеоролика демонструється робота мишки, підключеної до ноутбука через USB-тестер. Тут тестер вже в несправному стані. Раніше заміряний їм же струм мишки становив від 10 до 30 міліампер для стану спокою і активності відповідно, тепер струм не відображається.
USB-тестер в розібраному вигляді: 
Корзина пуста
