So messen Sie die Kapazität eines Lithium-Ionen-Akkus

Ich habe einen Lithium-Ionen-Akku für eine Kamera gekauft (viel billiger als der Markenersatz, aber nicht unangemessen günstig im Vergleich zu AAA-Li-Ionen-Akkus mit ähnlicher Ladung). Ich habe jedoch Zweifel, dass es die Kapazität hat, die es auf der Verpackung angibt (in mAh). Gibt es für mich eine einfache Möglichkeit, die Behauptung auf der Verpackung grob zu überprüfen, die präziser und weniger zeitaufwendig ist, als einige Benchmarks mit der Kamera und einem Vergleichsbatterie durchzuführen? Dh gibt es ein Gerät / eine Methode, die bei einem Lithium-Ionen-Akku, der angeblich voll aufgeladen ist, Folgendes bestimmt:

• Ist es tatsächlich voll aufgeladen
• Was ist seine aktuelle Ladung in mAH

Das Einschätzen der vollen Ladung ist der einfache Teil.

• Methode (a) Ein vollständig geladener Lithium-Ionen-Einzelzellen-Akku weist eine Leerlaufspannung von ca. 4,2 Volt * auf. (4,1 bis 4,2 OK. 4,0 nicht ganz da. 4,3 - ein bisschen hoch.) Einige Kameras verwenden zwei Zellen - die doppelte erwartete Spannung. Laptops und andere größere Geräte verwenden 3 oder mehr Zellen. Die Spannung sollte ein Vielfaches der obigen Spannung sein. [* Es gibt Varianten, die höhere Spannungen zulassen. Wenn Sie nicht BESTIMMT sind, dass dies auch Ihren einschließt, gehen Sie davon aus, dass dies nicht der Fall ist. Falsch auszudrücken kann ärgerlich sein.
  (dh N x (4,1 bis 4,2 V))

• Methode (b) Verwenden Sie ein qualitativ hochwertiges Ladegerät (z. B. eines des Kameraherstellers oder eines von bekannter Qualität), das über eine Ladeanzeige verfügt.

  Legen Sie den "geladenen Akku in das Ladegerät". Je nachdem, wie lange es her ist, sollte die Ladeanzeige entweder blinken oder für ein oder zwei Minuten eingeschaltet bleiben und dann erlöschen.

  Nehmen Sie den Akku aus dem Ladegerät. Warten Sie 10 Sekunden. Setzen Sie den Akku wieder in das Ladegerät ein. Die Ladeanzeige sollte sehr kurz blinken und erlöschen.

Die Bewertung der Kapazität ist schwieriger, aber nicht schwierig.

(a) Aus dem Gewicht können Sie einen Hinweis für nominell gleiche Batterien ableiten. Ein wesentlicher Teil des Gewichts eines LiIon-Akkus besteht aus elektrisch oder mechanisch aktiven Komponenten (Separatoren, Leiter, Elektrolyt und (natürlich) Lithiummetall. Zwei Akkus mit der gleichen Nennkapazität sollten ein ähnliches Gewicht haben. Ich schätze, dass a Ein Unterschied von 10% kann auf Zufall und Konstruktion zurückzuführen sein, aber darüber hinaus wäre ich misstrauisch. Bei größeren und schwereren Batterien funktioniert dieser Test besser als bei sehr kleinen Batterien.

Für AA-NimH-Zellen ist dies ein ausgezeichneter Indikator. Moderne Hochleistungs-AAs mit einer Kapazität von 2500 mAh + sollten im hohen Bereich von 20 g liegen - etwa 26 g plus und etwas mehr als 30 g. Alles unter 20 Gramm ist ein kompletter Dud und alles unter 25 Gramm ist verdächtig.

(b) Für jede Art von Genauigkeit müssen Sie die Batterie bis zu einem "Endpunkt" entladen und die Kapazität messen. Es ist keine andere Methode verfügbar, die Ihnen angemessenerweise zur Verfügung steht. Es gibt andere Methoden, z. B. die Messung der Spannungsänderung über eine bestimmte Zeit unter einer bestimmten Last und den Versuch, festzustellen, wo Sie sich auf der Entladekurve befinden. Dies ist schwierig zu erreichen und erfordert Erfahrung und ein gewisses Maß an Glück. Die Messung der Entladezeit ist "einfacher".

Am besten ist eine Konstantstromlast, die sehr einfach hergestellt werden kann, z. B. mit einem LM317 und einem Widerstand, aber ich gehe vorerst davon aus, dass Sie das nicht wollen. Bei Interesse fragen.

Es sollte ein Entladewiderstand verwendet werden, dessen Entladung mindestens eine Stunde dauert. Sie könnten einen Motor oder eine Lampe oder eine Kamera verwenden oder ... aber ein Widerstand hat einige Vorteile.

R Minimum ~ = (Zellen_in_Batterie x 4000) / mAh

zB wenn Sie einen 1-Zellen-Akku (Voc = ~ 4,2 V) mit einer Kapazität von 1500 mAh haben

• R = Zellen × 4000 / mAh = 1 × 4000/1500 = 2,666 Ohm ~ = 3 Ohm oder 3,3 Ohm (Standardwert)

Verwenden Sie den nächstgrößeren Widerstand als den berechneten Wert.
Bis zu ein Vielfaches größer ist OK, aber es wird proportional länger dauern.

Widerstandsleistung: Widerstandsleistung = V ^ 2 / R = (4 x Zellenzahl) / R

zB für die obige Einzelzelle und den 3 Ohm Widerstand ist die minimale Wattzahl

• 4 x 1/3 = 1,333 Watt.

Verwenden Sie einen Widerstand von 2 Watt oder mehr.

Methode:

Ich werde dies kurz beschreiben, da ich Ihr Erfahrungsniveau nicht kenne. Dies kann leicht zu befolgen oder schwierig sein. Wenn es schwierig ist, stellen Sie weitere Fragen.

• Befestigen Sie temporäre Kabel an den Batterieklemmen. Zwei Büroklammern, die am Ende gebogen sind und auf dem Terminal aufliegen, sind flach und zugänglich und werden mit Gewicht oder Klebeband gehalten. In den Stecker eingesteckte Drähte sind nicht frei zugänglich. Einige Batterien liefern erst Strom, wenn Sie ihnen geheime Handshakes geben. aber die meisten werden.

Batterie mit zugänglichen Anschlüssen.

Unten: Schwerer zugängliche Terminals. Zwei Anstecknadeln oder zwei Drähte können hier funktionieren, ABER NICHT ZUSAMMEN KURZ !!! WENN SIE NICHT KOMFORTABEL SIND, TUN SIE DAS NICHT.

• Überwachen Sie die gesamte Batteriespannung. Das Multimeter ist an die Batteriekabel angeschlossen und auf den entsprechenden Bereich eingestellt.

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

• Schließen Sie den Widerstand an die Batteriekabel an. Starten Sie einen Timer. Überwachen Sie die Spannung. Stopp bei 3,2 V pro Zelle. ENTLADEN SIE NICHT UNTER 3 VOLT PRO ZELLE. STOPPEN BEI 3.2V IST EINE "GUTE IDEE". Ein LiIon-Akku kann durch Tiefentladung stark beschädigt werden. Stellen Sie einen Timer ein. Lass das NICHT laufen und geh weg.

Unten: Typische Entladekurve für Lithium-Ionen-1-Zellen-Akkus.

Am besten tun Sie dies mit Original- und Klonbatterien und vergleichen die Zeiten.

• Methode (c) Am einfachsten :-).

Verwenden Sie eine Kamera. Stellen Sie Video oder zeitgesteuerte Fotos ein. Beachten Sie die Start- und Endzeiten des Frames. Vergleichen Sie.

Hauptvorteile sind

• "setzen und vergessen

• kein spielen mit batterieanschlüssen

• Selbst-Timing.

UPDATE - 1. Januar 2013 - Frohes Neues Jahr.

Ich wurde gerade von jemandem nach der LM317-Schaltung gefragt, die ich für die Konstantstromentladung erwähnt habe. Hier ist ein Beispiel. Ich habe dies von der sehr nützlichen und relevanten Webseite zum LED-Fahren kopiert - hier und sie haben es wiederum von einem LM317-Datenblatt kopiert.

Die Offsite-Abfrage sagte

• Sie haben eine Methode zur Bestimmung der Akkukapazität mit dem LM317 erwähnt. Ich muss einen Lithium-Ionen-Akku mit einer Kapazität von ca. 1700 mAh überprüfen.
  Was empfehlen Sie mir, um diese Art der Batteriekapazität in einer angemessenen Zeit wie 3-4 Stunden zu messen.

Eine 1700 mAh Batterie würde in 3 Stunden bei 1700/3 = ~ 570 mA und in 4 Stunden bei 1700/4 ~ = 425 mA entladen sein. Wenn Sie also ungefähr 500 mA verwenden und sehen, wie lange es dauert, erhalten Sie ein Maß für die Batteriekapazität.
Der Strom der Last 3 in der obigen Schaltung ist also
Iout = Vref / R1

R1 = Vref / Iout
Bei einem LM317 ist Vref = 1,25
V , bei 500 mA ist R1 = V / I = 1,25 V / 0,5 A = 2,5 Ohm.
Leistung in R1 = I ^ 2 R = 0,5 ^ 2 x 2,5 oder etwa 0,7 Watt.
Ein 1 Watt Widerstand würde dies wahrscheinlich überleben - ein 2 Watt oder 5 Watt wäre besser.
Der LM317 verbraucht V_LM317 x I = (Vbatterie - Vref) x I = (4,2-1,25) x 0,5 = ~ 1,5 Watt. Ein Kühlkörper oder ein Stück Aluminium oder ein anderes wärmeleitendes Material auf dem LM317 ist also "eine gute Idee". Ich benutze 4,2 V für die Batteriespannung. Es fällt ab, wenn sich der Akku entlädt.

Beachten Sie, dass ein LiIon-Akku mit 1700 mAh in vielen Fällen mit einer Rate von bis zu 1 C sicher entladen werden kann - in diesem Fall = 1700 mA. Sicherer ist C / 2 = 850 mA. Die tatsächlich maximal zulässige Rate sollte vom Hersteller festgelegt werden. Verwenden Sie Imax = C / 2, wenn keine Daten verfügbar sind. Dies wird in der Regel sicher sein, aber "Vorbehalt Emptor" / "YMMV" .... Bei Verwendung einer höheren Rate ist die Verlustleistung im Widerstand und im LM317 höher und Änderungen sind erforderlich. Einige LM317 können max. 1A verarbeiten. Einige können mit 1,5 A umgehen. (Einige kleinere pkgs <1A). Siehe Datenblatt. Der LM350 ist eine Big-Brother-Version des LM317, die mit mehreren Ampere arbeitet.

Die Batterieendpunktspannung sollte die Endpunktspannung sein, die Sie in Ihrem System verwenden werden. Gemäß meinen obigen Kommentaren DARF dieser Wert NICHT unter 3,0 V liegen, um eine Beschädigung der Batterie zu vermeiden, und ein höherer Wert ist sicherer. Sie müssen dies entweder im Auge behalten, wenn Sie die Entladung manuell stoppen ODER ein automatisches Abschaltsystem einrichten. Wie Sie dies tun und wie Sie die Entlassungsperiode planen, liegt ganz bei Ihnen.

Ja, Sie benötigen eine Blindlast und eine Methode zur Spannungsmessung (zB ein Multimeter)

Es kann so einfach wie ein Widerstand sein, aber der Strom sinkt neben der Spannung, so dass mAh etwas "schwerer" zu berechnen ist. Eine Dummy-Last mit konstantem Strom ist wahrscheinlich vorzuziehen. Dies kann als IC gekauft werden oder einfach mit einem Operationsverstärker oder ein paar Transistoren hergestellt werden (Sie können einen verwenden, aber nicht so genau, ein Ding namens Kaskode ist besser).

Angenommen, Ihre Batterie startet bei 4 V (normalerweise bei 4,1 bis 4,2 V) und Sie legen einen 40-Ohm-Widerstand darüber. Dadurch fließen 100 mA Strom. Wenn Sie die Spannung regelmäßig messen, können Sie den fließenden Strom berechnen. Wenn die Batterie leer ist, können Sie die erfassten Messwerte integrieren, um die Batteriekapazität in mAh anzuzeigen. Wenn Sie also stündlich ablesen und 10 Messwerte von 100 mA erhalten, bevor die Batterie als leer eingestuft wird (etwa 3 V in der Regel, was auch immer der Hersteller testet, aber die Spannung am Ende der Kapazität ziemlich steil abfällt), haben Sie 1000 mAh Batterie (In Wirklichkeit sinkt der Strom, wenn Sie keine konstante Strombelastung verwenden.)

Beachten Sie, dass Batterien bei höheren Strömen normalerweise weniger Kapazität haben. Wenn Sie also 1A ziehen, ist der Gesamt-mAh-Wert niedriger. Ich würde einen Wert wählen, der niedrig genug ist, damit der Akku eine angemessene Leistung erbringt (was auch immer die Hersteller getestet haben, wenn ein Datenblatt verfügbar ist - wahrscheinlich ziemlich niedrig).

Wenn Sie Ihre Ergebnisse plotten, sollten Sie am Ende so etwas haben (beachten Sie, dass die x-Achse in Amperestunden angegeben ist:

C ist die Entladerate, die zum Entladen in 1 Stunde benötigt wird. Bei einer 1000-mAh-Batterie beträgt 0,1 C 100 mA, 1 C 1A und 18 C 18 A. Sie können sehen, wie die Kapazität bei höheren Entladeraten abnimmt. HINWEIS - Versuchen Sie (wie von Russell erwähnt) nicht, sich bei hohen Strömen zu entladen (z. B. bei Temperaturen über 1 ° C), es sei denn, Sie sind sich absolut sicher, dass der Akku damit fertig wird (z. B. können sich einige Kamera- und RC-Akkus sehr schnell entladen) nur als beispiel für entladungskurven gedacht.

Stellen Sie außerdem sicher, dass der Widerstand (wenn Sie einen verwenden) genau ist (1% oder weniger, wenn Sie können) und für die Leistung ausgelegt ist, die Sie benötigen. Für das obige Beispiel bei 0,1 A und 4 V haben Sie 0,4 W, daher benötigen Sie mindestens einen 40-Ohm-Widerstand von 0,5 W.

Zur Info: Ich habe Lithium-Ionen-Zellen mit einem konstanten Strom von 100 mA und einer minimalen Abschaltspannung von 3,5 gemessen. Es wurde festgestellt, dass die mit 4000 mAhr geprägten, preiswerten 14500 Zellen eine Kapazität von etwa 150 bis 325 mAh aufweisen. Die größeren 16850 mit 4000 mAh zeigen eine Kapazität von 1000 bis 1600 mAh. Ich habe kürzlich alte Laptop-Batterien zerlegt und festgestellt, dass sie vom Typ 16850 sind, aber alle Kapazitäten von 1760 mAh haben. Höhere Entladeraten reduzieren die Kapazität drastisch, wie in diesem Artikel erwähnt. Es ist am besten, die Batteriekapazitätsanforderungen gemäß Ihrem Schaltungsdesign zu quantifizieren, um die tatsächliche Nutzungsdauer zu bestimmen. Die Schwierigkeit besteht darin, Batterien zu finden, um diese "ehrlichen" Bewertungen zu kaufen.

Ich weiß nicht, ob jemals jemand diese Antwort lesen wird, da es Jahre her ist, dass es die letzte ist, aber hier ist mein Ansatz, bei dem ich die gleiche Frage hatte: Was ist die Kapazität meines LiIon-Akkus?

Ich dachte mir, was mich wirklich interessiert: Wie viel Ladung wird zwischen einem voll geladenen Zustand und dem Abschalten des Akkus abgegeben? In meinem Fall bedeutete das Herunterfahren, dass das Gerät piepste und aufgeladen werden wollte.

Zum Laden des Akkus verwende ich ein einfaches USB-Kabel, aber ein Gerät, das Spannung, Strom, Zeit und Gesamt-Milliampere-Stunden misst. Diese Geräte können im Internet gefunden werden und sind billig.

Um die Kapazität des Li-Ion-Akkus zu bestimmen, lassen Sie ihn einfach absterben und laden ihn auf. Die im Aufladedongle angezeigte mAh-Menge ist die effektive Kapazität.

Ich verstehe, dass Li-Ion-Akkus nicht heiß werden und dass mAh, die während des Ladevorgangs eingehen, auch im Betrieb zum Entladen zur Verfügung stehen. Die Nummer, die vollständig aufgeladen ist, sollte Ihnen die Antwort geben.