Как определить емкость батарейки: проверка работоспособности и годности элементов питания мультиметром

Содержание

Как определить емкость пальчиковой батарейки

Емкость батарейки это важный параметр, влияющий на длительность работы. Батареи с большим объемом способны служить дольше не желе те, у которых она маленькая.

Как определить емкость батарейки?

Первым делом необходимо полностью сделать разряд источника питания типа АА. Сделать это можно с помощью обычного электроприбора, например фонарика или микро вентилятора. Машинка от катышков тоже подойдет. Затем возьмите в руки зарядное устройство с авто отключением. Подобные приспособления способны заряжать фиксированной силой тока. На корпусе зарядного устройства указан ток заряда. Обычно он составляет 150 мА.

После этого устанавливаете свой источник питания, засекаете время, и наблюдаете, через какое время зарядное устройство отключится. Батареи, имеющие 2000 – 3000 мА-ч будут заряжаться энергией 150 мА, полдня.

Если тема определение вместимости батарейки для вас очень серьезная, можете заморочиться и приобрести продвинутый зарядный блок. Где есть индикатор, на котором выходят параметры заряда: напряжение, общее количество мА в час и др.

Можно сделать еще проще, взять интеллектуальное зарядное устройство! Оно разряжает аккумуляторы полностью и заряжает их низким током. Подобную операцию устройство повторяет многократно и тем самым восстанавливает максимальную вместимость. Устройство вычисляет вместимость, опираясь на время, затраченное при зарядке.

Формула для измерения емкости

Q – емкость батарейки или ее заряд. U – напряжение. E – энергия. T – время. I – ток.

Что бы определить вместимость, источник питания нужно полностью разрядить. После чего заряжают определенным током. Измеряют время, за которое он разрядился. Произведение энергии I на время T и есть емкость батарейки Q=I*T. Применяя это к аккумулятору после полной разрядки его можно зарядить, а вот батарею уже нет.

С помощью чего можно определить емкость аккумуляторной батареи?

Наша промышленность выпускает множество различных тестеров для определения объема батарей. И вот некоторые из них:

  1. Мультиметр
  2. Тестер кулон
  3. USB тестер

Batareykaa.ru

Как измерить? Как увеличить? Расчеты

Что такое емкость?

Первичные источники – батарейки, как и вторичные — аккумуляторы, характеризуются несколькими основными параметрами, которые определяют длительность и качество их работы в технических устройствах. Одним из определяющих параметров является емкость. Это величина количественная, которая показывает сколько электрической энергии можно получить от работы элемента под током разряда в течении некоторого времени.

В чем измеряется емкость батареи?

            В Международной системе единиц (СИ) единица измерения принята в кулонах. 1 Кл = 1А*с – количество электрической энергии при токе 1 А за 1 с.

            Практически используют внесистемную единицу 1А*ч = 3600Кл, т. е мы имеем не емкость, а электрический заряд или количество электричества.

Как обозначается емкость батареи?

            При расчетах принято буквенное обозначение – C б, мА*ч. Физически это означает электрический заряд при токе 1 А в течение часа.

Как рассчитать емкость батареи?

(Определить, узнать)

            Для расчета используем простую формулу:

C б = I н * t, где:

  • C б – емкость батареи, мА*ч;
  • I н – ток нагрузки, мА;
  • t – время работы, ч.

            На вторичных источниках эта величина указана на корпусе или упаковке в виде числового значения. Например: 900 мА*ч или 550 мА*ч. Чем больше величина этого значения, тем дольше будет работать прибор с данным источником питания от зарядки до зарядки.

            Для первичных источников питания, которые не подлежат повторной зарядке, это значение считается принятым:

Обозначение (маркировка) Вид батареи C б, мА*ч
AA R6, солевая (1)LR6, щелочная (2)FR6, литиевая (3) 1100 – 3500
AAA R03, (1)LR03, (2)FR03, (3) 540 – 1300
B LR12, (2) 8350
C R14, (1)LR14, (2) 3800 – 8000
D R20, (1)LR20, (2) 8000 – 19500
N R1, (1)LR1, (2) 1000
1/2AA R14250, (1) 250
R10 R10, (1) 1800

            Из таблицы наглядно видно, какая емкость у обычных батареек, это значение не указывается на корпусе или упаковке, как у аккумуляторов. Но показатель очень важен с точки зрения длительности работы элемента в техническом приборе или устройстве.

Как измерить емкость?

          Для примера можно взять любую аккумуляторную батарею либо прибор, хорошо подойдет сотовый телефон. При помощи тестера проведем замер тока нагрузки. Далее нужно полностью разрядить аккумулятор и поставить на зарядку. Замерить время до его полной зарядки, посчитать по формуле:

C б  = I н * t.

            Если ток потребления 1,15 А или 1150 мА, время зарядки составило 3 часа, то в итоге получаем:

C б = 1150*3 = 3450 мА*ч.

Как измерить емкость батарейки мультиметром?

            Величину C б в числовом выражении измерить мультиметром фактически не получится. Однако можно измерить один показатель, в данном случае, ток нагрузки I

н и подставляя в формулу – I н * t, после проведения зарядки батареи за определенный промежуток времени — t, произвести расчеты значения C б.

Как увеличить емкость батареи?

            Для того, чтобы увеличить это значение, нужно знать от чего зависит емкость батареи:

  • Типа элемента — солевой, щелочной или литиевый.
  • Температурного режима эксплуатации — одни батарейки (солевые) не рассчитаны на отрицательные температуры, другие (литиевые) при морозе работают лучше. Перегрев также негативно влияет на работу источников питания.
  • Целостности корпуса элемента — деформация отрицательно влияет на химическую реакцию внутри устройства, разгерметизация и протечка электролита делает ее полностью не пригодной.

            Существует способ, как повысить емкость батареи, например аккумуляторной. Для этого ее нужно «раскачать», т. е разрядить полностью и снова зарядить. Так проделать несколько раз.

            Можно воспользоваться «народным» методом, однако не имеющим подтверждений с научной точки зрения. Требуется положить батарейку в морозильную камеру холодильника на ночное время. Показатель C

б немного вырастет, но существенного увеличения, к сожалению, не получится.

            Если в приборе (планшете, телефоне) есть возможность включения экономичного режима или экономии энергопотребления, то его можно включить, тем самым мы снижаем нагрузку, увеличиваем время работы, и как бы увеличиваем емкость источника питания.

Как соединить батарейки чтобы увеличить суммарную емкость?

          Для достижения поставленной цели по увеличению технических характеристик источника питания при работе прибора либо устройства есть варианты различного соединения элементов электрической цепи.

            Существует два метода или схемы подключения:

  1. Последовательное соединение.
  2. Параллельное соединение.

            Емкость батареи при последовательном и параллельном соединении будет разная. Первый способ даст увеличение только суммарного напряжения, а второй — увеличит суммарную C б во столько раз, сколько будет взято элементов в схеме:

C = C1 + C2

            Прежде чем приступить к эксперименту, нужно взять два аккумуляторных источника питания с одинаковой степенью износа и зарядки, два диода. Для параллельного соединения минусы батарей нужно соединить вместе, а плюс одной к аноду одного диода, плюс другой к аноду другого. Катоды диодов также надо соединить между собой. Включить нагрузку минусом в точку соединения отрицательных клемм элементов, плюсом в месте соединения диодных катодов. Такая схема соединения увеличит C б в два раза. Собирать такую цепь без диодов нельзя, т. к. элементы питания разрядятся один через другого.

Выводы

  1. Электроемкость батареи важнейший показатель количества электрической энергии и продолжительности ее работы, выраженные в числовых значениях. Ее можно определить, подсчитать, увеличить используя различные методы.
  2. Емкость батареи (объем) может быть различной как для первичных источников, так и для вторичных, но вторые можно повторно заряжать с помощью ЗУ (зарядных устройств).
  3. Емкость батарейки зависит от типа элемента, химической реакции, внешних условий, тока нагрузки, срока годности и способа эксплуатации. При нарушении правил использования можно быстро испортить батарейку, а при грамотном подходе время ее использования можно значительно продлить.
  4. Батарейки или аккумуляторы, изготовленные известными производителями, как правило, хорошо зарекомендовали себя на потребительском рынке, тем, что гарантируют заявленные технические характеристики и качественную бесперебойную службу в устройствах длительное время.

 

Batareykaa.ru

Емкость и Заряд с мультиметром и без

На сегодняшний день есть достаточно много приборов, в которых используются такие источники питания, как батарейки. Со временем заряд иссякает, и соответственно в какой-то момент устройство перестает работать.

Поэтому будет полезно научиться определять степень заряженности батареек. Так же это может быть полезным для проверки работоспособности новой батареи, или той, которая лежала долгое время без работы.

Как проверить заряд батарейки мультиметром

Мультиметр (Тестер) представляет собой прибор, позволяющий проверить напряжение в сети, места разрыва электрического кабеля, определить значение сопротивления в сети, а также работоспособность имеющихся электрических приборов. Но помимо этого, с его помощью можно проверить емкость и заряд источника питания.

Изначально нужно включить сам прибор и выставить показатели на соответствующий параметр – «Постоянный ток Амперы». После этого, потребуется сделать настройку соответствующих показателей для портов:

  • значение порта для щупа под номером 1 должно быть СОМ;
  • для щупа под номером 2 нужно поставить на значение 10 ADC;
  • имеющаяся ручка непременно должна быть в положении DAC или DCA;
  • предельный результат для осуществляемой проверки по показателям должен быть не менее 6А, но не выше 10А.

Но здесь стоит учесть, что настройка для измерения силы тока должна стоять на показателе Амперы, а не Вольты. Далее потребуется соединить щупы используемого тестера с контактами, а именно:

  • клемма «+» (с красным проводом) подсоединяется соответственно «+» на гальваническом элементе;
  • клемма «-» (с черным проводком) должна быть подсоединена к «-» на гальваническом элементе.

В качестве предосторожности следует сказать, что нужно придерживаться рекомендации относительно времени осуществления проверки. Максимальное время для проверки должно составлять не более 2-х секунд. Это обусловлено тем, что превышение указанного времени может испортить батарейку, независимо новая она была или использованная.

Как проверить емкость батарейки

Процесс по проверке емкости аналогичен выяснению остаточного заряда этого источника питания, но показатель в Амперах должен стоять на отметке 10 А. Далее нужно соединить красный щуп мультиметра к плюсовому полюсу батарейки, а черный соответственно к минусу.

Процедура должна занимать не более 10 секунд иначе обозначенный источник питания может полностью разрядиться. Поскольку такой процесс представляет собой замыкание, а это чревато негативными последствиями для источника питания.

Если показатели на измерительном приборе показывают 0,2 ампера, то элемент питания не пригоден для дальнейшего применения. Когда величина в амперах показывает больше 1,1 (1,74 А), то такую батарейку можно еще использовать, но в приборах, где не требуется большого потребления заряда. К примеру, для пульта от телевизора, часов или же небольшого радиоприемника.

Как узнать напряжение батарейки

Чтобы проверить напряжение батареи можно также использовать тестер. Он может показать какой имеется заряд в представленном источнике питания и выяснить можно ли его использовать в приборах в дальнейшем.

Для этого, следует соединить контакты элемента питания со щупом самого мультиметра, а также необходимо сделать подключение с нагрузкой. Такой процесс должен длиться примерно 40 секунд.

По истечению этого времени буден виден результат, а именно, если на измерительном приборе показывает 1,1 Вольт, то батарейка уже не пригодна, поэтому ее нужно утилизировать.

Как проверить батарейку без приборов

Стоит отметить, что проверить работоспособность батарейки можно без каких-либо устройств. Изначально хочется сказать, что такой способ не покажет сколько осталось заряда, но подскажет в рабочем она состоянии или нет.

Заряженная батарея

Для этого необходимо взять батарейку, поднять на высоту 5-10 сантиметров и выпустить из рук на ровную поверхность, к примеру, на стол или табурет. Если отскочила, то она имеет очень низкий заряд и вовсе не пригодна к применению.

Когда она рабочая, то звук от падения будет более глухим, к тому же она станет в вертикальное положение, в отличие от разряженного источника питания, который после падения упадет в горизонтальное положение.

Разряженная батарея

Обозначенные критерии обосновываются тем, что внутри батарейки находится электролит, он имеет гелеобразное состояние, после полной разрядки он затвердевает, поэтому она отскакивает от поверхности при падении.

Как проверить батарейку с индикатором заряда

Относительно понятия батареек с индикатором заряда, то в основном они встречаются в дорогостоящих Duracell. Наличие такого индикатора предоставляет возможность проверить ее пригодность весьма просто. На элементе питания имеется специальная полоска с делениями, имеющие различные цвета.

Эти ячейки (деления) наполнены термической краской, которая в зависимости от температуры нагрева изменяет цвет. К примеру, красная ячейка наиболее чувствительная, а вот зеленное деление не очень, и соответственно требует наличия более высокой температуры.

В результате, когда происходит нагревание, то в зависимости от достигаемой температуры засвечиваются разные участки на этом индикаторе. То есть, такие показатели показывают наличие заряда в батарейке. Чтобы произвести проверку заряда все что потребуется, так это нажать на белые кружочки индикатора Powercheck.

Проверка заряда, напряжения батарейки имеет под собой основания, а именно. Произведенные исследования показывают, что в основном использованные батарейки, отправленные в утиль заряжены еще до 40%. Но поскольку прибор или инструмент не работает, то по незнанию люди выбрасывают такие элементы питания.

А ведь их можно еще использовать в приборах с менее требовательным показателем заряда. Поэтому рекомендуется проверять элементы питания перед тем, как выбросить их. Применяя такую батарейку в менее потребляемой энергию можно сэкономить денежные средства.

Остались вопросы или есть что добавить? Тогда напишите нам об этом в комментариях, это позволит сделает материал более полезным, полным и точным.

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.


Замеры емкости 18650х аккумуляторов в домашних условиях / Kvazis House / iXBT Live

Добрый день. 
В своей статье, я хочу рассказать о проведенных мной замерах емкости ряда 18650х аккумуляторов. Расскажу о применяемой мной методике и полученных результатах — которые обобщу в сводную таблицу. Мне удалось протестировать 7 различных разновидностей 18650х аккумуляторов, 3 из которых были у меня в количестве 2х штук, и 4 вида — в количестве 4х штук. 
Методика тестирования:
1. Для усреднения результата, я применял 2 различных зарядных устройства — для заряда Xtar VC2, разряжал аккумуляторы при помощи Imax B6 mini — которая так же дала возможность построения графиков по напряжению, току, емкости и температуре в этом режиме. 
2. Тестирование проводилось следующим образом: дозаряд аккумуляторов Xtar VC2, без замеров, далее разряд Imax B6 mini током в 1А, до 2,9 В

с замерами и графиками, и заряд в Xtar VC2, током 0,5А с замером емкости.

Результаты представляю «без купюр» как есть, надеюсь что данная информация поможет сделать кому-то правильный выбор. 

Начну с парных аккумуляторов:
1. Кодовое имя - Ultrafire, маркированная емкость — 4200 мАч, актуальная цена $3.19 куплено на Aliexpress.

Вес:

Замеры: 
1. 1. Разряд — 543 мАч, заряд — 535 мАч, емкость (средняя) — 539 мАч 

Графики: Ток, Напряжение, Емкость, Температура

1. 2. Разряд — 508 мАч, заряд — 502 мАч, емкость (средняя) — 505 мАч

Графики: Ток, Напряжение, Емкость, Температура

Итог первого теста - средняя емкость 522 мАч, 12,5% от маркированной 

2. Кодовое имя - ICR 18650, маркированная емкость — 5000 мАч, актуальная цена $2.80 куплено на GearBest

Вес:

Замеры: 
2. 1. Разряд — 1112 мАч, заряд — 1069 мАч, емкость (средняя) — 1090 мАч

Графики: Ток, Напряжение, Емкость, Температура

 
2.2. Разряд — 1033 мАч, заряд — 1024 мАч, емкость (средняя) — 1028 мАч 

Графики: Ток, Напряжение, Емкость, Температура

 
Итог второго теста - средняя емкость 1059 мАч, 21,2% от маркированной 

3. Кодовое имя - Soshine, маркированная емкость — 3100 мАч, актуальная цена  $17.36 куплено на Aliexpress

Вес

Замеры:
3.1. Разряд — 3063 мАч, заряд — 3024 мАч, емкость (средняя) — 3043 мАч 

Графики: Ток, Напряжение, Емкость, Температура

 
3.2. Разряд — 3134 мАч, заряд — 3068 мАч, емкость (средняя) — 3099 мАч 

Графики: Ток, Напряжение, Емкость, Температура

 
Итог третьего теста - средняя емкость 3071 мАч, 99% от маркированной  

Переходим к замерам комплектов из 4х аккумуляторов

4. Кодовое имя - Panasonic NCR18650B, маркированная емкость — 3400 мАч, актуальная цена  $15.37 куплено на GearBest


Вес:

Замеры:
4.1. Разряд — 3318 мАч, заряд — 3366 мАч, емкость (средняя) — 3342 мАч 

Графики: Ток, Напряжение, Емкость, Температура

 
4.2. Разряд — 3391 мАч, заряд — 3349 мАч, емкость (средняя) — 3370 мАч 

Графики: Ток, Напряжение, Емкость, Температура

 
4.3. Разряд — 3352 мАч, заряд — 3346 мАч, емкость (средняя) — 3349 мАч

Графики: Ток, Напряжение, Емкость, Температура

 
4.4. Разряд — 3443 мАч, заряд — 3388 мАч, емкость (средняя) — 3415 мАч 

Графики: Ток, Напряжение, Емкость, Температура

 
Итог четвертого теста - средняя емкость 3369 мАч, 99% от маркированной   

5. Кодовое имя - Samsung ICR18650 — 26FM, маркированная емкость — 2600 мАч, актуальная цена  $13.36 куплено на GearBest    

Вес:

Замеры:
5.1. Разряд — 2677 мАч, заряд — 2695 мАч, емкость (средняя) — 2686 мАч

Графики: Ток, Напряжение, Емкость, Температура

 
5.2. Разряд — 2699 мАч, заряд — 2687 мАч, емкость (средняя) — 2693 мАч

Графики: Ток, Напряжение, Емкость, Температура

5.3. Разряд — 2703 мАч, заряд — 2712 мАч, емкость (средняя) — 2707 мАч

Графики: Ток, Напряжение, Емкость, Температура

 
5.4. Разряд — 2649 мАч, заряд — 2672 мАч, емкость (средняя) — 2660 мАч 

Графики: Ток, Напряжение, Емкость, Температура

 
Итог пятого теста - средняя емкость 2686 мАч, 103% от маркированной   

6. Кодовое имя - Sanyo UR18650FM, маркированная емкость — 2600 мАч, актуальная цена  $18.34 куплено на GearBest  

Вес:

Замеры:
6.1. Разряд — 2580 мАч, заряд — 2556 мАч, емкость (средняя) — 2568 мАч

Графики: Ток, Напряжение, Емкость, Температура

6.2. Разряд — 2539 мАч, заряд — 2549 мАч, емкость (средняя) — 2544 мАч


Графики: Ток, Напряжение, Емкость, Температура
 
6.3. Разряд — 2556 мАч, заряд — 2550 мАч, емкость (средняя) — 2553 мАч 

Графики: Ток, Напряжение, Емкость, Температура

 
6.4. Разряд — 2514 мАч, заряд — 2535 мАч, емкость (средняя) — 2524 мАч  


Графики: Ток, Напряжение, Емкость, Температура

Итог шестого теста - средняя емкость 2547 мАч, 98% от маркированной   

7. Кодовое имя - Sanyo UR18650ZY, маркированная емкость — 2600 мАч, актуальная цена  $14.41 куплено на GearBest  


Вес:

Замеры:
7.1. Разряд — 2606 мАч, заряд — 2605 мАч, емкость (средняя) — 2605 мАч

Графики: Ток, Напряжение, Емкость, Температура

 
7.2. Разряд — 2654 мАч, заряд — 2617 мАч, емкость (средняя) — 2635 мАч 

Графики: Ток, Напряжение, Емкость, Температура

 
7.3. Разряд — 2629 мАч, заряд — 2594 мАч, емкость (средняя) — 2611 мАч  

Графики: Ток, Напряжение, Емкость, Температура

 
7.4. Разряд — 2649 мАч, заряд — 2595 мАч, емкость (средняя) — 2622 мАч  

Графики: Ток, Напряжение, Емкость, Температура

 
Итог седьмого теста - средняя емкость 2618 мАч, 101% от маркированной    

Общий итог:

Ultrafire, 4200 мАч, 3.19$ (2 шт) => 522 мАч (12,5 %). => 3,05 $/Ah
ICR 18650, 5000 мАч, 2.80$ (2 шт) => 1059 мАч (21,2 %). => 1.32 $/Ah
Soshine, 3100 мАч, 17,36$ (2 шт) => 3071 мАч (99 %) => 2,83 $/Ah
Panasonic NCR18650B, 3400 мАч, 15,37$ (4 шт) => 3369 мАч (99 %). => 1.14 $/Ah
Samsung ICR18650, 2600 мАч, 13,36$ (4 шт) => 2686 мАч (103 %). => 1.24 $/Ah
Sanyo UR18650FM, 2600 мАч, 18,34$ (4 шт) => 2547 мАч (98 %). => 1.80 $/Ah
Sanyo UR18650ZY, 2600 мАч, 14,41$ (4 шт) => 2618 мАч (101%). => 1.37 $/Ah 

Расчет цены произведен на дату написания статьи, я выделил самые дешевые с точки зрения $/Ah

Распродажу сделали аккумов на Гербесте — http://www.gearbest.com/promotion-batteries-collection-special-271.html  - NCR18650B по 2.99 штука

Размеры, Характеристики, Аналоги и Утилизация

Несмотря на то, что пальчиковые элементы питания в настоящее время являются самыми популярными, без источников питания типа Д сложно обойтись, особенно когда необходимо обеспечить продолжительную работу мощного переносного прибора.

Более подробно о видах этого формата, а также о возможности использования, в том числе повторного, будет подробно рассказано далее.

О батарейке

Батарейка тип D представляет собой химический источник питания цилиндрической формы. Их изготавливают по различным технологиям.

По этой причине элементы питания могут существенно отличаться по работоспособности, номинальному весу и напряжению. Повторно использовать можно не все батареи этого формата, что следует обязательно учитывать во время эксплуатации.

Чтобы не ошибиться в типе применяемого источника питания на нем наносится обозначение, по которому можно установить принадлежность к той или иной разновидности (R, LR, HR, KR)

Технические характеристики и разновидности

Учитывая большое количество разновидностей элементов питания этого типа, важно уметь разбираться в каждом из них, чтобы обеспечить наиболее правильную эксплуатацию изделий, а также чтобы исключить ситуацию, когда в посадочное гнездо электрического прибора устанавливается батарея, которая не подходит по основным электротехническим параметрам.

Солевая батарейка R20 1.5v

Солевая батарейка является очень недорогим изделием, что и объясняет ее востребованность, несмотря на наличие на рынке более совершенных изделий. Основными параметрами батарей этого типа являются:

ХарактеристикаЗначение
ФормаЦилиндр
ВидУгольно-цинковая (солевая)
УпаковкаФирменный блистер
Диаметр34,2 мм
Высота61,5 мм
Емкость батарейки4000 мАч
Номинальное напряжение1,5 v
Рабочая температураот -5 до + 55 °С.
Температура храненияот –40 до +50°С
Срок годностидо 3 лет
Масса160 гр

Гальванический элемент R20 не отличается большой емкостью, но это изделие весит относительно немного, поэтому если необходимо установить несколько элементов в устройство, то в результате подобной «загрузки» вес прибора будет увеличен незначительно.

Солевые батарейки R20 1,5v

Щелочная батарейка LR20 1.5v

Если в качестве электролита в батарейке типоразмера D используется щелочь, то изделие приобретает значительно большую выносливость, то есть обладает большей запасом электроэнергии. Основными параметрами батарей этого формата являются:

ХарактеристикаЗначение
ФормаЦилиндр
ВидЩелочная
УпаковкаФирменный блистер
Диаметр34,2 мм
Высота61,5 мм
Емкость батарейки4000-6000 мАч
Номинальное напряжение1,5 v
Рабочая температураот -30 до +50°С
Температура храненияот –40 до +50°С
Срок годности5 лет
Масса170 гр

По габаритам элемент питания D полностью соответствует типоразмеру, номинальное напряжение также не превышает 1,5 Вольта, но по емкости разброс может быть значителен у различных производителей.

Щелочные (Алкалиновые) батарейки LR20 1,5v

NiMH аккумулятор HR20 1.2v

Никель-металлогидридные аккумулятор типоразмера D можно перезаряжать многократно, но элементы питания этого типа обладают одним существенным недостатком – меньшим напряжением. В отличие от щелочных и солевых батарей этот параметр составит всего 1,2v.

Другие важные характеристики АКБ HR20 следующие:

ХарактеристикаЗначение
ФормаЦилиндр
ВидНикель-металлогидридный аккумулятор
УпаковкаФирменный блистер
Диаметр34,2 мм
Высота61,5 мм
Емкость аккумулятора3000-7500 мАч
Номинальное напряжение1,2 v
Количество циклов заряда/разряда1000 раз
Рабочая температураот -30 до +50°С
Срок годности12 лет
Масса150 гр

По размеру элементы полностью соответствуют АКБ типа D, но возможность перезарядки значительно выделяет их на фоне обычных батареек.

Никель металлогидридные аккумуляторы HR20 1,2v

NiCD аккумулятор KR20 1.2v

Аккумуляторы этого типоразмера могут быть также изготовлены по никель-кадмиевой технологии. Определить принадлежность источника питания к этой категории можно по символам «KR», которые наносятся на корпус. Основными параметрами АКБ этого типа являются:

ХарактеристикаЗначение
ФормаЦилиндр
ВидНикель-кадмиевый аккумулятор
УпаковкаФирменный блистер
Диаметр34,2 мм
Высота61,5 мм
Емкость аккумулятора4000-5000 мАч
Номинальное напряжение1,2 v
Количество циклов заряда/разряда500 раз
Рабочая температураот -30 до +50°С
Срок годности12 лет
Масса150 гр

Перезаряжаемые элементы KR20 не отличаются большим ресурсом работы, но могут эксплуатироваться при отрицательной температуре (до -30 градусов Цельсия), что положительно характеризует их по этому параметру в сравнении с обычными солевыми батарейками.

Никель Кадмиевые аккумуляторы KR20 1,2v

Li-Ion аккумулятор 32600 3,7v

Литиевые аккумуляторы являются «долгожителями» среди изделий этого типа. При правильной эксплуатации они способны выдержать значительно более 1000 циклов заряд разряда. Другими отличительными характеристиками элементов питания 32600 являются:

ХарактеристикаЗначение
ФормаЦилиндр
ВидЛитий-ионный аккумулятор
УпаковкаФирменный блистер
Диаметр32,5 мм
Высота60,5 мм
Емкость аккумулятора5000 мАч
Номинальное напряжение3,7 v
Количество циклов заряда/разряда600 раз
Рабочая температураот -10 до +50°С
Срок годности10 лет
Масса127 гр

Аккумулятор 32600 обладает минимальным значением саморазряда и показывает отличные результаты работы даже при отрицательной температуре воздуха.

Li-Ion Аккумулятор 32600 3,7v
Угольно-цинковый (солевой) 1,5vЩелочные 1,5vАккумуляторы
R20LR20NiMH 1,2v
13D13AHR20
373А373
UM1MN1300Li-Ion 3,7v
MONOAM132600
E95

Область применения

Элементы питания типоразмера D нашли применение в различных устройствах, для поддержания работоспособности которых, необходимы значительные показатели мощности. К таким приборам относятся:

  1. Радиоприемники.
  2. Фонарики.
  3. Измерительные устройства.
  4. Детские игрушки.
  5. Медицинские приборы.

Могут использоваться элементы питания этого типа и в стационарных устройствах, работоспособность которых должна обеспечиваться вне зависимости от наличия электрического тока в бытовой электросети.

Maxell Zinc Size D

Достоинства и недостатки

Батарейки типоразмера Д могут иметь как положительные характеристики, так и отрицательные. Среди плюсов этого формата присутствуют:

  • Значительный запас электроэнергии.
  • Невысокая стоимость (солевых элементов питания).
  • Большой эксплуатационный срок (у литиевых).

Среди минусов изделия можно назвать:

  • Относительно большой размер.
  • Значительный вес (у щелочных).
  • Высокая стоимость (особенно литиевых и никель-металлогидридных аккумуляторов).

У некоторых элементов питания этого типа может потечь электролит, что также может считаться серьезным недостатком.

Можно ли заряжать

Можно ли заряжать элемент питания, зависит от того, относится ли источнике питания к аккумуляторам или нет. Батарейку оживить практически невозможно, но перезаряжаемую батарею можно использовать многократно.

Для зарядки аккумуляторов следует использовать специальный сетевой адаптер. Рекомендуется приобретать «умные» устройства, которые автоматически отключаются при достижении источником питания оптимального уровня заряда.

Да и успешно

33.97%

Да и не успешно

12.98%

Не пробовал

53.05%

Проголосовало: 262

Популярные производители

Если батарейка уже полностью утратила свой заряд, то замените ее продукцией известных производителей. К фирмам, которые выпускают высококачественные элементы питания типа D, относятся:

Изделия этого производителя обладают значительной емкость и ресурсом, а также способны выдерживать эксплуатацию в экстремальном режиме.
Мне нравится3Не нравится1
Производитель высококачественных батарей и аккумуляторов. Элемент типа D прослужит значительно дольше, если на ее корпусе будет логотип этой компании.
Мне нравится9Не нравится3
Европейский производитель высококачественных батарей типа D.
Мне нравится6Не нравится2
Среди отечественных производителей рекомендуется выбирать продукцию под марками «Космос» и Maxell.
Мне нравится4Не нравится1

На что обращать внимание перед покупкой

Перед покупкой следует обращать внимание на следующие моменты:

  1. На соответствие батареи типоразмеру (иначе ее будет невозможно установить в батарейный отсек).
  2. На наличие перевода инструкции и описания батареи на русский язык.
  3. Срок годности не должен подходить к концу.

Также следует убедиться перед покупкой в отсутствии механических повреждений упаковки и самого элемента питания.

Сергей Фирсов

Специалист по прототипным источникам питания

Задать вопрос

Если у Вас остались вопросы, то можете их задать нашему эксперту! В течении пары дней мы Вам пришлем ответ на указанный e-mail.

Правила эксплуатации и утилизации

Когда батарейка уже полностью израсходует свой заряд, замените ее новым изделием. Для восстановления работоспособности аккумулятора его следует вынуть из прибора и установить в держатель зарядного устройства на некоторое время.

Нельзя замыкать контакты, нарушать полярность при установке и перегревать. Это означает, что даже при необходимости припаять к ней провода, делать этого не следует.

Если на корпусе изделия или упаковке имеется изображение с перечеркнутым мусорным контейнером, то расшифровка этого знака означает только, то, что изделие запрещается утилизировать на общих основаниях.

Тестирование аккумуляторов, методы и процедуры тестирования

Testing предназначен для того, чтобы сообщить нам то, что мы хотим знать об отдельных элементах и ​​батареях.

Вот некоторые типичные вопросы:

  • Полностью ли заряжен?
  • Сколько заряда осталось в аккумуляторе?
  • Соответствует ли он спецификации производителя?
  • Было ли ухудшение характеристик с момента его выпуска?
  • Как долго это продлится?
  • Все ли предохранительные устройства работают?
  • Создает ли он помехи или электрические помехи?
  • На него влияют помехи или электрические помехи?

Ответы не всегда однозначны.

Косвенные измерения

Хотя все параметры ячейки, которые инженер-проектировщик может пожелать измерить, можно количественно измерить прямым измерением, это не всегда удобно или возможно. Например, количество оставшегося заряда в батарее, состояние заряда (SOC) можно определить, полностью разрядив батарею и измерив выходную энергию. Это требует времени, тратит энергию, каждый цикл тестирования сокращает срок службы батареи, и это может оказаться непрактичным, если батарея используется.Для первичной ячейки это тоже было бы бессмысленно. Для получения более подробной информации о том, как это делается, см. Страницу Состояние зарядки.

Точно так же можно определить оставшийся срок службы вторичной клетки, непрерывно меняя ее цикл до тех пор, пока она не выйдет из строя, но нет смысла знать ожидаемую продолжительность жизни клетки, если вам придется ее уничтожить, чтобы узнать. Это называется состоянием здоровья (SOH) батареи.

Что необходимо, так это простые тесты или измерения, которые можно использовать в качестве приближения или косвенной оценки желаемого параметра.Для получения дополнительной информации см. Страницу «Состояние здоровья»

.

Тестирование процесса проектирования ячейки

При разработке новых ячеек необходим более подробный режим испытаний. Более подробную информацию можно найти на странице «Новые конструкции батарей и химический состав».

Условия испытаний

Во всех следующих тестах и ​​тестировании в целом необходимо указать условия тестирования, чтобы можно было получить повторяемые результаты и можно было проводить значимые сравнения.Сюда входят такие факторы, как метод, температура, DOD, нагрузка и рабочий цикл. Например, емкость элемента и срок службы, два ключевых показателя эффективности могут отличаться на 50% и более в зависимости от температуры и скорости разряда, при которой проводились испытания. См. Также рабочие характеристики ячейки.

В спецификации батареи всегда должны быть указаны условия тестирования, чтобы избежать неоднозначности.

Квалификационные испытания

Квалификационные испытания предназначены для определения того, подходит ли элемент или батарея для той цели, для которой они были предназначены, до того, как они будут одобрены для использования в продукте.Это особенно важно, если ячейка будет использоваться в «критически важном» приложении. Это комплексные тесты, проводимые первоначально на небольшом количестве ячеек, включая тестирование некоторых из них на разрушение, если это необходимо. На втором этапе квалификация также включает в себя тестирование готовых аккумуляторных блоков перед тем, как продукт будет утвержден для выпуска заказчику. Испытания обычно проводятся для проверки того, что ячейки соответствуют спецификации производителя, но они также могут использоваться для тестирования ячеек до произвольных пределов, установленных инженером по приложениям, чтобы определить, как долго ячейки выживают в неблагоприятных условиях или необычных нагрузках, для определения отказа. режимы или факторы безопасности.

Аккумуляторы также следует протестировать с помощью зарядного устройства, рекомендованного для данного приложения, чтобы убедиться в совместимости. В частности, необходимо оценивать потенциальные пользовательские шаблоны, чтобы гарантировать, что батареи не будут случайно перезаряжены. См. Также раздел о зарядных устройствах.

Встряхнуть и выпекать

  • Механические испытания
  • Типовые испытания включены в приведенные ниже стандарты безопасности.Они включают в себя простые тесты на размерную точность и динамические испытания, чтобы убедиться, что продукт может выдерживать любые статические и динамические механические нагрузки, которым он может подвергаться.

  • Экологические испытания
  • Типовые испытания включены в приведенные ниже стандарты безопасности. Они предназначены для работы с продуктом в любых условиях окружающей среды, с которыми он может столкнуться в течение срока его службы.

Тестирование на злоупотребления

Целью тестирования на неправильное использование является проверка того, что батарея не представляет опасности для пользователя или для самого себя в результате случайного или преднамеренного злоупотребления при любых возможных условиях использования. Создание надежных батарей становится все труднее, потому что, как мы знаем, дураки очень изобретательны.

Тестирование на злоупотребления (всегда интересное для свидетелей) обычно указывается как часть тестирования безопасности (см. Ниже).Недавние аварии с литиевыми элементами высветили потенциальные опасности и ужесточили правила проектирования аккумуляторов, применяются более широкий спектр испытаний, а также более строгие правила перевозки для перевозки продуктов.

Стандарты безопасности

Потребительские товары обычно должны соответствовать национальным или международным стандартам безопасности, требуемым организациями по безопасности стран, в которых они продаются.Примерами являются стандарты UL, ANSI, CSA и IEC.

Типовое содержание

Проверки безопасности

Кожух

  • Прочность, жесткость и воспламеняемость
  • Напряжение формы (температура)
  • Вентиляция
  • Изоляция
  • Электролит не под давлением
  • Нет утечки
  • Нет опасности взрыва или пожара

Защита от или толерантность к

  • Короткое замыкание
  • Перегрузка (время)
  • Перегрузка (напряжение)
  • Перегрузка
  • Реверс напряжения
  • Высокая температура
  • Низкотемпературный
  • Неправильное использование
  • Нарушение

Выходная мощность - испытание под нагрузкой

Безопасная электроника

Маркировка

Инструкция по эксплуатации

Указания по технике безопасности

Механические испытания

  • Испытания на раздавливание
  • Испытания на проникновение гвоздей
  • Ударное испытание
  • Испытание на вибрацию
  • Испытание на удар
  • Испытание на падение

Экологические испытания

  • Отопление
  • Температурный цикл
  • Высота
  • Влажность
  • Воздействие огня

Опубликованные стандарты безопасности определяют метод тестирования и пределы, которым должен соответствовать продукт.

Стандарты DEF

Ячейки, используемые в военных приложениях, обычно должны отвечать более строгим требованиям, чем те, которые используются в потребительских товарах.

Цикл испытания

Это, пожалуй, самый важный из квалификационных тестов. Элементы подвергаются повторяющимся циклам заряда-разряда, чтобы убедиться, что элементы соответствуют заявленному производителем сроку службы или превышают его.Срок службы обычно определяется как количество циклов заряда-разряда, которое батарея может выполнить до того, как ее номинальная емкость упадет ниже 80% от начальной номинальной емкости. Эти тесты необходимы для подтверждения того, что характеристики батареи соответствуют требованиям надежности и срока службы конечного продукта, и не приведут к чрезмерным гарантийным или гарантийным претензиям.

Температура, скорость заряда / разряда и глубина разряда - каждая из них имеет большое влияние на срок службы элементов в цикле (см. Страницу «Срок службы в цикле»). В зависимости от цели испытаний температура и DOD должны контролироваться на постоянной основе. согласованный референтный уровень, чтобы иметь воспроизводимые результаты, которые можно сравнить со стандартом.В качестве альтернативы тесты могут использоваться для моделирования рабочих условий, в которых температура может повышаться или ограничивается DOD, чтобы определить, как это повлияет на срок службы.

Аналогичным образом на срок службы в цикле влияют чрезмерная зарядка и чрезмерная разрядка, и очень важно установить правильные пределы напряжения и тока, если необходимо проверить спецификацию производителя.

Циклическое тестирование обычно выполняется группами ячеек с использованием многоканальных тестеров, которые могут создавать различные профили заряда и разряда, включая импульсные входы и нагрузки.В то же время можно контролировать и записывать различные рабочие параметры элемента, такие как температура, емкость, импеданс, выходная мощность и время разряда. Обычно контролируемый полный цикл зарядки-разрядки занимает около 5 часов. Это означает, что тестирование до 1000 циклов займет 208 дней при условии работы 7 дней в неделю 24 часа в сутки. Таким образом, требуется много времени, чтобы проверить эффект любых текущих улучшений, внесенных в ячейки. Поскольку процесс старения является непрерывным и достаточно линейным, срок службы элемента можно предсказать по меньшему количеству циклов.Однако для того, чтобы убедительно доказать это, чтобы гарантировать срок службы продукта, потребуется большое количество ячеек и длительное время. Для аккумуляторов большой мощности это может быть очень дорого.

См. Также Оценка срока службы батарей и тестирование надежности и альтернативное тестирование срока службы

Испытания под нагрузкой

Нагрузочное тестирование используется для проверки того, что аккумулятор может выдавать указанную мощность при необходимости.

Нагрузка обычно проектируется таким образом, чтобы соответствовать ожидаемым условиям, в которых может использоваться батарея. Это может быть постоянная нагрузка со скоростью C или импульсные нагрузки с более высокими значениями тока или, в случае автомобильных аккумуляторов, нагрузка может быть спроектирована таким образом, чтобы моделировать типичную схему движения. Испытания малой мощности обычно проводят с резистивными нагрузками. Для испытаний очень высокой мощности с переменными нагрузками могут потребоваться другие методы. Контроллер Ward-Leonard может использоваться для обеспечения переменного профиля нагрузки, при этом энергия батареи возвращается в сеть, а не рассеивается в нагрузке.

Обратите внимание, что аккумулятор может иметь большую емкость при периодической разрядке, чем при непрерывной разрядке. Это связано с тем, что аккумулятор может восстанавливаться во время периодов простоя между сильными прерывистыми утечками тока. Таким образом, тестирование емкости батареи при непрерывном потреблении большого тока не обязательно даст результаты, которые представляют емкость, достижимую с фактическим профилем использования.

Нагрузочное тестирование часто требуется проводить с переменными уровнями нагрузки. Это могут быть просто импульсные нагрузки или более сложные профили нагрузки высокой мощности, например, требуемые для аккумуляторов электромобилей. Стандартные профили нагрузки, такие как Федеральный график вождения в городских условиях (FUDS) и испытание на динамическую нагрузку (DST), установленное Консорциумом усовершенствованных аккумуляторов США (USABC) в США и спецификацией Европейской экономической комиссии Организации Объединенных Наций (ECE-15). ) и Extra Urban Driving Cycle (EUDC) в Европе были разработаны для моделирования условий вождения, и несколько производителей включили эти профили в свое испытательное оборудование.

ECE-15 Имитация цикла движения

Хотя эти стандартные циклы использования были разработаны для обеспечения основы для сравнения, следует отметить, что типичный пользователь не обязательно ездит в соответствии с этими циклами и, вероятно, будет ускоряться как минимум в два раза быстрее, чем разрешено в стандартах. .

Калориметрия

Управление температурным режимом аккумулятора имеет решающее значение для аккумуляторных блоков большой мощности.Получение точных данных о тепловыделении от батареи Модули необходимы для проектирования систем терморегулирования аккумуляторных батарей. Калориметр используется для количественной оценки общего количества тепла, выделяемого батареей, когда она проходит циклы зарядки / разрядки. По сути, это изолированный ящик, в который помещается батарея, которая улавливает и измеряет выделяемое тепло. аккумулятор во время езды на велосипеде. Система калибруется путем сравнения тепла, выделяемого батареей, с теплом, выделяемым известным источником тепла.

Тепловизор

Тепловидение используется для проверки «горячих точек», которые могут указывать на точки высокого теплового напряжения в элементе или аккумуляторной батарее. Это фотографическая техника, при которой с помощью специальной камеры регистрируется интенсивность инфракрасного излучения, испускаемого объектом. На изображении слева изображен пакетный литий-ионный аккумулятор после продолжительного разряда при 4 ° C.В этом случае температура равномерно распределяется внутри ячейки, и клеммы ячейки охлаждаются. Эти тесты могут помочь выявить такие проблемы, как перегрев, недостаточный теплоотвод или воздушный поток, проводники тока недостаточного размера и помехи от соседних ячеек или устройств. Изображения также можно использовать для определения наилучшего места для датчиков температуры, используемых в схемах защиты.

Испытания на электромагнитную совместимость (ЭМС)

Электромагнитная совместимость (ЭМС) - это способность электронного и электрического оборудования и систем работать без отрицательного воздействия на другое электрическое или электронное оборудование ИЛИ не подвергаясь влиянию других источников помех, таких как переходные процессы в линии электропередачи, радиочастотные (РЧ) сигналы, цифровые импульсы, электрические машины, молния или другие воздействия.

Обратите внимание, что ЭМС касается как излучения электромагнитных помех (EMI или радиочастотные помехи RFI) продуктом или устройством, так и восприимчивости продукта к электромагнитным помехам, излучаемым другими источниками. Помехи могут передаваться через силовые или сигнальные кабели или шасси оборудования, они могут распространяться через индуктивную или емкостную связь или могут излучаться через атмосферу.

Поскольку батареи являются устройствами постоянного тока, мы не можем предположить, что они защищены от проблем ЭМС.В MPower мы видели схему защиты аккумулятора в двусторонней радиосвязи, отключенную радиочастотными помехами от передатчика телефона. Подобные проблемы возможны в автомобильных приложениях, где силовые кабели, как известно, зашумлены из-за помех от систем зажигания и переходных процессов от электродвигателей и переключателей. Хотя сама батарея может не излучать радиочастотные помехи, этого нельзя сказать о зарядном устройстве. Во многих зарядных устройствах используются импульсные регуляторы, которые также печально известны своим электрическим шумом.Излучаемые электромагнитные помехи могут иметь решающее значение для таких приложений, как кардиостимуляторы, медицинские приборы, коммуникационное оборудование и военные приложения.

Как и в случае со многими проблемами, профилактика лучше, чем лечение, и разумно начинать учитывать ЭМС на самой ранней стадии проектирования, чтобы избежать дорогостоящих изменений конструкции, когда проект будет представлен на окончательное утверждение. Это может включать выбор конструкции системы, такой как рабочие частоты, схемы схем и дизайн корпуса, а также отказ от конструкций с высокими переходными токами.

Для минимизации воздействия электромагнитных помех используются различные методы. Чувствительные части схемы могут быть физически отделены от источников помех, оборудование может быть заключено в герметичный металлический корпус, отдельные части схемы могут быть экранированы металлической фольгой, к кабелям могут быть добавлены фильтры для фильтрации шума,

Испытания на ЭМС включают специализированное испытательное оборудование и оборудование.Тестирование должно проводиться в среде, свободной от других источников EMI. Обычно это означает безэховую камеру или клетку Фарадея. Для создания и измерения помех необходимы специальные источники сигналов широкого диапазона и чувствительные приемники.

Некоторые примеры требований ЭМС приведены в разделе Стандарты

.

Технологический аудит

Проведение технологического аудита производственных мощностей производителя элементов является дополнительным способом получения уверенности в рассматриваемых элементах, однако этот вариант обычно доступен только крупным покупателям элементов большого объема или высокой стоимости.Если вы не один из них, вам придется полагаться на своего дружелюбного изготовителя пакетов, который, возможно, имеет право на особое обращение.

Аудит процесса включает проверку того, что производитель элементов имеет соответствующие системы качества и что они полностью внедряются на каждом этапе производственного процесса. Чтобы эта задача была эффективной, она должна выполняться командой, обладающей специальными отраслевыми знаниями. Опять же, эту работу лучше всего оставить производителю упаковок, который должен иметь необходимый опыт и доверие у производителей ячеек.

Инспекция и производственные испытания

Целью инспекционных производственных испытаний является проверка того, что приобретенные элементы и изделия, изготовленные с их помощью, соответствуют согласованным спецификациям. Как правило, это короткие тесты, проводимые на 100% производительности или на репрезентативных образцах. Не стоит упускать из виду состав материалов, из которых изготовлены компоненты.Мы видели примеры, когда недобросовестные поставщики покрывали разъемы сплавом золотого цвета, а не указанным золотом, и использовали дешевый пластик, который изгибается при нагревании, а не требуемый высококачественный пластик.

Типовые испытания включают механические и электрические испытания. Компоненты проверяются на точность размеров, а образцы узлов подвергаются испытанию на прочность сварных швов межсоединений.Измеряемые электрические параметры включают внутренний импеданс и выходное напряжение элемента или аккумуляторной батареи с нагрузкой или без нее. Аккумулятор также подвергается кратковременным импульсам зарядки и разрядки продолжительностью около 2 миллисекунд, чтобы проверить, принимает ли устройство и может ли он доставить заряд.

Аккумуляторные блоки

обычно подвергаются более всестороннему тестированию, чтобы убедиться, что электроника работает правильно.Схема защиты проверяется путем короткого замыкания клемм аккумулятора на 1 или 2 секунды и проверки того, что путь тока прерван в течение предписанного периода и что аккумулятор после этого восстанавливается. Выходные данные указателя уровня топлива проверяются, и, если аккумулятор имеет встроенную память, данные, такие как химический код элемента, дата и серийный номер, считываются и записываются для обеспечения возможности отслеживания.

Подготовка заряда или формирование

Обычно это выполняется производителем элемента, но в некоторых случаях это может быть обязанность сборщика аккумуляторной батареи.В любом случае элементы необходимо проверить, чтобы убедиться, что они готовы к подаче тока.

Мониторинг производительности

Мониторинг производительности используется для проверки того, продолжает ли ячейка работать должным образом после того, как она используется в приложении, для которого она была указана. Это индивидуальные тесты, указанные пользователем.

Нет простых прямых измерений, таких как размещение вольтметра на клеммах, чтобы определить состояние батареи.Показания вольтметра могут сказать нам кое-что о состоянии заряда (с огромной погрешностью), но не могут сказать нам, насколько хорошо батарея будет обеспечивать ток, когда это потребуется.

Внутреннее сопротивление

Необходимо знать внутреннее сопротивление ячейки, чтобы рассчитать выделение джоулева тепла или потерю мощности I 2 R в ячейке, однако простое измерение с помощью омметра невозможно, потому что ток, генерируемый самой ячейкой мешает измерению.

Чтобы определить внутреннее сопротивление, сначала необходимо измерить напряжение холостого хода ячейки. Затем к ячейке должна быть подключена нагрузка, вызывающая протекание тока. Это снизит напряжение ячейки из-за падения напряжения ИК-излучения на ячейке, которое соответствует внутреннему сопротивлению ячейки. После этого необходимо снова измерить напряжение ячейки при протекании тока. Сопротивление рассчитывается по закону Ома из разницы напряжений между двумя измерениями и тока, протекающего через ячейку.

Напряжение холостого хода OCV

Измерение напряжения холостого хода батареи не является надежным показателем ее способности передавать ток. По мере старения батареи ее внутреннее сопротивление увеличивается. Это снизит способность аккумулятора принимать и удерживать заряд, но напряжение холостого хода будет оставаться нормальным, несмотря на уменьшенную емкость аккумулятора. Сравнение фактического внутреннего сопротивления с сопротивлением новой батареи укажет на любое ухудшение характеристик батареи.

Состояние заряда (SOC)

Для многих приложений пользователю необходимо знать, сколько энергии осталось в батарее. SOC также является фундаментальным параметром, который необходимо отслеживать и контролировать в системах управления батареями. Методы оценки SOC объясняются в разделе Состояние заряда.

Состояние здоровья (SOH)

Состояние работоспособности - это мера способности батареи обеспечивать заданный ток при необходимости.Это важный фактор для мониторинга производительности батареи после того, как она введена в эксплуатацию. Это кратко рассматривается в разделе ниже и более подробно в разделе о состоянии здоровья.

Тестирование сопротивления и проводимости

Обсуждение эквивалентной схемы батареи в разделе «Рабочие характеристики» показывает, что сопротивление батареи может увеличиваться с возрастом.

Производители батарей имеют свои собственные определения и соглашения для импеданса и проводимости, основанные на используемом методе испытаний. Хотя это не совсем корректно, они служат своей цели.

Метод испытания включает приложение небольшого переменного напряжения «E» известной частоты и амплитуды к ячейке и измерение синфазного переменного тока «I», протекающего в ответ на него.

Импеданс «Z» рассчитывается по закону Ома и равен Z = E / I

Проводимость "C" рассчитывается аналогично как C = I / E (величина, обратная импедансу).

Обратите внимание, что импеданс увеличивается по мере разряда батареи, а проводимость уменьшается.Таким образом, C напрямую коррелирует со способностью батареи производить ток, то есть с ее емкостью, тогда как Z дает обратную корреляцию. Таким образом, проводимость ячейки дает косвенное приближение к состоянию здоровья ячейки. Это измерение можно уточнить, приняв во внимание другие факторы. Они описаны на странице о состоянии здоровья.

В дополнение к импедансу и проводимости эти тесты, очевидно, обнаружат дефекты ячеек, такие как короткие замыкания и обрыв цепи.

Эти методы испытаний можно использовать с разными химическими составами ячеек, однако в испытательное оборудование должны быть встроены разные калибровочные коэффициенты, чтобы учесть различия в профилях старения для разных химикатов.

Тестирование импеданса и проводимости надежно, безопасно, точно, быстро и не влияет на производительность батареи. Их можно проводить, пока батарея используется, или их можно использовать для постоянного контроля производительности батареи, избегая необходимости тестирования под нагрузкой или разряда.

Измерения постоянного тока

Обратите внимание, что измерения постоянного тока не распознают изменения емкости, и, следовательно, измерения внутреннего сопротивления ячейки не так хорошо коррелируют с SOH ячейки.

Использование обычного омметра для измерения сопротивления кабелей, контактов и межэлементных перемычек неудовлетворительно, поскольку сопротивление очень низкое, а сопротивление выводов прибора и контактов вызывает значительные ошибки.Более высокая точность может быть достигнута за счет использования моста Кельвина, который отделяет провода измерения напряжения от выводов источника тока и, таким образом, позволяет избежать ошибки, вызванной падением напряжения на выводах источника тока. См. Также определение напряжения зарядного устройства.

Анализаторы батарей

Анализаторы батарей

предназначены для быстрой индикации состояния здоровья (SOH) батареи. Некоторые анализаторы также выполняют двойную функцию восстановления батареи.

Для этого оборудования нет отраслевых стандартов, в основном потому, что нет стандартного определения состояния здоровья. У каждого производителя оборудования есть свой любимый способ его определения и измерения, от простого измерения проводимости до средневзвешенного значения нескольких измеренных параметров, а испытательное оборудование разработано так, чтобы дать соответствующий ответ. Это не должно быть проблемой, если одно и то же оборудование используется постоянно, однако это вызывает проблемы, если для проведения испытаний используется оборудование от разных производителей.

Анализ отказов

Анализ отказов ячеек лучше всего проводят производители ячеек. Только они будут иметь подробные спецификации механических и химических компонентов ячейки, а для этого обычно требуется доступ к дорогостоящему аналитическому оборудованию, такому как электронные микроскопы и масс-спектрометры, которые они должны иметь. Дополнительную информацию см. В разделах «Почему выходят из строя батареи» и «Неисправности литиевых батарей»

.

Определение уровня заряда аккумулятора

Знание количества энергии, оставшейся в батарее, по сравнению с энергией, которую она имела, когда она была полной, дает пользователю представление о том, сколько еще батарея будет продолжать работать, прежде чем ей потребуется подзарядка.Это мера кратковременной емкости аккумулятора. Используя аналогию с топливным баком в автомобиле, оценку состояния заряда (SOC) часто называют функцией «Газомер» или «Датчик уровня топлива».

См. Также Состояние работоспособности (SOH), которое показывает долговременную работоспособность батареи.

SOC определяется как доступная мощность, выраженная в процентах от некоторого эталонного значения, иногда от его номинальной мощности, но более вероятно, от его текущей мощности (т.е. при последнем цикле зарядки-разрядки), но эта неоднозначность может привести к путанице и ошибкам. Обычно это не абсолютная мера в кулонах, киловатт-часах или ампер-часах оставшейся в батарее энергии, что было бы менее запутанно.

Предпочтительным эталоном SOC должна быть номинальная емкость нового элемента, а не текущая емкость элемента. Это потому, что емкость ячейки постепенно уменьшается с возрастом. Например, к концу срока службы элемента его фактическая емкость будет приближаться только к 80% от его номинальной емкости, и в этом случае, даже если элемент был полностью заряжен, его SOC будет составлять только 80% от номинальной емкости.Влияние температуры и скорости разряда еще больше снижает эффективную емкость. Эта разница в контрольных точках важна, если пользователь зависит от оценки SOC, как это было бы в реальном приложении газового манометра в автомобиле.

К сожалению, эталон измерения SOC часто определяется как текущая емкость элемента, а не номинальная емкость. В этом случае полностью заряженный элемент, срок службы которого приближается к концу, может иметь SOC 100%, но он будет иметь эффективную емкость только 80% от его номинальной емкости, и к расчетной емкости необходимо будет применить поправочные коэффициенты, чтобы сравните его с его новой номинальной мощностью.Использование текущей мощности, а не номинальной, обычно является сокращением или компромиссом при проектировании, чтобы избежать сложности определения и учета корректировок мощности, связанных с возрастом, которые обычно игнорируются.

Основание оценки SOC на текущей емкости аккумулятора, а не на его номинальной емкости в новом состоянии эквивалентно постепенному уменьшению емкости топливного бака в течение срока службы транспортного средства без уведомления водителя.Если требуется точная оценка оставшегося заряда батареи, необходимо учитывать факторы старения и окружающей среды.

Для приложений балансировки ячеек необходимо знать только SOC любой ячейки относительно других ячеек в цепочке батарей. Поскольку все клетки будут подвергаться одинаковым воздействиям в течение своей жизни, для этой цели можно не принимать во внимание корректировки старения и окружающей среды, которые применяются в равной степени ко всем клеткам.

Требования к точности SOC

Знание SOC особенно важно для больших литиевых батарей. Из всех распространенных химических составов элементов литий является наиболее химически реактивным и единственным, которому необходимы электронные системы управления батареями (BMS), чтобы поддерживать батарею в безопасном рабочем окне и обеспечивать длительный срок службы. Управление SOC - основная функция BMS.Кроме того, автомобильные приложения - одно из основных применений больших литиевых батарей - требуют очень точного контроля SOC для эффективного и безопасного управления потоками энергии.

  • В приложениях EV SOC используется для определения дальности. Это должно быть абсолютное значение, основанное на емкости новой батареи, а не в процентах от текущей емкости, которая может привести к ошибке 20% или более из-за старения батареи.

    Как известно, автомобильные датчики уровня топлива неточны, поэтому точность SOC в 5%, если бы она могла быть достигнута, вероятно, была бы удовлетворительной для таких приложений.

  • В приложениях HEV SOC определяет, когда двигатель включается и выключается. Ошибки SOC более 5% могут серьезно повлиять на топливную экономичность системы. Поэтому желательна точность, значительно превышающая 5%.

См. «Возможности точности оценки» ниже

Методы определения заряда

Было использовано несколько методов оценки степени заряда аккумулятора.Некоторые из них специфичны для определенного химического состава клеток. Большинство из них зависит от измерения некоторого удобного параметра, который зависит от уровня заряда.

Прямое измерение

Это было бы легко, если бы аккумулятор мог разряжаться с постоянной скоростью. Заряд в батарее равен току, умноженному на время, в течение которого он протекал. К сожалению, здесь есть две проблемы.Во всех практических батареях ток разряда непостоянен, но уменьшается по мере разряда батареи, обычно нелинейным образом. Следовательно, любое измерительное устройство должно иметь возможность интегрировать ток с течением времени. Во-вторых, этот метод зависит от разрядки аккумулятора, чтобы узнать, сколько в нем заряда. В большинстве приложений, за исключением, возможно, квалификационных испытаний, пользователю (или системе) необходимо знать, сколько заряда находится в элементе, не разряжая его.

Невозможно также напрямую измерить эффективный заряд аккумулятора, отслеживая фактический заряд, вложенный в него во время зарядки.Это связано с кулоновской эффективностью батареи. Потери в батарее во время цикла заряда-разряда означают, что во время разряда батарея будет заряжать меньше, чем было заложено во время зарядки.

Кулоновский КПД или прием заряда - это мера того, сколько полезной энергии доступно во время разряда по сравнению с энергией, используемой для заряда элемента. На эффективность заряда также влияют температура и SOC.

SOC по измерениям удельного веса (SG)

Это обычный способ определения состояния заряда свинцово-кислотных аккумуляторов.Это зависит от измерения изменения веса активных химических веществ. По мере того как аккумулятор разряжается, активный электролит, серная кислота, расходуется, и концентрация серной кислоты в воде снижается. Это, в свою очередь, снижает удельный вес раствора прямо пропорционально степени заряда. Таким образом, фактическая удельная плотность электролита может использоваться как индикатор состояния заряда батареи. Измерения удельного давления традиционно выполнялись с помощью ареометра всасывающего типа, что медленно и неудобно.

В настоящее время электронные датчики, которые обеспечивают цифровое измерение удельного веса электролита, могут быть встроены непосредственно в элементы, чтобы обеспечить непрерывное считывание состояния аккумулятора. Этот метод определения SOC обычно не подходит для другого химического состава клеток.

Оценка SOC на основе напряжения

Использует напряжение аккумуляторной батареи как основу для расчета SOC или оставшейся емкости.Результаты могут сильно различаться в зависимости от фактического уровня напряжения, температуры, скорости разряда и возраста элемента, и для достижения разумной точности должна быть предусмотрена компенсация этих факторов. На следующем графике показана взаимосвязь между напряжением холостого хода и остаточной емкостью при постоянной температуре и скорости разряда для свинцово-кислотного элемента большой емкости. Обратите внимание, что напряжение на ячейке уменьшается прямо пропорционально оставшейся емкости.

Свинцово-кислотная батарея

Проблемы могут возникнуть с некоторыми химическими составами элементов, особенно с литиевыми, которые демонстрируют лишь очень небольшое изменение напряжения на протяжении большей части цикла заряда / разряда.На следующем графике показана кривая разряда литий-ионного элемента большой емкости. Это идеально для применения в аккумуляторных батареях, поскольку напряжение элемента не падает заметно при разряде элемента, но по той же причине фактическое напряжение элемента не является хорошим показателем SOC элемента.

Быстрое падение напряжения элемента в конце цикла может использоваться как индикатор неизбежной полной разрядки аккумулятора, но для многих приложений требуется более раннее предупреждение.Полностью разряженные литиевые элементы резко сократят срок службы, и в большинстве приложений будет накладываться ограничение на DOD, которому подвергается элемент, чтобы продлить срок службы. В то время как напряжение ячейки может использоваться для определения желаемой точки отсечки, для критических приложений предпочтительнее более точное измерение.

См. Также, как измерение напряжения элемента во время «периодов покоя» может повысить точность оценок SOC в литиевых батареях на странице «Программно конфигурируемая батарея».

Текущая оценка SOC - (кулоновский счет)

Энергия, содержащаяся в электрическом заряде, измеряется в кулонах и равна интегралу по времени тока, который доставил заряд. Оставшуюся емкость элемента можно рассчитать путем измерения тока, входящего (заряжая) или покидающего (разряженного) элементов, и интегрируя (накапливая) его во времени.Другими словами, заряд, передаваемый в элемент или из него, получается путем накопления стока тока с течением времени. Контрольной точкой калибровки является полностью заряженная ячейка, а не пустая ячейка, и SOC получается вычитанием чистого потока заряда из заряда в полностью заряженной ячейке. Этот метод, известный как кулоновский счет, обеспечивает более высокую точность, чем большинство других измерений SOC, поскольку он измеряет поток заряда напрямую. Однако он все еще требует компенсации, чтобы учесть рабочие условия, как и в случае метода на основе напряжения.

Можно использовать три метода измерения тока.

  • Токовый шунт Самый простой метод определения тока - это измерение падения напряжения на низкоомном, высокоточном, последовательном резисторе считывания между батареей и нагрузкой, известном как токовый шунт. Этот метод измерения тока вызывает небольшую потерю мощности на пути тока, а также нагревает батарею и является неточным для малых токов.
  • Преобразователи на эффекте Холла
  • позволяют избежать этой проблемы, но они более дорогие. К сожалению, они не переносят большие токи и подвержены шумам.
  • Магниторезистивные датчики
  • GMR еще дороже, но они имеют более высокую чувствительность и более высокий уровень сигнала. Они также обладают лучшей устойчивостью к высоким температурам, чем устройства на эффекте Холла.

Кулоновский счет зависит от тока, протекающего от батареи во внешние цепи, и не учитывает токи саморазряда или кулоновский КПД батареи.

Обратите внимание, что в некоторых приложениях, таких как автомобильные батареи, «непрерывный» ток батареи не отслеживается. Вместо этого производится выборка тока, и по ним восстанавливается непрерывный ток. В таких случаях частота дискретизации должна быть достаточно высокой, чтобы фиксировать текущие пики и впадины, связанные с ускорением и рекуперативным торможением, в соответствии со стилем вождения пользователя.

Оценка SOC из измерений внутреннего импеданса

Во время циклов зарядки-разрядки элемента состав активных химикатов в элементе изменяется, поскольку химические вещества преобразуются между заряженным и разряженным состояниями, что отразится на изменениях импеданса элемента.Таким образом, измерения внутреннего импеданса ячейки также могут использоваться для определения SOC, однако они не используются широко из-за трудностей с измерением импеданса, пока ячейка активна, а также трудностей в интерпретации данных, поскольку импеданс также зависит от температуры.

Fuzzy Logic и другие аналогичные модели использовались для решения этих проблем, и для этой цели были разработаны ASIC.

Прочие меры государственной ответственности

При постоянной нагрузке и постоянных условиях окружающей среды литиевые элементы имеют линейную характеристику разряда SOC во времени, что, возможно, позволяет определить SOC по времени работы или, в случае чисто электрического транспортного средства, по пройденному расстоянию.Этот метод зависит от поддержания постоянного режима вождения, и при изменении режима вождения могут возникнуть серьезные неточности. Он также не может применяться, когда используется прерывистая зарядка, как в случае с HEV.

Хотя этот показатель может не подходить в качестве основы для BMS в автомобильной промышленности, его можно использовать для простых приложений, таких как индикаторы запаса хода велосипеда, а также он может обеспечить контрольную проверку прогнозов модели BMS в целях безопасности.

Факторы, влияющие на степень заряда литиевых батарей

К сожалению, ни измерения напряжения, ни подсчета кулонов недостаточно для высокоточного измерения топлива, потому что заряд, который элемент может принять или доставить, зависит не только от основной конструкции элемента, но и от возраста элемента, а также от его краткосрочного и долгосрочного использования. рабочая среда.

Полезная емкость

Оценка

SOC для литиевых элементов усложняется тем фактом, что полезная емкость элемента не постоянна, а значительно варьируется в зависимости от температуры, скорости разрядки заряда и возраста элемента и меньшего влияния на другие параметры, такие как время между зарядками. (из-за скорости саморазряда).

Заряд - скорость разряда

Эффективная емкость элемента зависит от скорости, с которой он заряжается и разряжается, как показано на графике скорости разряда. Это связано с тем, что для завершения электрохимических воздействий в ячейке требуется конечное время, и они не могут мгновенно следовать за электрическим стимулом или нагрузкой, приложенной к ячейке. Это объясняется в разделе о времени зарядки.Если элемент подвергается кратковременным импульсам зарядки и разрядки, как в приложениях EV и HEV, химический эффект импульса зарядки может не быть полностью завершен до того, как последующий импульс разрядки начнет обращать процесс. Даже при подсчете кулонов это может привести к ошибкам в определении SOC клетки, если не принимать во внимание скорость химического воздействия.

Гистерезис

В том же состоянии заряда напряжение холостого хода (OCV) после заряда выше, чем OCV после разряда.Это еще одно проявление постоянной времени, связанное с задержкой химической реакции батареи в соответствии с электрическим стимулом.

Подробнее о гистерезисе и его влиянии на точность измерений SOC.

Температура и скорость разряда

На следующем графике показано, как емкость литиевого элемента зависит от температуры и скорости разряда.Он показывает, что при нормальных рабочих температурах кулоновская эффективность элемента очень высока, но при низких температурах наблюдается значительное падение эффективности, особенно при высоких скоростях разряда, что может привести к серьезным ошибкам в оценке SOC. Это явление не характерно для литиевых элементов, поскольку другие химические элементы элементов также демонстрируют ухудшение характеристик при низких температурах.

На графике показан литиевый элемент, работающий между указанными верхним и нижним пределами отсечки напряжения, равным 4.2. Вольт и 2,5 Вольта соответственно. Они считаются полностью заряженными и пустыми состояниями ячейки. Линия «Полный» - это точка, в которой элемент достигает полного заряда с использованием метода зарядки постоянным током - постоянным напряжением при соответствующей температуре. Показаны две «пустые» линии, соответствующие двум разным скоростям разряда 0,2 ° C и 1,0 ° C.

Емкость ячейки при заданной скорости и температуре - это разница между строкой «Полный» и соответствующей строкой «Пустой».

На практике элемент может заряжаться при одной температуре и разряжаться при другой температуре, и это необходимо учитывать при расчете эффективной емкости элемента. Обратите внимание, что элемент очень неэффективен при отказе от заряда при высоких скоростях разряда и низких температурах. Другими словами, его кулоновская эффективность резко ухудшается при низких температурах. Также обратите внимание, что указанный выше элемент может быть полностью разряжен при высоком уровне тока, но может быть дополнительно разряжен при низком уровне тока на количество миллиампер-часов между двумя «пустыми» точками, которые соответствуют текущей температуре элемента.

Типичные характеристики элемента указывают емкость только при 25 ° C и 0,3 ° C. На приведенном ниже графике показано комбинированное влияние скорости и температуры на эффективную емкость ячейки. Обратите внимание, что доступная емкость уменьшается при высоких скоростях разряда, и, хотя есть небольшое уменьшение емкости при работе при высоких температурах, есть существенное снижение при низких температурах. Подобные эффекты вступают в игру во время цикла зарядки.

Приведенный выше график характеризует производительность литиевого элемента в двух ожидаемых рабочих условиях. Матрица значений емкости, связанная со всеми возможными комбинациями тока и температуры, полезна в качестве справочной таблицы , используемой приведенными ниже алгоритмами оценки заряда.

Эта матрица характеристик аккумулятора аналогична «карте двигателя», в которой хранится множество кривых характеристик двигателя при различных условиях эксплуатации, используемых в системах управления, используемых в современных двигателях внутреннего сгорания.

Старение клеток

График ниже показывает, как старение влияет на емкость элемента. Чтобы учесть это, формулы для расчета остаточной мощности должны иметь возможность динамически изменяться с течением времени, чтобы оставаться точными.

Цикл жизни элемента обычно считается завершенным, когда емкость элемента упала до 80% от значения, когда элемент был новым.Обратите внимание, что емкость уменьшается довольно линейно по мере старения элемента и продолжает уменьшаться после указанного срока службы батареи. Внезапной смерти нет, и батареи можно продолжать использовать, хотя и с меньшей емкостью.

Саморазряд

В дополнение к заряду, который вводится в аккумулятор и снимается с него во время нормального процесса зарядки-разрядки, необходимо также учитывать продолжающийся долгосрочный эффект саморазряда, потребляющий доступную энергию в элементе.

Прочие факторы

Другие факторы, такие как эффективность заряда / разряда, также влияют на емкость элемента.

Расчет SOC литиевых батарей

Как отмечалось выше, измерения напряжения или тока могут дать приблизительное представление о состоянии заряда батареи, но для большей точности, особенно для литиевых батарей, необходимо учитывать другие факторы.

Теоретическая оценка SOC

Можно, но не обязательно, оценить SOC батареи из чисто теоретических соображений. Батарейки нелинейные. SOC можно было бы рассчитать на основе измеренных параметров ячейки и условий эксплуатации, если бы было достаточно данных. К сожалению, это слишком сложно, поскольку существует 30 или более переменных, влияющих на производительность ячейки, некоторые из которых гораздо более значительны, чем другие.Они перечислены ниже только для информации, так как этот метод на практике не используется (если только в сильно урезанном виде) »

Теоретические расчеты основаны на кулоновском подсчете, измененном в зависимости от напряжения и температуры элемента, скорости заряда и разряда элементов, химического состава различных активных химикатов и любого использованного легирования, возможности и воздействия загрязнение, форма и длина физических путей тока в ячейке, объем электролита, толщина электролита и сепаратора, удельное сопротивление компонентов, скорость массопереноса ионов через электролит, скорость химическое воздействие на поверхности электродов или скорость поглощения ионов интеркаляционными слоями, фактическая площадь поверхности электродов, эффективная площадь поверхности электродов с учетом размеров частиц химикатов, эффект пассивации на поверхности электрода, температура окружающей среды, эффект джоулева нагрева, скорость саморазряда ячеек, время между обугливанием ges плюс, возможно, несколько других факторов.

Теоретический расчет SOC всегда будет ограничен числом эффектов, для которых можно разработать уравнения.

Практическая оценка SOC

В качестве альтернативы можно измерить рабочие характеристики типичной ячейки (или ячеек) для образца, а результаты использовать в качестве шаблона для представления производительности остальной популяции.Основывать оценки производительности ячеек на справочных таблицах, построенных на основе данных измерений фактических ячеек, намного проще, чем выполнение теоретических оценок, поскольку они автоматически учитывают большинство, если не все факторы, влияющие на SOC. Справочные таблицы представляют собой пошаговые аппроксимации кривых характеристик и характеристик, которые представляют характеристики разряда элемента в зависимости от температуры, скорости разряда или других параметров. См. Пример выше. Необходимые справочные таблицы разрабатываются на основе лабораторных измерений в контролируемых условиях.Процесс сбора данных и построения справочной таблицы называется характеристикой ячейки и должен выполняться только один раз, однако новый набор данных или справочная таблица должны быть созданы для каждого варианта химического состава ячейки и используемой конструкции ячейки.

Многоразовое стандартное программное обеспечение, которое можно использовать для обработки различных наборов данных

После того, как элементы были охарактеризованы, следующим шагом будет рассмотрение применения батареи.Кулоновский счет используется для обеспечения начальной оценки SOC ячейки, и это значение затем модифицируется, чтобы учесть неиспользуемую емкость ячейки, соответствующую ее рабочей точке, путем обращения к справочной таблице. Таким образом, оценка SOC выполняется путем построения модели батареи, которая воспроизводит характеристики батареи в программном обеспечении, и алгоритма, который предсказывает ее поведение в ответ на различные внешние и внутренние условия.

Для этого метода, конечно же, требуются датчики для предоставления данных измерений текущего состояния батареи, память для хранения модели батареи и микропроцессор для расчета результатов.

Датчики

в батарее обеспечивают аналоговые входы, представляющие температуру, напряжение и ток ячеек, для модели, а прецизионные аналого-цифровые преобразователи переводят эти входные данные в цифровую форму. Дополнительная информация, такая как температура окружающей среды и состояние различных аварийных сигналов, при необходимости, также может быть предоставлена ​​модели. Эти входные данные постоянно контролируются и обновляются по запросу микропроцессора, который управляет моделью. Затем модель может использовать эти входные данные для оценки SOC или другого состояния батареи в любой момент времени.

В динамических приложениях, таких как автомобильные батареи, входы должны контролироваться не реже одного раза в секунду, чтобы гарантировать, что не будут пропущены значительные потоки заряда или критические события, а прогнозирование SOC для каждой отдельной ячейки в батарее должно быть выполнено в течение интервала выборки. Из-за сложности алгоритма и количества задействованных входов система должна выполнять более миллиона или более вычислений с плавающей запятой в секунду.Для этого нужен мощный микропроцессор. Пример необходимости постоянного обновления оценок SOC в работающей системе приведен в разделе «Системы управления батареями».

Оценка точности оценок SOC на основе справочных таблиц

  • Ошибки смещения (учитываемое количество и значимость влияющих факторов)
  • Для точного представления характеристик заряда / разряда ячейки аналогичные справочные таблицы должны быть разработаны для всех известных факторов, которые существенно влияют на емкость элемента (Ач) и импеданс, такие как температура элемента, температура окружающей среды, заряд и разряд. скорости, скорости рассеивания тепла, скорости саморазряда элемента, заряда или кулоновской эффективности и снижения емкости в течение срока службы элемента.

    Если любой из ключевых параметров, влияющих на полезную емкость соты, игнорируется, в оценке SOC будет соответственно большая ошибка смещения.

    Ошибка смещения SOC, основанная только на кулоновском подсчете, без компенсирующих факторов, может достигать 30%!

  • Размер и срок действия выборки
  • Точность может быть ограничена небольшим размером выборки, использованной для построения набора данных, и тем, были ли образцы, использованные для характеристики клеток, действительно репрезентативными для популяции в течение ожидаемого производственного цикла ячеек.

  • Точки данных и алгоритмы прогнозирования
  • Точность также будет напрямую зависеть от количества точек данных в справочной таблице. Для получения более точных оценок на основе ограниченных наборов данных были разработаны различные алгоритмы (примеры ниже). По сути, это означает объединение измеренных точек производительности в наборе данных или справочной таблицы в непрерывную поверхность, чтобы можно было извлечь значения производительности из промежуточных точек.Каждый из этих алгоритмов имеет свою характеристическую точность оценки.

  • Кулоновский КПД
  • Подсчет кулонов также подвержен ошибкам, поскольку все кулоны, накачанные в аккумулятор во время зарядки, не могут быть преобразованы в доступный заряд. Часть энергии неизбежно теряется в процессе химического преобразования, обычно в виде тепла. Точно так же на обратном пути по тем же причинам часть доступного заряда теряется, и только часть сохраненного заряда доступна для выполнения работы.Потери энергии в оба конца для литиевой батареи составляют около 3%. Кулоновский КПД - это соотношение между энергией разряда и энергией заряда.

  • Скорость саморазряда
  • Другая причина, по которой вся энергия, вложенная в батарею, не может выйти снова, - это саморазряд элементов. Саморазряд литиевых батарей обычно составляет менее 3% в месяц, поэтому в течение суток или около того эффект очень мал, но становится тем значительнее, чем дольше периоды между зарядками, и может быть источником накопления ошибок, если только схема контроля батареи регулярно сбрасывается или калибруется.

  • Случайные ошибки (точность измерения)
  • Случайные ошибки возникают из-за неточностей при измерении факторов, которые фактически учитываются при оценке SOC. Это относится как к характеристикам элементов, так и к элементам в работающих батареях, поэтому существует два потенциальных источника подобных ошибок.

    • Напряжение элемента
    • Температура ячейки
    • Сила тока батареи
    • Ошибка выборки тока
    • Ошибки квантования аналого-цифрового преобразователя
    • Скорость саморазряда
    • Эффекты гистерезиса
    • Возраст батареи / количество оборотов емкости (завершенных циклов)

    Обычно чистое влияние серии случайных ошибок, например, из-за неточностей измерений, может быть рассчитано с использованием метода «корневой суммы квадратов».

  • Накопление накопленных ошибок
  • Со временем эталонная точка «полностью заряженной» системы батареи может дрейфовать, поэтому систему следует регулярно калибровать, чтобы сбросить эталонный SOC на 100%, когда батарея полностью заряжена. Регулярная калибровка системы оценки SOC необходима, чтобы избежать накопления кумулятивной ошибки. Это особенно верно для аккумуляторов HEV, которые при нормальных обстоятельствах никогда не достигают своего полностью заряженного состояния, когда систему можно сбросить до известного уровня заряда.

Принимая во внимание все эти факторы, расчет SOC может быть подвержен очень большим ошибкам, которые могут поставить под угрозу приложение, если при проектировании аккумуляторной системы не будут предприняты шаги для уменьшения этих ошибок. Точность, заявленная для расчета SOC, должна соответствовать совокупной точности измерений составляющих параметров плюс любые ошибки смещения. Заявления производителя о точности SOC выше 5% являются типичными, но это кажется трудно оправданным, учитывая факторы, описанные здесь, и ошибки могут расходиться еще больше по мере того, как клетки стареют.

Сравните это с требованиями к точности выше

Алгоритмы оценки заряда

Несколько различных методов, таких как нечеткая логика, фильтрация Калмана, нейронные сети и рекурсивные методы самообучения, были использованы для повышения точности оценки SOC, а также оценки состояния здоровья (SOH).

Нечеткая логика

Fuzzy Logic - это простой способ сделать определенные выводы из расплывчатой, неоднозначной или неточной информации.Он напоминает процесс принятия решений человеком с его способностью работать с приблизительными данными для поиска точных решений.

В отличие от классической логики, которая требует глубокого понимания системы, точных уравнений и точных числовых значений, нечеткая логика позволяет моделировать сложные системы с использованием более высокого уровня абстракции, основанного на наших знаниях и опыте. Это позволяет выразить это знание с помощью субъективных понятий, таких как большой, маленький, очень горячий, ярко-красный, долгое время, быстро или медленно.Это качественное лингвистическое представление экспертных знаний представляет собой естественное, а не числовое описание системы и позволяет относительно легко разрабатывать алгоритмы по сравнению с числовыми системами. Затем выходные сигналы можно сопоставить с точными числовыми диапазонами, чтобы обеспечить характеристику системы. Нечеткая логика широко используется в системах автоматического управления.

Используя этот метод, мы можем использовать всю доступную нам информацию о характеристиках батареи, чтобы получить более точную оценку ее состояния заряда или состояния здоровья.Доступны пакеты программного обеспечения, упрощающие этот процесс.

Фильтр Калмана

Фильтрация Калмана решает давний вопрос: как получить точную информацию из неточных данных? Что еще более важно, как обновить «наилучшую» оценку состояния системы при поступлении новых, но все еще неточных данных? Примером такой ситуации является автомобильное приложение HEV.На SOC аккумулятора влияет множество одновременных факторов, и он постоянно меняется в зависимости от стиля вождения пользователя. Фильтр Калмана предназначен для удаления нежелательного шума из потока данных. Он работает, предсказывая новое состояние и его неопределенность, а затем исправляя это с помощью нового измерения. Он подходит для систем с несколькими входами и широко используется в прогнозирующих контурах управления в системах навигации и наведения. С помощью фильтра Калмана точность модели прогнозирования SOC батареи может быть улучшена, и для таких систем заявлена ​​точность лучше 1%.

Как и в случае с Fuzzy Logic, доступны стандартные пакеты программного обеспечения, облегчающие его реализацию.

Нейронные сети

Нейронная сеть - это компьютерная архитектура, смоделированная на основе взаимосвязанной системы нейронов человеческого мозга, которая имитирует процессы обработки информации, памяти и обучения. Он имитирует способность мозга сортировать шаблоны и учиться методом проб и ошибок, распознавая и извлекая взаимосвязи, лежащие в основе данных, с которыми он представлен.

Каждый нейрон в сети имеет один или несколько входов и производит выход; каждый вход имеет весовой коэффициент, который изменяет значение, поступающее в нейрон. Нейрон математически манипулирует входными данными и выдает результат. Нейронная сеть - это просто нейроны, соединенные вместе, причем выход одного нейрона становится входом для других, пока не будет достигнут окончательный результат. Сеть учится, когда ей представляют примеры (с известными результатами); весовые коэффициенты корректируются на основе данных - либо посредством вмешательства человека, либо с помощью запрограммированного алгоритма, - чтобы приблизить окончательный результат к известному результату.Другими словами, нейронные сети «учатся» на примерах (когда дети учатся узнавать собак на примерах собак) и демонстрируют некоторую способность к обобщению за пределами данных обучения.

Таким образом, нейронные сети

напоминают человеческий мозг двумя способами:

  1. Нейронная сеть приобретает знания в процессе обучения.
  2. Знания нейронной сети хранятся в пределах силы межнейронных связей, известных как синаптические веса.

Истинная сила и преимущество нейронных сетей заключается в их способности представлять как линейные, так и нелинейные отношения, а также в их способности изучать эти отношения непосредственно из моделируемых данных. Среди множества приложений - системы прогнозного моделирования и управления.

Методы нейронной сети

полезны для оценки производительности батареи, которая зависит от количественной оценки влияния множества параметров, большинство из которых не могут быть определены с математической точностью.Алгоритмы уточняются с помощью опыта, полученного при эксплуатации аналогичных батарей.

Двухпараметрическая оценка SOC и повышение точности

В то время как изменение напряжения ячейки только от SOC недостаточно велико для обеспечения точного измерения SOC, тем не менее, достаточно предоставить ссылку на проверку ошибок для текущих (кулоновский счет) оценок SOC.Кроме того, поскольку точность SOC, определяемая кулоновским подсчетом, зависит от применения поправочных коэффициентов в зависимости от измеренного заряда батареи, температуры и напряжения, те же измерения напряжения могут использоваться для обеспечения альтернативной оценки SOC без заметного влияния на сложность система.

Общая точность оценки SOC затем может быть улучшена путем объединения подходящих взвешенных значений оценок SOC на основе тока и напряжения в одно значение.

Индикаторы состояния аккумуляторной батареи

Малые первичные элементы теперь доступны с аналоговыми индикаторами SOC на ячейках, известными как тестеры батарей или указатели уровня топлива. На боковой стороне ячейки имеется печатная полоса, напоминающая термометр, которая дает приблизительное представление об оставшейся емкости батареи.

На основе термохромных и проводящих чернил тонкий слой проводящих чернил наносится в форме клина.Самая узкая точка указывает на самый низкий уровень заряда, а самая широкая область указывает на полный заряд. Когда цепь замыкается, и ток течет через проводящие чернила, а сопротивление чернил вызывает их нагрев. Небольшое количество тока может генерировать достаточно тепла, чтобы повлиять на наименьшую область клина, но по мере того, как область расширяется, требуется больше тока, чтобы поднять его температуру. Термохромные чернила, напечатанные поверх проводящих чернил, меняют цвет в зависимости от температуры, а степень изменения цвета вдоль клина указывает величину тока и, следовательно, напряжение батареи.

Дизайн завершен маскирующим слоем из обычных чернил, который создает иллюзию термометра или аналогового указателя уровня топлива.

Точность измерения зависит от температуры окружающей среды.

SOC конденсаторов

Состояние заряда конденсатора определяется напряжением на его выводах.

Срок службы батареи и SOC

Узнайте больше о том, как эксплуатация SOC влияет на срок службы батареи.

Как рассчитать время работы от батарей при проектировании оборудования с использованием батарей; Технические ресурсы по батареям для инженеров-проектировщиков из PowerStream


Для Калькулятор Java-скриптов, который дает разумную оценку времени работы от батареи кликните сюда.

Заметки для инженеров-проектировщиков: как посчитайте, какая емкость аккумулятора вам нужна.

я знаю, я чувствую твоя боль. Отдел маркетинга дал вам спецификацию, и все, что в ней говорится, « максимизируют время работы, минимизируют размер батареи и стоят ». Но они не скажет вам, сколько времени работы приемлемо, сколько размера и веса будет рынок смирится, какая стоимость приемлема?

Эй, причина что они не более конкретны, они надеются на чудо и не хотят переоценить, если они не получат чуда.Чудо вы были надеемся, что это полная спецификация, но давайте приступим к делу.

Твоя месть подождать 2 недели и вернуться с « Хорошие новости, я поместил его в фонтан. ручка для спецификации всего 5000 долларов и за счет сокращения бюджета мощности (т.е. все функции, кроме одной), мы заставили его работать более 5,5 секунд, прежде чем подзарядка. ”А затем расслабьтесь и надейтесь на лучшее руководство от маркетинг!

Ты уже знал, что я не смогу помочь вам с вашей спецификацией, но по крайней мере вы могут использовать следующие инструменты оценки дизайна, чтобы дать отделу маркетинга матрица выбора.

Сколько емкость аккумулятора вам нужна для работы вашего устройства? Вот как вы оцениваете Это.

Шаг 0. Небольшой учебник по измерениям электронных заряжать. В конце концов, именно электроны (на самом деле ионы) хранятся в аккумулятор. В Phreshman fisicks мы все узнали, что мерой заряда является кулонов и что у одного электрона 1,602e-19 кулонов заряда. Один усилитель протекание по проводу в течение одной секунды потребляет один кулон заряда, что составляет 6.18 электронов ,.

Q = I * т

где Q - заряд в кулонах, I - ток в амперах и т - время в секундах.

Сумма заряд, проходящий через этот провод (ток 1,0 А) за 60 секунд, составляет 60 кулонов, и через час вы бы сказали «привет» и «До свидания» 3600 кулонов заряда.

Батарейки были очевидно, разработан инженерами, подписавшимися на простейшая »система измерения.Они устали вытаскивать слайд правила делить на 3600 каждый раз, когда они хотели знать, сколько 24000 кулонов продержался бы их и придумал несанкционированный блок ампер-часов . Позже, когда использовались батареи меньшего размера, они придумали миллиампер-час .

Не будь смущает дефис. Ампер-часы означает амперы, умноженные на часы. Разделите на усилители и у вас есть часы, разделенные на часы, и вы получите усилители. Значит, это не усилители, а это не ампер в час, это ампер-часы.И, кстати, я даже использовал термин "ампер-секунды", потому что когда вы говорите "кулоны", все остекленевшие глаза на тебя.

Не понимаю Я ошибаюсь, я люблю ампер-часы за единицы, это удобное практическое правило. Ампер-часы сколько заряда хранится в аккумуляторе. Поскольку батарея меняет напряжение во время разряда это не идеальный показатель того, сколько энергии хранится, для этого вам потребуются ватт-часы. Умножение среднего или номинального умножение напряжения батареи на емкость батареи в ампер-часах дает вам оценку сколько ватт-часов содержит аккумулятор.


E = C * Vavg

Где E - запасенная энергия в ватт-часах, C - емкость в ампер-часах, а Vavg - среднее напряжение при разряде. Да, ватт-часов - это мера энергии, как и киловатт-часы. Умножьте на 3600, и вы получите ватт-секунд , что также известно как Дж .

Пока мы находятся в прелюдии, я мог бы также упомянуть, что поскольку заряд в конденсаторе Q = CV означает, что батарея также может быть оценена в фарадах.Щелочная батарея AA 1,5 В аккумулятор, вмещающий 2 ампер-часа заряда (то есть 7200 кулонов), имеет эквивалентная емкость 4800 Фарад. Конечно, батарея ужасно странный конденсатор, потому что напряжение не падает пропорционально накопленный заряд, имеет высокое эквивалентное сопротивление и т. д.

Кроме того, я должен упомянуть, что вы не всегда получаете все ампер-часы, которые ожидаете от аккумулятор. Это объясняется в части 3 ниже как эффект Пёкарта.Вот почему я назвал это практическим правилом, а не теоремой. Самые большие ошибки возникают, когда вы быстро разряжаете батареи. Некоторые батареи, например угольно-цинковые, щелочные или Свинцово-кислотный раствор становится менее эффективным при быстрой разрядке. Типичный запечатанный свинцово-кислотный аккумулятор дает только половину своей номинальной емкости при разряде ставка C / 1 по сравнению со ставкой C / 20.

Следующий метод предполагает, что вы знаете, сколько ампер вы нужен гаджет под питание.Если вы знаете, сколько ватт, перейдите к шагу A ниже.

Шаг 1. Оборотная сторона конверта

Если текущий нарисовано x ампер, время T часов, затем емкость C в ампер-часах

С = xT

Например, если ваша помпа потребляет 120 мА, и вы хотите, чтобы она проработала 24 часа

С = 0.12 ампер * 24 часа = 2,88 ампер-часов

Шаг 2 . Соображения жизненного цикла

Это не хорошо разряжать аккумулятор до нуля во время каждого цикла зарядки. За Например, если вы хотите использовать свинцово-кислотную батарею в течение многих циклов, вы не должен превышать 80% заряда, оставив 20% заряда в аккумуляторе. Это не только увеличивает количество циклов, но и позволяет батарее ухудшиться на 20%, прежде чем вы начнете получать меньше времени выполнения, чем вызовы дизайна для

C ’ = С / 0.8

Для примера выше

C ’ = 2,88 AH / 0,8 = 3,6 AH

Шаг 3 : Скорость сброса

Некоторая батарея химические вещества дают намного меньше ампер-часов, если вы их быстро разряжаете. Это называется эффектом Пейкарта. Это большой эффект в щелочном, углеродном цинке, воздушно-цинковые и свинцово-кислотные батареи. Например, если вы рисуете в 1С на свинцово-кислотном аккумулятор вы получите только половину емкости, которая была бы у вас нарисовано на 0.05C. Это небольшой эффект в NiCad, литий-ионных, литиевых полимерах, и NiMH аккумуляторы.

Для свинцово-кислотных номинальная емкость аккумуляторов (т. е. число AH, выбитое на боковой стороне аккумулятор) обычно рассчитан на 20-часовую разрядку. Если ты разряжаясь с медленной скоростью, вы получите номинальное количество ампер-часов из их. Однако при высоких скоростях разряда емкость резко падает. Правило большой палец - это то, что для скорости разряда 1 час (т.е.е. Рисование 10 ампер из 10 ампер час батареи, или 1С) вы получите только половину номинальной емкости (или 5 ампер-часы от аккумулятора на 10 ампер-часов). Диаграммы, подробно описывающие этот эффект для для большей точности можно использовать различную скорость разряда. Например данные листы, перечисленные в /BB.htm

Например, если ваш портативный гитарный усилитель потребляя стабильные 20 ампер, и вы хотите, чтобы они длились 1 час, вы бы начали с шагом 1:

С = 20 ампер * 1 час = 20 Ач

Затем перейдите к Шагу 2

C ’ = 20 Ач / 0.8 = 25 хиджры

Тогда учтите высокую ставку

C ’‘ = 25 /.5 = 50 хиджры

Таким образом, вам понадобится герметичный свинцово-кислотный аккумулятор на 50 ампер-час. аккумулятор для работы усилителя в течение 1 часа при среднем токе 20 ампер рисовать.

Шаг 4. Что делать, если вы нет постоянной нагрузки? Очевидно, что нужно сделать, это то, что нужно сделать. Определите среднюю потребляемую мощность. Рассмотрим повторяющийся цикл, в котором каждый цикл составляет 1 час.Он состоит из 20 ампер в течение 1 секунды, а затем 0,1 ампер для остальное время. Средний ток будет рассчитан следующим образом.

20 * 1/3600 + 0,1 (3599) / 3600 = 0,1044 в среднем текущий.

(3600 - количество секунд в часе).

Другими словами, выяснить, сколько ампер потребляется усреднить и использовать шаги 1 и 2. Шаг 3 очень трудно предсказать в случае где у вас есть небольшие периоды высокого тока. Новости хорошие, стабильный розыгрыш 1С снизит мощность намного больше, чем короткие импульсы 1С с последующим отдыхом период.Таким образом, если средняя потребляемая мощность составляет около 20 часов, вы будете приблизиться к расчетной мощности по 20-часовой ставке, даже если вы рисование его в сильноточных импульсах. Фактические данные испытаний трудно получить без проводите тест самостоятельно.


Если вам известны ватты, а не амперы, выполните следующие действия. процедура

Шаг A: Преобразование ватт в амперы

Фактически, ватт - это основная единица мощности, а ватт-часы - это запасенная энергия.В Ключ - использовать известные вам ватты для расчета ампер при напряжении АКБ.

Например, вы хотите использовать мощность 250 Вт. Лампочка 110VAC от инвертора на 5 часов.
Ватт-часы = Вт * часы = 250 Вт * 5 часов = 1250 Вт · ч

Учитывать эффективность инвертор, скажем, 85%

Ватт-часы = Вт * часы / КПД = 1250 / 0,85 = 1470 ватт-часов

Поскольку ватт = амперы * вольты, разделите ватт-часы на напряжение аккумулятора для получения ампер-часов от аккумулятора

ампер-часов (при 12 вольт) = ватт-часы / 12 вольт = 1470/12 = 122.5 ампер-часов.
Если вы используют аккумулятор другого напряжения, ампер-часы изменятся, разделив его по напряжению аккумулятора, который вы используете.

Теперь вернитесь к шагам 2–4 выше, чтобы уточните свой расчет.

Как выбрать батареи | REI Co-op

Батареи - это переносные хранилища энергии. Они приводят в действие наши фары, фонари, устройства GPS, камеры, музыкальные плееры и многое другое. Идеальный аккумулятор обеспечит вам долгий срок службы, высокую производительность, разумную стоимость и низкое воздействие на окружающую среду.Чтобы получить это, вы должны знать, что вы ищете, что может быть непросто, когда вы начинаете копаться в деталях об электродах, катодах и различных типах металлов.

В этом руководстве мы рассмотрим варианты и расскажем о плюсах и минусах различных типов батарей, поскольку они относятся конкретно к пользователям, находящимся на открытом воздухе, таким как туристы, байкеры, лыжники и альпинисты.

Советы по выбору батарей:

  • Определите, какой размер батареи вам нужен: Это просто.Если ваш гаджет работает от батареек AAA, то это то, что вам нужно. Вы можете посмотреть на само устройство, чтобы узнать, какой размер батареи требуется, или проконсультироваться с инструкцией по эксплуатации.
  • Выберите между одноразовыми или перезаряжаемыми батареями: Одноразовые батареи дешевле и имеют отличный срок хранения, но перезаряжаемые батареи можно использовать снова и снова, что в конечном итоге делает их более экономичным выбором.
  • Подберите аккумулятор подходящего типа: Понимание того, как работают аккумуляторы, и знание того, чем щелочные отличаются от литиевых, а никель-металлгидридные от литий-ионных, поможет вам выбрать лучшую аккумуляторную батарею для вашего приложения.

Краткую справку см. В нашем PDF-файле для печати.

Если вас интересуют портативные солнечные зарядные устройства и аккумуляторы, прочтите нашу статью «Солнечные зарядные устройства и портативное питание».

Определите, какого размера батареи вам нужны

Вам не нужно много знать об аккумуляторах, чтобы выбрать размер для вашего устройства. Чтобы понять это, достаточно посмотреть на батареи, которые в настоящее время установлены в вашем устройстве, и заменить их на батареи того же размера (т.е.е. если там есть батарейки ААА, то такого размера и нужно покупать). Если у вас еще не установлены батареи, посмотрите на устройство на предмет индикации или обратитесь к инструкции по эксплуатации.

Если вы хотите узнать больше о размерах батарей, вот краткое руководство:

Вы, наверное, знакомы с батареями AAA, AA, C и D. Эти буквы являются индикаторами размера. Как правило, чем дальше вы читаете алфавит, тем больше батарея (например, D больше, чем C).Если вы видите, что буква используется более одного раза (например, AA, AAA), чем чаще она используется, тем меньше размер батареи (например, AAA меньше AA).

Калибровка батарей типа «таблетка» (также называемых кнопочными батареями) работает немного иначе. Эти батареи обычно состоят из двух букв, за которыми следуют четыре цифры. Первая буква указывает на химический состав, а вторая указывает на форму. Четыре числа описывают размер, первые два указывают диаметр, а вторые два - высоту.Например, для батареи CR2032 буква C означает литий, R указывает, что батарея круглая, а 2032 означает, что батарея имеет диаметр 20 мм и высоту 3,2 мм.

Выберите одноразовый или перезаряжаемый

Если вы покупаете обычные цилиндрические батарейки, такие как AAA, AA, C или D, у вас есть возможность купить одноразовые батарейки или аккумуляторы (батарейки типа «таблетка», такие как CR2032, предназначены только для одноразового использования). У обоих есть достоинства и недостатки; Взглянем на них:

Одноразовые батареи: Вот как они звучат.Когда в них кончился заряд, вы должны утилизировать их (чтобы найти ближайшие варианты утилизации аккумуляторов, посетите Call2Recycle.org). Два основных типа одноразовых батарей - щелочные и литиевые.

Плюсы:

  • Более низкая первоначальная стоимость, чем у аккумуляторных батарей.
  • Очень низкая скорость саморазряда (потеря мощности при простое) для длительного срока хранения.
  • Широко доступен.

Минусы:

  • Требуется утилизация после полной разрядки.

Аккумуляторные батареи: Эти батареи предназначены для многократной перезарядки, в некоторых случаях до 500 или более раз. Два основных типа аккумуляторных батарей - это никель-металлогидридные и литий-ионные.

Плюсы:

  • Поскольку они перезаряжаемые, они производят меньше отходов, чем одноразовые батареи.
  • Они предлагают лучшую долгосрочную ценность, чем одноразовые батареи (чем больше вы их используете, тем дешевле они становятся).

Минусы:

  • Более высокая первоначальная стоимость, чем у одноразовых батарей.

Выберите аккумулятор правильного типа

После того, как вы определились с размером батареи и сделали выбор между одноразовой и перезаряжаемой батареями, возможно, вам будет полезно узнать немного больше о различных типах батарей. Имея базовое представление о том, как работают батареи и что внутри них, вы можете принимать более обоснованные решения о том, какой тип батарей подходит для ваших нужд.

Основные сведения об аккумуляторах: Обычные аккумуляторы, такие как AAA, AA, C и D, имеют положительные и отрицательные клеммы и два внутренних слоя, называемых электродами, которые включают катод (который переносит положительный заряд) и анод (переносит отрицательный заряд) ). Все батареи также содержат электролит того или иного типа - вещество, которое проводит электричество (поток электронов) между выводами батареи. Когда вы вставляете аккумулятор в устройство, например в фару, электролит, катод и анод взаимодействуют, и происходит химическая реакция (в основном окисление).Ионы (положительно заряженные) и электроны (отрицательно заряженные) проходят через электролит, выходят через отрицательный вывод и позволяют устройству функционировать.

Со временем внутренние химические вещества батареи начинают разлагаться, и взаимодействие уменьшается. В конце концов они больше не могут сохранять заряд и считаются «мертвыми».

Смесь химических веществ в батарее призвана обеспечить некоторую комбинацию четырех святых граалей неуловимой «идеальной» батареи - долгого срока службы, высокой производительности, разумной стоимости и низкого воздействия на окружающую среду.Вот более подробный обзор наиболее распространенных вариантов, доступных для одноразовых и аккумуляторных батарей:

Одноразовые батареи

Одноразовые щелочные батареи

Наиболее часто используемая батарея - это щелочная батарея (то есть она содержит щелочной электролит, обычно гидроксид калия).

Лучшее применение: Устройства с низким энергопотреблением, такие как светодиодные фары, светодиодные фонарики, игрушки, устройства дистанционного управления, часы и радио, и даже предметы с умеренным потреблением энергии, такие как лампы с лампами накаливания.Щелочные батареи можно использовать в устройствах с высоким энергопотреблением (например, в цифровых фотоаппаратах), однако их продолжительность жизни резко сократится. Почему? Несмотря на то, что щелочи имеют высокую начальную энергоемкость, устройства с большим потреблением энергии потребляют настолько значительную энергию, что энергия быстро расходуется.

Плюсы:

  • По умеренной цене
  • Широко доступный

Минусы:

  • Бессрочный цикл использования-утилизации-замены.Возможно, они будут переработаны, но большинство из них попадает на свалки.

Номинальное напряжение : 1,5 (хотя оно постепенно снижается до менее 1 В по мере того, как батарея разряжается).

Расчетный срок хранения (при 20 ° C / 68 ° F): 5–7 лет.

Одноразовые литиевые батареи

Литий, исключительно легкий металл, придает литиевым батареям самую высокую удельную энергию из всех аккумуляторных элементов. Таким образом, они могут хранить больше энергии, чем щелочные батареи или любые одноразовые батареи сопоставимого размера.И они отлично справляются с экстремальными температурами, как жаркими, так и холодными.

ИСПОЛЬЗУЙТЕ С ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕМ: их более высокое напряжение делает литиевые батареи слишком мощными для некоторых устройств и может повредить схемы. Прочтите инструкции производителя, чтобы получить рекомендации по использованию батарей для отдельных продуктов.

Наилучшее применение: Устройства с большим стоком (например, цифровые фотоаппараты) и большинство (но не все) устройств с умеренным стоком (например, фары, игрушки).

Плюсы:

  • Самый длинный срок службы (безусловно) в категории одноразового использования; в цифровой камере литиевые батареи гипотетически могут производить более 100–200 фотографий со вспышкой; щелочные батарейки, 20–40+.
  • Превосходная функциональность при экстремальных температурах, от значительно ниже нуля до более 100 ° F.
  • Очень долгий срок хранения.
  • Легкий вес (примерно на 30% легче щелочных батарей аналогичного размера).

Минусы:

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: Более высокое напряжение может повредить некоторые устройства. Прочтите инструкции производителя, прилагаемые к каждому устройству, чтобы определить, могут ли они работать с литиевыми батареями.

Номинальное напряжение: 1.5–3 (хотя постепенно уменьшается по мере разряда батареи).

Расчетный срок хранения (68 ° F / 20 ° C): 10–15 лет.

Сравнение одноразовых батарей

Щелочной Литий
Номинальное напряжение 1,5 3,0
Расчетный срок годности 5–10 лет 10–15 лет
Рабочие характеристики при 0 ° F Плохо / хорошо Очень хорошо
Наилучшее или обычное использование

Устройства среднего слива:

Фары

Игрушки

Сливные устройства:

Частоты

Детекторы дыма

Устройства с высоким стоком:

Цифровые фотоаппараты

GPS

Устройства среднего слива:

Фары головные

Игрушки

Отличительные характеристики
  • Наиболее часто используемый и широко доступный аккумулятор.
  • Превосходная производительность при экстремальных температурах.
  • Легче, чем щелочные батареи.
  • Лучший выбор для цифровых фотоаппаратов среди одноразовых батарей.
  • ВНИМАНИЕ: слишком мощный для некоторых устройств; сначала прочтите инструкции к продукту.
Вторичная переработка Да. Чтобы узнать, как и где, посетите: www.call2recycle.org


В чем разница между литиевыми и литиево-ионными батареями? Литиевые батареи нельзя перезаряжать.Литий-ионные батареи могут.

Аккумуляторы

Перезаряжаемые стандартные никель-металлогидридные батареи

Как следует из названия, никель-металлогидридная (NiMH) батарея состоит из:

  • никель (обычно гидроксид никеля; используется для катода / положительного электрода)
  • сплав (смесь металлов или металлов, смешанных с другими элементами; используется для анода / отрицательного электрода)
  • гидроксид калия (щелочь) в качестве электролита.

NiMH батареи заменили никель-кадмиевые (NiCd) батареи в качестве предпочтительных цилиндрических перезаряжаемых батарей. Они предлагают более высокую энергоемкость (на 50 процентов больше), чем никель-кадмиевые батареи, и избегают высокой токсичности кадмия. При этом стандартные никель-металлгидридные батареи в значительной степени были заменены предварительно заряженными никель-металлгидридными батареями (дополнительную информацию см. В разделе «Предварительно заряженные никель-металлгидридные батареи» ниже).

Наилучшее использование: Устройства с высоким энергопотреблением (например, цифровые фотоаппараты, вспышки) или устройства, которые используются в течение длительного или непрерывного использования (например,г. GPS-приемники). Не рекомендуется для предметов, которые редко используются или нечасто проверяются, таких как детекторы дыма или фонарик в аварийном комплекте.

Плюсы:

  • Обеспечивает энергоемкость с более постоянной скоростью (технически более плоской скоростью разряда), чем одноразовые батареи - например, свет от налобного фонаря, использующего щелочные батареи, начинает ярче и постепенно становится тусклее. У никель-металлгидридных аккумуляторов уровень освещенности остается стабильным благодаря постоянному напряжению, обеспечиваемому аккумуляторными батареями.
  • Обеспечивает значительно больший ток (поток электронов), чем щелочная батарея, повышая ее производительность при обслуживании устройств с большим потреблением энергии.
  • Отсутствие измеримого «эффекта памяти» (это когда батарея имеет тенденцию «запоминать» только то количество энергии, которое она доставила во время последней разрядки).
  • Достаточно хорошо работает в холодную погоду.
  • Лучшая долгосрочная ценность, чем одноразовые батареи.
  • Пригоден для вторичной переработки.

Минусы:

  • Достаточно высокая скорость «саморазряда» (потеря мощности, когда она не используется) - неиспользуемые никель-металлгидридные батареи могут терять от 1 до 5 процентов накопленной энергии за день, от 30 до 40 процентов за месяц (и потенциально больше в теплых условиях).
  • Изначально в меру дорого.
  • Необходимо зарядить перед первым использованием.
  • Следует заряжать каждые 1-2 месяца.
  • Энергетическая мощность снижается на 10–15% после более чем 100 перезарядок.
  • Производительность может снизиться при падении или грубом обращении.

Вольт: 1,2 (постоянное напряжение обычно поддерживается на протяжении всего цикла, снижаясь до 1,1 до завершения цикла зарядки).

Расчетное количество циклов зарядки: 150–500

Скорость саморазряда: Потеря 1 процента (или более) накопленной мощности в день, примерно 40 процентов в месяц.

Хранение: Хранить полностью заряженным при 60 ° F / 15,5 ° C.

Советы:

  • Батареи большей емкости будут служить устройству дольше. Емкость никель-металлгидридных батарей выражается в миллиампер-часах (мАч). Посмотрите на сами батареи или на упаковку, чтобы узнать номинал мАч.
  • Можно заряжать в любое время, независимо от того, какой уровень энергоемкости они сохраняют.
  • Для обеспечения максимальной производительности перезаряжайте аккумулятор, когда его энергоемкость падает на 30–50 процентов ниже максимальной.
  • Чтобы начать длительный период хранения, сначала необходимо полностью зарядить все NiMH аккумуляторы.
  • Если не использовались в течение длительного времени, заряжайте стандартные никель-металлгидридные батареи каждые 1-2 месяца.

Перезаряжаемые предварительно заряженные никель-металлогидридные батареи

Также называемые «гибридными», «готовыми к использованию» или «малоразрядными» аккумуляторами, эти никель-металлгидридные аккумуляторы поставляются предварительно заряженными, поэтому они готовы к работе.Они обладают очень низкой скоростью саморазряда (потери мощности, когда они не используются), что делает их очень популярными в категории аккумуляторных батарей для цилиндрических батарей (элементы AAA, AA, C и D). По этим причинам предварительно заряженные никель-металлгидридные батареи по большей части заменили стандартные, незаряженные никель-металлогидридные батареи.

Наилучшее использование: Устройства с большим потреблением энергии (например, цифровые фотоаппараты, вспышки) или устройства с умеренным потреблением энергии, которые используются в течение длительного или непрерывного использования (например, приемники GPS, фары). Его более низкая скорость саморазряда также делает его подходящим для некоторых устройств с низким энергопотреблением, таких как часы и телевизионные пульты.

Плюсы: То же, что и стандартный NiMH, плюс:

  • Может идти прямо из упаковки в ваше устройство.
  • Намного более низкая скорость саморазряда, чем у стандартных никель-металлгидридных аккумуляторов (что делает эту конструкцию отличным выбором для фар или любого устройства, которое можно активно использовать в течение недели, а затем оставить нетронутым в течение нескольких месяцев).

Минусы:

  • Изначально в меру дорого.
  • Следует заряжать каждые 6–9 месяцев.
  • Энергетическая мощность снижается на 10-15 процентов после нескольких сотен подзарядок.

Вольт: 1,2 (постоянное напряжение обычно поддерживается в течение всего цикла).

Приблизительное количество циклов зарядки: примерно 150–500

Скорость саморазряда: Намного лучше, чем у стандартных NiMH аккумуляторов, примерно на 10–20 процентов за 6 месяцев.

Хранение: Хранить полностью заряженным при 60 ° F / 15,5 ° C.

Советы:

  • Батареи большей емкости будут служить устройству дольше.Емкость никель-металлгидридных батарей выражается в миллиампер-часах (мАч). Посмотрите на сами батареи или на упаковку, чтобы узнать номинал мАч.
  • Можно заряжать в любое время, независимо от того, какой уровень энергоемкости они сохраняют.
  • Чтобы начать длительный период хранения, сначала необходимо полностью зарядить все NiMH аккумуляторы.
  • Если они не используются в течение длительного времени, заряжайте предварительно заряженные NiMH аккумуляторы каждые 6–9 месяцев.

Литий-ионные аккумуляторы

Литий-ионные батареи

сегодня чаще встречаются в форме плиты, блока или батарейного блока, а не в форме цилиндра AAA, AA, C или D.Они широко используются в смартфонах, цифровых камерах, компьютерах и другой бытовой электронике.

Лучшее использование: Ноутбуки, смартфоны, спортивные часы с GPS, портативные устройства питания, некоторые велосипедные фонари.

Плюсы:

  • Обеспечивает самую низкую скорость саморазряда (менее 10 процентов в месяц) среди всех аккумуляторных батарей.
  • Большое количество циклов зарядки (500–1000 +).
  • Пригоден для вторичной переработки.

Минусы:

  • Дороже.
  • Даже если его не использовать, возраст отрицательно влияет.

Вольт: 3,6 (с некоторыми вариациями).

Приблизительное количество циклов зарядки: 500–1000 +.

Скорость саморазряда: Очень низкая, но возраст - враг литий-ионных аккумуляторов. Даже если они не используются, простое течение времени лишает их некоторой энергоемкости. Количество потерь зависит от размера и конфигурации батареи.

Хранение: Хранить примерно при 60 ° F / 15.5 ° C, либо при полной зарядке, либо при 50% емкости (мнения расходятся по этому вопросу).

Советы:

  • Заряжайте часто, даже если было потрачено лишь небольшое количество энергии.
  • Не допускайте полной разрядки литий-ионного аккумулятора перед подзарядкой. Это не испортит литий-ионный аккумулятор, но это не рекомендуется.
  • Больше циклов зарядки может быть достигнуто, если литий-ионный аккумулятор заряжается после неглубокой разрядки (примерно 30 процентов емкости, которую можно определить на устройствах, которые имеют индикатор энергоемкости или «топливомер» батареи).Если возможно, избегайте планирования перезарядки после средней (50 процентов) или полной (90–100 процентов) разрядки.

Сравнение аккумуляторов

Стандартный NiMH Предварительно заряженный NiMH Литий-ионный
Номинальное напряжение 1,2 1,2 3,6
Типичная энергоемкость AA (мАч) Очень высокий (прибл.2,500) Высокая (примерно 2 000–2400) AA / AAA не широко доступны
Расчетные циклы зарядки 150–500 150–500 + 300–500 +
Средняя скорость саморазряда Плохо (1% / день, 30% -40% / месяц) Очень хорошо (20% за 6 месяцев) Отлично (<2% / мес.)
Характеристики при 0 ° F Хорошо / удовлетворительно Хорошо / удовлетворительно Хорошо / удовлетворительно
Наилучшее или обычное использование

Устройства с высоким стоком:

Цифровые фотоаппараты

GPS

Устройства среднего слива:

Фары головные

Игрушки

Устройства с высоким стоком:

Цифровые фотоаппараты

GPS

Устройства среднего слива:

Фары головные

Игрушки

Ноутбуки

Смартфоны

GPS

Спортивные часы

Переносные силовые устройства

Некоторые велосипедные фары

Отличительные характеристики
  • Необходимо зарядить перед первым использованием.
  • Превосходит предварительно заряженный NiMH при интенсивном использовании в течение ограниченного времени за счет более высокой энергоемкости.
  • Готов к использованию вне упаковки.
  • Превосходит стандартный никель-металлгидридный аккумулятор при длительном использовании из-за низкой скорости саморазряда.
  • Необходимо зарядить перед первым использованием.
  • Высокая производительность, но ограничена конкретными продуктами (пока не в размерах AAA, AA, C, D).
  • Уменьшается с возрастом без учета использования.
Вторичная переработка Да. Чтобы узнать, как и где, посетите: www.call2recycle.org

Наконечники аккумулятора

Чтобы максимально эффективно использовать батареи, по возможности следуйте этим советам:

  • Все батареи, даже те, которые предназначены для работы в экстремальных температурах, могут терять производительность при воздействии высоких или низких температур. Для туристов, альпинистов, лыжников и других любителей активного отдыха низкие температуры часто являются самой большой проблемой.Чтобы снизить влияние холода на заряд аккумулятора, старайтесь держать устройство в тепле. Вы можете сделать это, держа налобный фонарь, смартфон, GPS или другое устройство где-то рядом с телом.
  • Не пытайтесь одновременно заряжать батареи разной емкости, разных марок или разного возраста. Не используйте вместе батарейки разных производителей или разного возраста.
  • Выньте батареи из устройств, если они не будут использоваться в течение нескольких месяцев. Это предотвращает незначительную разрядку аккумулятора устройства, даже если оно неактивно.
  • Извлеките одноразовые (неперезаряжаемые) батареи из устройства, когда оно работает от бытовой сети переменного тока. Это избавит батареи от крошечной утечки их резервов мощности устройством.
  • Не храните батареи, особенно одноразовые, в местах, где может стать сильное тепло, например, в багажниках автомобилей, на чердаках или в гаражах.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *