18650. Ёмкость при разряде

Преодолевая природную лень я таки собрал стенд для определения ёмкости Li-Ion аккумуляторов при разряде.

Пару часов промучившись с разработкой схемы потребителя стабильного тока — ну, то есть схема должна потреблять заданный ток вне зависимости от поданного на неё напряжения. Вообще такие схемы называют генераторами стабильного тока, но это определение мне не нравится. У меня не генератор тока, а потребитель тока.

Перепробовав несколько схем я пришел к выводу, что эти схемы подходят для несколько больших напряжений.

Схема на базе LM317 работает просто отлично! Очень хорошо держит заданный ток. Но она не подходит из-за того, что минимальное напряжение, при котором она работает, равно 3.5В, а мне хотелось бы снимать нагрузочную характеристику аккумуляторов , разряжая их до напряжения 2.5В.

Вторая схема на базе стабилитрона TL431, операционного усилителя и полевого транзистора могла работать даже при напряжении 1.8В, но заданный ток «удерживала» весьма посредственно: ток изменялся примерно на +/- 10%. В принципе жить можно. Но вот возникла следующая проблема.

Измерение тока с помощью MAX471 показало, что эта бестия тоже врёт со страшной силой, когда напряжение на её шунте мало.

Немного подумав, я решил измерять ёмкость аккумуляторов тупо нагрузив их на постоянное сопротивление. Ну и что, что по мере разряда будет падать напряжение и, соответственно, ток тоже будет уменьшаться. Зато если вместо измерения тока мы будем мерить напряжение — а это значительно точнее и проще!

В качестве коммутатора, который подключает нагрузочный резистор к аккумулятору, я взял обычное механическое реле.

Почему не использовал полевой транзистор? Ну, как не использовал? Использовал. Я попробовал полевик «вынутый» из старой материнской платы P0903BDG.

К сожалению, для того чтобы качественно открыть канал, на затвор нужно подать напряжение 5-10В. При напряжении 3.3В канал тоже, в общем-то, открывается, но при этом сопротивление канала составляет ощутимую величину. Скажем так — при протекании тока в несколько сотен миллиампер на канале падает напряжение десятки-сотни милливольт. Это — «многовасто».

Городить схему драйвера для управления полевиком мне не хотелось, а тем более у меня под руками была 5-вольтная релюха.

Работа стенда заключалась в ежесекундных измерениях напряжения на клеммах аккумулятора и передаче измеренной величины в комп. Нагрузочный резистор подключался к аккумулятору после нажатия на кнопку, а отключался по достижению напряжения на аккумуляторе 2.5В. (Тут надо сказать, что я не особенно старался попасть в значение в 2.5. Реально в программу заложил порог 2.4В.)

Другими словами — запуск процесса разряда осуществлялся нажатием на кнопку, а конец процесса определялся напряжением на клеммах аккумулятора.

В качестве нагрузки я использовал большой 10-ватный резистор, сопротивление которого от температуры практически не изменялось. Зная напряжение на аккумуляторе и зная сопротивление резистора, посчитать разрядный ток совсем нетрудно.

В общем, как показал опыт, аккумулятор разряжался в течении двух с половиной часов, при этом разрядный ток изменялся от 390 мА до 240 мА. Вот график разряда:

d-1

По оси абсцисс отложено время в секундах, по оси ординат — напряжение на клеммах аккумулятора. Если значения напряжений умножить на 100, то можно считать, что это есть ток разряда.

Немного поясню начало и конец графика. Я начал снимать процесс за несколько секунд до подключения нагрузки. Этим объясняется резкий скачок напряжения с 4.05 В до 3.9В в начале графика.

В конце графика имеется подъем напряжения до трёх вольт. Дело в том, что после того, как нагрузка была отключена, напряжение на аккумуляторе начало восстанавливаться. После отключения нагрузки я продолжал снимать напряжение на аккумуляторе ещё несколько секунд, вот это и определило подъём напряжения.

Теперь, что касается ёмкости аккумулятора. Ну, тут всё оказалось печально — ёмкость у банки оказалась даже меньше одного ампер-часа — всего 916.7 мА*час.

Емкость аккумулятора — это площадь под кривой разрядного тока. Вот эта незатейливая прога, которая вычисляет ёмкость аккумулятора:

#!/usr/bin/env python3
#coding:utf-8

''' lion-d-cap.py '''

import sys

if __name__ == "__main__":
  with open(sys.argv[1], 'r') as f:
    lion = f.readlines()

  cap = 0.0
  for l in lion:
    d = l.split()
    if (d[0] == '1'):
      cap += int(d[1])

  print (cap * 0.1594 / 3600)

Данные о процессе разряда поступали в комп в виде двух колонок:

0 2541
0 2543
0 2535
0 2544
1 2496
1 2464
1 2443
1 2442
1 2432
1 2437
...
1 1501
1 1502
1 1501
1 1501
1 1500
2 1499
2 1593
2 1624
2 1646

В первой колонке я указывал режим работы, во второй — код измеренного напряжения.

Режимы работы следующие:

  • 0: режим перед измерением (нагрузочное сопротивление ещё не подключено),
  • 1: режим измерения разряда аккумулятора,
  • 2: режим после измерения (нагрузочное сопротивление уже отключено)

Понятно, что вычислять ток (и, соответственно, ёмкость) следует только для значений в режиме 1. В режимах 0 и 2 нагрузка отключена, поэтому потребляемый ток равен нулю. (Помните, что мы оцифровываем не ток, а напряжение на клеммах аккумулятора?)

В общем, чтобы программа посчитала то, что надо, в неё введено условие

  if (d[0] == '1'):
    cap += int(d[1])

Ну, что я могу сказать… На аккумуляторной батарее была написана её емкость — 5400 мА*час. Поскольку батарея состояла из девяти банок, соединённых «три-по-три» (три последовательные секции по три параллельных банки в к каждой), то емкость одной банки вычисляется просто:

5400 / 3 = 1800 мА*час.

Такой ёмкостью банки обладали в начале жизни, но прошло, слава богу, 14 лет. Банки потеряли половину ёмкости. Но с другой стороны — они всё еще способны работать. Иначе говоря, аккумуляторы имеют полное право оставаться в моём радиолюбительском хозяйстве. Рано ещё им на помойку!

На этом, пожалуй, я закончу свои дурацкие исседования.

2 responses to “18650. Ёмкость при разряде

  1. Вместо LM317 можно было бы использовать LDO стабилизатор. Но на нём пришлось бы рассеивать порядка 1.5 Вт. Так что использование сопротивления вполне оправдано.

    > ёмкость у банки оказалась даже меньше одного ампер-часа — всего 916.7 мА*час
    В старых сотовых телефонах были аккумуляторы по 400-800 мА*час, и они работали неделю на одной зарядке. Так что не очень то и маленькая ёмкость. Только как долго они держат заряд?

    > На этом, пожалуй, я закончу свои дурацкие исследования.
    Хорошие исследования.
    Имеет смысл ещё зарядить аккумулятор и повторить разряд через неделю, что бы проверить саморазряд. Если они за неделю разряжаются в ноль, то всё таки им пора на помойку.
    Если аккумуляторы давно лежат разряженные, то можно попробовать несколько циклов заряд/разряд и посмотреть как изменится после этого ёмкость.

    • 1.
      >> можно было бы использовать LDO стабилизатор
      Да, я рассматривал этот вопрос. К сожалению, у меня нет низковольтных LDO-стабилизаторов. Самые низковольтные — 3.3 В.

      2.
      >> Только как долго они держат заряд?
      Не знаю. А какая-нибудь методика есть для этого дела?

      Или может быть свою изобрести? Типа зарядили и тут же разрядили — померили ёмкость. Потом ещё раз зарядили и разрядили (замерили ёмкость) через месяц.

      Я могу только одно сказать — банки, заряженные примерно месяц назад, выдают напряжение 3.9 и 4.1 В (в зависимости от партии 2002-го года и 2004-го).

      Сейчас посчитал дозаряд банки, о которой я писал в первой статье. Дозаряд после примерно месяца хранения составил 198 мА*час. То есть примерно десятую часть. А учитывая, что аккумулятор «отдаёт» в нагрузку примерно половину «взятой» при зарядке ёмкости, то можно говорить, что банка в режиме хранения за неделю «скушала» около 100 мА*час. Я не знаю — это много или мало. Мне не с чем сравнивать.

      3.
      >> Если они за неделю разряжаются в ноль, …
      Не-ет, такого точно нет!

      К стати, тестовый разряд я производил на той банке, которой давал дозарядку после месяца хранения. После дозарядки она у меня пролежала еще дней шесть. И, вот, сегодня ночью я проверил её на разряд.

      4.
      >> можно попробовать несколько циклов заряд/разряд и …
      Хорошо бы, но… как-то … не то, чтобы лениво. Просто не интересно. Не вижу в этом особого смысла.

      Я ведь затевал эти исследования с целью — определиться, что делать с убитыми аккумуляторами: выкинуть или пусть лежат. Ответ на вопрос был получен.

      А поскольку аккумуляторы просто лежат — бесцельно, то какой смысл проверять будет ли у них восстанавливаться емкость? Мне это не интересно, я не знаю, что я буду делать с этими знаниями. Поэтому нет стимула изучать этот вопрос. Извините за прямолинейность ответа!

      Да! И спасибо за Ваш комментарий!

Добавить комментарий

Заполните поля или щелкните по значку, чтобы оставить свой комментарий:

Логотип WordPress.com

Для комментария используется ваша учётная запись WordPress.com. Выход / Изменить )

Фотография Twitter

Для комментария используется ваша учётная запись Twitter. Выход / Изменить )

Фотография Facebook

Для комментария используется ваша учётная запись Facebook. Выход / Изменить )

Google+ photo

Для комментария используется ваша учётная запись Google+. Выход / Изменить )

Connecting to %s