Jak obliczyć maksymalny prąd, jaki bateria AA może dostarczyć przez krótki czas?

Chcę zmierzyć maksymalny prąd, jaki bateria AA (w pełni naładowana) może dostarczyć przez krótki czas (powiedzmy jedną sekundę)

Mam na myśli to zrobić za pomocą multimetru:

• ustaw multimetr do pomiaru wzmacniaczy na najwyższej wartości. Mój obecny multimetr ma wejście o wartości znamionowej 10 A (maksymalnie przez 30 sekund)
• podłącz ujemną sondę do ujemnej strony akumulatora
• podłącz dodatnią sondę do dodatniej strony akumulatora (na jedną lub dwie sekundy)
• odczytać wartość na urządzeniu

Zwykle, gdy trzeba zmierzyć prąd dla danego obciążenia, multimetr jest podłączony szeregowo w obwodzie. Ponieważ tutaj praktycznie nie ma (prawie) żadnego obciążenia, postanowiłem (zgodnie z moją najlepszą wiedzą) podłączyć multimetr bezpośrednio do akumulatora.

Spowoduje to zwarcie. Teoretycznie prąd powinien być niewiarygodnie wysoki (ponieważ rezystancja jest prawie zerowa), ale ponieważ bateria AA ma rezystancję wewnętrzną (IR), będzie ograniczona (na szczęście).

Czy to dobry pomysł? A może zabije urządzenie lub nie da pożądanego efektu pomiaru?

Uwaga: Mam na myśli to, że robię to tylko przy użyciu baterii AA, na przykład na zasilaniu prądem przemiennym z sieci byłoby (tak sądzę) bardzo niebezpieczne (zwarcie 220 V AC) i natychmiast zniszczyłoby urządzenie.

przez prąd bateria może dostarczyć Mam na myśli amper a nie amperogodzina (Ah), co jest inną jednostką.

OSTRZEŻENIE: Jeśli „próbujesz tego w domu”, pamiętaj, że istnieje niewielkie ryzyko wystąpienia znacznego zagrożenia - patrz poniżej.

To, co proponujesz, jest wykonalną, przydatną i potencjalnie niebezpieczną metodą.
Uważam, że jest bardzo mało prawdopodobne, abyś zrobił sobie krzywdę, ale musisz pamiętać, że istnieje taka możliwość.

Nie zrobiłbym tego z innymi niż pojedyncze ogniwa alkaliczne lub NiMh. Byłbym bardzo ostrożny z komórkami powyżej rozmiaru AA. Nie rozważałbym wypróbowania tego z LiIon lub LiPo ogniw LiFePO4 - które wszystkie mają wyższe napięcia końcowe, wysokie potencjalne szybkości rozładowania i znaną tendencję (z wyjątkiem LiFePO4) do „odpowietrzania płomieniami”.

Metodę testowania częściowo zużytych baterii alkalicznych stosowałem od wielu lat z powodzeniem. Nigdy nie miałem z tym żadnych problemów, ALE to nie znaczy, że wszyscy będą mieli tyle szczęścia. Komentarze na końcu dotyczą tego, co może pójść nie tak.

Aby określić „stopień dobroci” baterii alkalicznej AA 1,5 V, robię dwie rzeczy.

• Zmierz potencjał otwartego obwodu ogniwa. Jest to bardzo bezpieczna i nieszkodliwa metoda. Niewykorzystana bateria alkaliczna, która nie wykorzystała dużej części swojego okresu trwałości, będzie miała potencjał większy niż 1,6 V - zwykle 1,65 V. Jest to więcej niż tańsze ogniwa węglowo-cynkowe / Le Clanche / Heavy Duty i jest to niezawodny sposób ustalenia zarówno, że ogniwo naprawdę jest ogniwem alkalicznym, jak i że jest zasadniczo nowe. Ogniwo, które daje więcej niż 1,6 V, nie musi być „testowane” przez wyładowanie prądowe, jak opisano poniżej (ale może być w razie potrzeby).

• Zmierz prąd zwarciowy komórki przez około jedną sekundę, używając zakresu 10 A na multimetrze. Rezystancja wewnętrzna miernika, rezystancja ołowiu, rezystancja połączenia wtykowego i rezystancja styku z akumulatorem to potencjalnie znaczące rezystancje w tym teście, więc wyniki będą się nieco różnić między miernikami i zależą od tego, jak dobrze sondy mają kontakt i jak dobrze wtyczki ołowiu nawiązać kontakt w gniazdach licznika. Pomimo tych potencjalnych różnic (zaznaczono kalambur) test jest użyteczny i racjonalnie powtarzalny.

Tylko informacje: Moim najczęstszym powodem wykonywania tego testu jest ustalenie, które komórki w partii komórek są nieużywane, a które z nich nadają się do użycia w lampie błyskowej o dużej mocy. Błyski, o których mowa, stanowią duże obciążenie. Pojemność wynosi prawdopodobnie około 100 błysków - w zależności od pobranej energii, która różni się w zależności od środowiska fotograficznego - błysk do ciemnego dużego pokoju wymaga pełnego naładowania, natomiast podczas fotografowania jasnego obiektu z bliskiej odległości używana jest tylko niewielka część zmagazynowanej energii. Przy wielokrotnym używaniu do wyczerpania baterie są zbyt gorące, aby poradzić sobie po wyjęciu z lampy błyskowej - prawdopodobnie 70 stopni C! Średnia moc dostarczana przez akumulatory przy pełnym obciążeniu wynosi prawdopodobnie od 50 do 100 watów. Baterie muszą być w dobrym stanie, aby to zapewnić.

Test zwarciowy zwykle zwraca wynik od 5 do 10 amperów dla nowych komórek dobrej jakości, przy czym prąd spada nieznacznie w ciągu około jednego sekundy okresu testowego.

Wyniki dla używanych komórek są bardzo różne. Wszystko w zakresie od 3 do 5 amperów oznacza, że ​​komórka może być przydatna do użycia z lampą błyskową. Wynik kilku wzmacniaczy oznacza, że ​​bateria jest nadal przydatna w urządzeniach o niskim zużyciu energii, takich jak zegar lub waga elektroniczna. Mniej niż to, że komórka jest prawdopodobnie najlepiej odrzucana.

Chociaż powyższy test jest stosowany dla ogniw alkalicznych AA, jest on także użyteczny w przypadku ogniw AA NimH - z większym ryzykiem. Ogniwo NimH MOŻE być w stanie osiągnąć wyższe szybkości rozładowania po pełnym naładowaniu, chociaż rezystancje obecne w tym teście zwykle ograniczają prąd do około tych samych wartości. Właśnie próbowałem tego z całkowicie naładowanym ogniwem AA Eneloop 2000 mAh (chińska wersja Panasonic). Ten szczyt osiągnął około 7 amperów. Ogniwa Eneloop mają mniejszą pojemność niż wiodące na rynku ogniwa jakości AA NimH, ale mają znacznie dłuższy okres trwałości i wyższe napięcie końcowe na danym poziomie rozładowania. Spodziewałbym się, że dadzą wyniki podobne do „normalnych” ogniw AA NimH o większej pojemności.

Kilkakrotnie byłem wystarczająco głupi, aby nosić komórki w kieszeni spodni wielu naładowanych ogniw AA, a przy 3 takich okazjach również miałem pecha, aby utworzyć stabilny obwód z różnymi monetami, kluczami itp. W kieszeni. Temperatury kieszeni prawie natychmiast wzrosły znacznie powyżej poziomu bólu, a oparzenia były zdecydowaną możliwością. Za każdym razem zawartość kieszeni musiała być zrzucana z nieprzyzwoitym pośpiechem. Chociaż żadna komórka nigdy nie dawała żadnych oznak uszkodzenia mechanicznego, gdyby ktoś „eksplodował” w jakiś sposób pod takim nadużyciem, byłbym bardziej zasmucony, ale nie zaskoczony.

Miernik ustawiony na 10A prawdopodobnie nie zostanie uszkodzony przez zwarcie jednego ogniwa AA NimH na krótki czas. Więcej niż jedna komórka w szeregu lub większa niż AA może powodować rozczłonkowanie komórki lub pożogę lub rozbicie elementów wewnętrznych miernika. Niektóre mierniki są zespolone w zakresie 10A, ale wiele nie jest (a większość tanich, które widziałem, nie są). Zastosowanie nadprądowego rozszerzonego zakresu 10A może zniszczyć bocznik 10A i być może sam miernik kilka milisekund później.

Twarde zwarcia na bateriach MOGĄ powodować nieproporcjonalne spadki pojemności w porównaniu z faktycznym zużyciem energii i MOGĄ powodować długoterminową trwałą degradację w ogniwach wtórnych. Nie zauważyłem, że tak jest, ale YMMV.

Po zwarciu wspomnianego powyżej ogniwa Eneloop przez około 5 sekund przy 7A, przywrócenie go do pełnej pojemności zajęło około 40 mAh ładunku. Wyjście energii ~ = 1 V, powiedzmy x 7A x 5 sekund = 35 dżuli. Energia przywracania ~~ = 1,4 V x 40 mAh ~ = 200 dżuli. Ta próbka testowa (1 element) jest zbyt mała i niekontrolowana, aby umożliwić jakiekolwiek dobre zakończenie, ale jest interesująca.

W najgorszym przypadku wydaje się prawdopodobne, że pod pełnym zwarciem ogniwo może rozproszyć wewnętrznie około 10 watów, a zwykle mniej. Moje nieformalne niezamierzone testowanie kieszonkowe komórek NimH pod wysokim rozładowaniem prawdopodobnie przez 10–20 s wskazuje, że będą one tolerować to bez samodzielnego demontażu (przynajmniej w przypadku małej próbki, której doświadczyłem), i moje użycie, jeśli błyska wielokrotnie przy użyciu alkalicznych AA komórki, aby stały się zbyt gorące, aby je obsługiwać, sugerują, że zbyt dobrze tolerują duże rozładowanie i wysokie temperatury „wystarczająco dobrze”.

Nie spodziewałbym się więc, że testowanie zwarcia jakiejkolwiek ogniwa alkalicznego AA lub ogniwa NimH, jak opisano powyżej, byłoby fizycznie niebezpieczne. Ale gdyby tak się kiedykolwiek okazało, nie byłbym całkowicie zaskoczony.

Jeśli prąd jest zbyt wysoki, spowoduje to uszkodzenie bezpiecznika multimetru lub wysadzenie akumulatora.

Wikipedia twierdzi, że bateria Energiser AA ma wewnętrzną rezystancję około 0,15 R w temperaturze pokojowej. Daje to prąd około 10A. Jednak opór wewnętrzny multimetru może mieć teraz wpływ na zmniejszenie prądu.

Zamiast tego kup bardzo mały rezystor, np. 0,01R, o wysokiej mocy znamionowej i umieść go na akumulatorze. Następnie zmierz napięcie na rezystorze i użyj prawa Ohma do obliczenia prądu. W ten sposób chronisz swój multimetr, a odporność na bocznikowanie multimetru nie ma wpływu.

Uwaga

Powyższa odpowiedź zakłada alkaliczną baterię AA. Jak mówi Spehro, inne typy mogą być niebezpieczne.

Z pewnością nie zabije to multimetru, ale napięcie spadnie tak szybko (i prąd z nim), że nie będziesz w stanie dużo zmierzyć. Jedna sekunda na taką konfigurację nie jest naprawdę krótkim czasem. Jednym z możliwych ustawień może być szeregowe testowanie za pomocą trimpota lub potencjometru, rejestrowanie napięcia w czasie, a następnie analizowanie wyników. Ale to by było dużo pracy. Musisz zacząć od puli o maksymalnej wartości (powiedzmy 500R) i zapisać krzywą rozładowania. Następnie zmniejszaj stopniowo i powtarzaj za każdym razem z nową baterią, aż osiągniesz wartość, która rozładowuje baterię szybciej niż 1s. Pamiętaj, że w tym przypadku do pomiaru napięcia, a nie prądu, użyjesz multimetru, ponieważ „

Ale zwykle producent baterii już zrobił dla ciebie taką pracę. Jeśli możesz znaleźć arkusz danych dla konkretnej baterii, której chcesz użyć, prawdopodobnie zawiera te informacje.

Może to być rzeczywiście niebezpieczne, zwłaszcza jeśli jest to rodzaj ogniwa, które ma wysoką pojemność prądową (np. NiCd). Z mojego doświadczenia wynika, że ​​nie jest to niebezpieczne, jeśli jest wykonywane przez krótki czas z ogniwami alkalicznymi i cynkowo-węglowymi, ale ostrożność sugerowałaby z pewnością noszenie okularów ochronnych i umieszczenie komórki w czymś niepalnym. Ogniwa NiCd (nawet ładnie wyglądające akumulatory 9 V) gwałtownie wybuchają, gdy zwarte i niezabezpieczone ogniwa litowe zapalają się, a ogniwa NiMH mogą uwalniać gorący gazowy wodór i elektrolit w pewnych warunkach. Prąd zwarciowy z ogniw NiCd może znacznie przekroczyć wartość znamionową miernika 10A, więc możliwe jest, że miernik lub przewody pomiarowe mogą zostać uszkodzone.

To naprawdę nie powie ci zbyt wiele pożytecznego dla normalnej pracy - możesz odszukać napięcie na mierniku podczas odczytu 10A (może 100mV) i uzyskać oszacowanie rezystancji wewnętrznej, ale są efekty elektrochemiczne („polaryzacja” ), co spowoduje, że prąd zwarciowy szybko spadnie od wartości szczytowej. Gdy ogniwo rozładowuje się, rośnie wewnętrzny opór, więc nie da ci dobrego wyobrażenia o tym, co dzieje się podczas życia ogniwa, jeśli pobierasz prąd w krótkich pulsach.

Jeśli Twoim celem jest uzyskanie wyobrażenia o maksymalnym prądzie zwarciowym (na przykład dla prądu przerywającego obwodów ochronnych), może to być przydatne ćwiczenie.

Metoda 1. Do bezpiecznego i dokładnego pomiaru w pobliżu prąd zwarcia z akumulatorem trzeba założyć pulsacyjnego obciążenia. Takie obciążenie może składać się z oscylatora o niskim cyklu pracy, powiedzmy 10 ms impulsu na sekundę, napędzającego podstawę tranzystora mocy NPN, takiego jak 2N3055. Podłącz 1 om rezystora 1W od akumulatora + ve do kolektora tranzystora; emiter i bateria -ve są połączone razem z masą oscylatora. Użyj oscyloskopu do pomiaru impulsu napięcia na rezystorze: impuls 10 V oznacza, że ​​bateria dostarcza impulsy prądowe 10A. Zauważ, że ten sposób działania za pomocą pobliżu zwarcie; trudno jest zbliżyć się do prawdziwego zwarcia.

Metoda 2. Ta metoda mierzy rezystancję wewnętrzną akumulatora bez prądu pobieranego. Połącz kondensator 1000uF (typ elektrolityczny, zwróć uwagę na biegunowość!), Akumulator, rezystor 50 omów i oscylator w szeregu, w którym oscylator może być instrumentem laboratoryjnym zdolnym do dostarczenia fali sinusoidalnej o częstotliwości 100 Hz 1 V rms do 50 omów. Użyj oscyloskopu, aby zmierzyć napięcie szczytowe na akumulatorze i przy 50 omach. Ich stosunek daje wewnętrzną rezystancję akumulatora, której można się spodziewać, że będzie jedynym ograniczeniem prądu początkowego, jeśli akumulator zostanie zwarty.

Sondy testowe będą stanowić znaczące źródło rezystancji i nie uzyskasz dokładnego pomiaru mocy wyjściowej, chyba że twój ostateczny projekt wykorzystuje również nacisk dłoni sond testowych na styki ogniwa.

Rozważ zbudowanie testowego uchwytu baterii z wtyczkami bananowymi, które możesz podłączyć do multimetru. Poszukaj uchwytu baterii, który ma dobry kontakt mechaniczny. Zapewni to większą moc z akumulatora poprzez zmniejszenie rezystancji styków - a w zastosowaniach o wysokim prądzie, takich jak ten, będzie to znaczące źródło utraty mocy.

Ale nawet uchwyty baterii (przynajmniej te powszechne) nie są przeznaczone do prądu większego niż 1 A. Grupy takie jak budowniczowie latarek i entuzjaści modeli sterowania radiowego napotykają ten problem. Z kilku sugestii, które widziałem, wygląda na to, że najlepiej jest użyć miedzianego oplotu do styków sprężynowych, a następnie przylutować drut miedziany o większej grubości do miedzianego oplotu . Stanowi to kontakt z baterią o wysokim prądzie i niskiej rezystancji i pozwala uzyskać jak najwięcej prądu z baterii.