Для того, що б виміряти ємність якого-небудь акумулятора, зазвичай надходять так: підключають до цього акумулятора резистор певного номіналу, який розряджає цей акумулятор, і записуючи величини струму, що протікає через резистор і напруга на ньому, чекають повної розрядки акумулятора. За отриманими даними будується графік розряду, з якого і з'ясовують ємність. Проблема тільки в тому, що в міру зниження напруги на акумуляторі струм через резистор так само буде зменшуватися, так що дані доведеться інтегрувати в часі, тому точність такого способу вимірювання ємності акумулятора залишає бажати кращого.
Якщо ж розряджати акумулятор більше не через резистор, а через джерело стабільного струму, то це дозволить визначити ємність акумулятора з дуже великою точністю. Але тут є одна проблема - напруга на акумуляторі (1,2..3,7 В) недостатньо для роботи джерела стабільного струму. Але цю проблему можна обійти, додавши в схему вимірювання додаткове джерело напруги.
Мал. 1. Схема для вимірювання ємності акумулятора
V1 - досліджуваний акумулятор; V2 - допоміжне джерело напруги; PV1 - вольтметр;
LM7805 і R1 - джерело стабільного струму; VD1 - захисний діод.
На малюнку 1 зображена принципова схема установки для вимірювання ємності акумулятора. Тут видно, що вимірюваний акумулятор V1 включений послідовно з джерелом струму (його утворюють інтегральний стабілізатор LM7805 і резистор R1) і допоміжним джерелом живлення V2. Оскільки V1 і V2 з'єднані послідовно, то сума їх напруг виявляється достатньою для роботи джерела струму. Так як мінімальна напруга, необхідне для роботи джерела струму становить 7 В (з них 5 В - це напруга на виході мікросхеми LM7805, тобто в даному випадку це падіння напруги на резисторі R1, і 2 В - це мінімально допустимий падіння напруги між входом і виходом LM7805), то для роботи джерела струму суми напруг V1 і V2 вистачає з деяким запасом.
Замість стабілізатора LM7805 можна використовувати інший інтегральний стабілізатор, наприклад, LM317 з вихідним напругою 1,25 В і мінімальним падінням напруги 3 В. Так як мінімальна робоча напруга джерела струму дорівнюватиме 4,25 В, то напруга другого джерела напруги V2 можна знизити до 5 В. В разі використання стабілізатор LM317 величина струму стабілізації буде визначатися за формулою I = 1,25 / R1
Тоді для розрядного струму 100 мА величина опору R1 повинна бути приблизно 12,5 Ом.
Як проводити вимірювання ємності акумулятора
Спочатку підбором резистора R1 потрібно встановити розрядний струм - зазвичай величину розрядного струму вибирають рівною робочому струму розряду акумулятора. Слід також мати на увазі, що деякі моделі інтегральних стабілізаторів напруги 7805 можуть споживати невеликий керуючий струм близько 2 ... 8 мА, так що величину струму в схемі рекомендується перевіряти амперметром. Далі повністю заряджений акумулятор V1 встановлюють в схему, і замкнувши вимикач SA1 починають відлік часу до того моменту, коли напруга на акумуляторі знизиться до мінімальної величини - для різних типів акумуляторних батарей ця величина різна, наприклад, для нікель-кадмієвих (NiCd) - 1, 0 в, для нікель-металогідридних (NiMH) - 1,1 у, для літій-іонних (Li-ion) - 2,5 ... 3 в, для кожної конкретної моделі акумулятора ці дані потрібно дивитися у відповідній документації.
Після досягнення мінімального напруги на акумуляторі вимикач SA1 розмикають. Слід пам'ятати, що розряд акумулятора нижче мінімального напруги може вивести його з ладу. Перемноживши величину розрядного струму (в Амперах) на час розряду (в годинах) отримуємо ємність акумулятора (А * год):
C = I * t
Розглянемо практичне застосування цього способу вимірювання ємності акумулятора на конкретному прикладі.
Вимірювання ємності акумулятора NB-11L
Акумулятор NB-11L (рис. 2.) був придбаний в інтернет-магазині DealeXtreme за 3,7 долара (SKU: 169532). На корпусі акумулятора вказана його ємність - 750 мА * ч. На сайті його ємність вказана вже скромніше - 650 мА * ч. Яка ж реальна ємність цього акумулятора?
Мал. 2. Li-ion акумулятор NB-11L ємністю нібито 750 мА * ч
Fits CAN.NB-11L 3.7V 750mAh
Use specified charger only
Що б підключити провідники до контактів акумулятора будуть потрібні дві скріпки, які слід зігнути так, як показано на малюнку 3, і підключити їх до "+" і "-" висновків акумулятора (рис. 4.). Необхідно уникати замикання контактів, краще їх ізолювати.
Мал. 3. Саморобні контакти для
підключення до акумулятора
Мал. 4. Саморобні контакти,
підключені до акумулятора
Для вимірювання ємності акумулятора NB-11L його розрядний струм був прийнятий рівним 100 мА. Для цього величина резистора R1 була обрана трохи більше 50 Ом. Потужність, що розсіюється на резисторі R1 визначається за формулою P = V2 / R1, де V - напруга на резисторі R1. В даному випадку P = 52/50 = 0,5 Вт. Стабілізатор LM7805 слід встановити на радіатор, якщо ж під рукою немає відповідного радіатора, то мікросхему можна частково занурити в склянку з холодною водою, але так, що б висновки залишилися сухими (в разі корпусу TO-220).
Після установки повністю зарядженого акумулятора NB-11L в схему і замикання вимикача SA1 почався відлік часу з періодичним контролем напруги по вольтметру PV1. Дані заносилися в таблицю, по якій був побудований графік розряду акумулятора NB-11L (рис. 5).
Мал. 5. Графік напруги на акумуляторі NB-11L в процесі його розряду струмом 100 мА
Звідси видно, що за 5 годин розряду струмом 0,1 А напруга на акумуляторі знизилося до 3 вольт і стало швидко падати далі.
C = I * t = 0,1 * 5 = 0,5 А = 500 мА * ч.
Так що реальна ж ємність акумулятора NB-11L виявилася в 1,5 рази нижчою, ніж зазначена на ньому.