So messen Sie die Batteriekapazität und rechnen Farad in Amperestunden um

Was und warum wird die Batteriekapazität gemessen?

Die Ladung Q als Elektrizitätsmenge wird in Coulomb (C) gemessen, die elektrische Kapazität der Kondensatoren C in Farad, Mikrofarad (Mikrofarad), aber Batteriekapazität gemessen aus irgendeinem Grund nicht in Farad, sondern in Amperestunden (Milliampere-Stunden).

Was würde das bedeuten? Ein Ampere ist in einer Sekunde ein Anhänger. Aus der Physik wissen wir, dass, wenn eine elektrische Ladung von 1 Anhänger in 1 Sekunde durch einen Leiter fließt, ein Strom von 1 Ampere durch den Leiter fließt.

Und was ist dann Amperestunde? Die Amperestunde (Ah) ist die Batteriekapazität, bei der die Batterie gemäß dem reduzierten Strom von 1 Ampere 1 Stunde vor der minimal zulässigen Spannung entladen wird.

Zum Beispiel für Lithium-Ionen-Akku Die Baugröße 18650 mit einer Kapazität von 3400 mAh bedeutet, dass eine Batterie mit einem Strom von 340 mA in 10 Stunden aufgeladen werden kann und eine Autobatterie mit einer Kapazität von 55 Ah bei einem Entladestrom von 27 in 2 Stunden von etwa 12,8 bis 10,8 Volt entladen wird 5 A.

Wie Sie wahrscheinlich wissen, können Batterien nicht auf Null entladen werden, und in Wirklichkeit hat jeder Batterietyp eine Mindestspannung, mit der die Batterie ohne Schaden entladen werden kann.

Beispielsweise kann eine Bleibatterie nicht niedriger als 10,5 Volt und eine Lithiumbatterie nicht niedriger als 2,75 Volt entladen werden. Wenn diese Toleranzen verletzt werden, wird die Batterielebensdauer viel schneller erschöpft, als wenn die Empfehlungen bezüglich der Mindestspannung eingehalten würden.

Daher wird die Batteriekapazität basierend auf den regulierten Normen für verschiedene Batterietypen geschätzt: Autobatterien werden in einem 20-stündigen Entladezyklus und Lithiumbatterien in einem 5-stündigen Entladezyklus getestet. Eine vollständig geladene Batterie wird mit einem vorgewählten Strom I auf die minimal zulässige Entladespannung entladen, während die Entladezeit T gemessen wird. Am Ende des Experiments wird durch Multiplizieren des Stroms und der gemessenen Zeit die tatsächliche Batteriekapazität in Amperestunden erhalten. Q = IT.

Der einfachste Weg, eine bekannte Art von Batteriekapazität experimentell zu bewerten

Um die Batteriekapazität auf einfachste, aber mühsame Weise zu messen, ohne auf spezielle Geräte zurückgreifen zu müssen, kann sie über einen Widerstand mit einer bekannten akzeptablen Nennleistung vollständig aufgeladen werden.

Beispielsweise beträgt die zulässige harmlose Vollentladungsspannung einer Lithiumzelle der Größe 18650 2,75 Volt, und die Spannung ihrer vollen Ladung wird mit 3,75 Volt angenommen. Denken Sie daran, dass solche Batterien in speziellen Ladegeräten nicht mehr als 4,35 Volt laden!

Angenommen, ein vollständig geladener Akku ist verfügbar. Wählen Sie einen durchschnittlichen Entladestrom von 325 mA Widerstand nominal 10 Ohm, Leistung 2 W - mit einem Rand. Wir messen die Startspannung an den Batterieklemmen, nehmen an, dass sie genau 3,75 Volt beträgt, und schließen einen Widerstand an die Klemmen an, während wir gleichzeitig die Zeit auf der Uhr erfassen. Als nächstes überwachen wir das Voltmeter - nach wie vielen Stunden fällt die Spannung auf den Wert von 2,75 Volt ab.

Beispielsweise betrug die Spannung an der Batterie nach 10 Stunden und 27 Minuten 2,75 Volt und zu Beginn 3,75 Volt, und dies, wenn sie über einen 10-Ohm-Widerstand entladen wurde. Die Kapazität kann also bereits mit guter Genauigkeit geschätzt werden: Anlaufstrom 3,75 / 10 = 375 mA, Endstrom 2,75 / 10 = 275 mA, Durchschnittsstrom (375 + 275) / 2 = 325 mA. Innerhalb von 10,45 Stunden ergab die Batterie einen durchschnittlichen Strom von 0,325 A, daher beträgt die Kapazität Q = 10,45 * 0,325 = 3400 mAh. Dies ist eine grobe, aber zuverlässige Methode zur Messung der Batteriekapazität.

Autobatterie

Um die Kapazität einer Autobatterie zu messen, ist es zweckmäßig, eine herkömmliche 60-Watt-Glühlampe zu verwenden. Es wird einen durchschnittlichen Strom von 5 Ampere liefern.Eine Lampe und ein Voltmeter werden an eine voll aufgeladene Batterie (bis zu 12,5–12,8 Volt) angeschlossen, während die Zeit notiert wird. Wenn die Spannung auf 10,8 Volt abfällt, schalten Sie die Lampe aus und zeichnen Sie die verstrichene Zeit auf. Wenn beispielsweise 9 Stunden vergangen sind, beträgt die tatsächliche Kapazität dieser Autobatterie Q = 9 * 5 = 45 Ah.

Konvertieren Sie Farad in Amperestunden

Eine Batterie weist im Gegensatz zu einem Kondensator einen sehr großen Teil der Nichtlinearität in der Entladungskurve auf. Dennoch versuchen einige Experimentliebhaber, und es gelingt ihnen, in einigen Anwendungen die Batterie zu ersetzen Superkondensatoren.

1 Amperestunde ist 3600 Anhänger. Angenommen, wir möchten eine Kondensatorbank erhalten, deren Entladungscharakteristik, wenn auch in einem kurzen Abschnitt, einer 12-Volt-Batterie mit einer Kapazität von 55 Amperestunden entspricht. 55 Ampere pro Stunde sind 55 * 3600 Anhänger.

Wir nehmen eine Spannungsänderung von 13 auf 11 Volt, dann, da Q = C (U1-U2), dann C = 55 * 3600/2 = 99000 F. Fast 100 Kilofarad sind die äquivalente elektrische Kapazität einer Autobatterie, wenn ihre Entladungscharakteristik dieselbe wäre wie am Kondensator.

Im Internet gibt es ein Video, in dem sechs Supraleiter mit jeweils 3000 F und jeweils 2,7 V in Reihe geschaltet die Starterbatterie des Fahrzeugs ersetzen. Es stellt sich heraus, dass 500 F ungefähr 16 V sind.

Lassen Sie uns abschätzen, welchen Strom und wie lange eine solche Baugruppe geben kann. Lassen Sie den Betriebsbereich wieder von 13 bis 11 Volt übernehmen. Wie lange kann ich mit einem Strom von 200 A (mit einem Spielraum) rechnen? I = C (U1-U2) / t, dann t = C (U1-U2) / I = 500 · 2/200 = 5 Sekunden. Genug, um den Motor zu starten.

Siehe auch:Parallele und serielle Verbindung von Batterien