應(yīng)用于電池容量測(cè)量的電路
發(fā)布日期:2022-06-11
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電池和能量電池會(huì)隨著老化而失去容量。如果電池或電池的容量過低，我們的設(shè)備也可能很快停止工作。我們可以使用圖 1 中的電路來測(cè)量電池的放電時(shí)間。該電路使用機(jī)電時(shí)鐘和 DVM(數(shù)字電壓表)。測(cè)試前電池應(yīng)充滿電。該電路以固定電流對(duì)電池進(jìn)行放電，并測(cè)量電池從 100% 放電至 0% 所需的時(shí)間。
例如，如果制造商對(duì)電池的容量進(jìn)行評(píng)級(jí)，并且我們以等于容量 0.1 倍的恒定電流對(duì)電池進(jìn)行放電，則電池從充滿到耗盡大約需要 10 個(gè)小時(shí)。NiCd(鎳鎘)或 NiMH(鎳金屬氫化物)電池的制造商將放電結(jié)束電壓定為 1V。此時(shí)，電池正在使用 0% 的容量，處于平坦?fàn)顟B(tài)，需要充電才能進(jìn)一步運(yùn)行。如果此過程花費(fèi)的時(shí)間少于 10 小時(shí)，則電池的容量低于電池制造商的額定值。
在測(cè)試電池之前，請(qǐng)使用充電器將其充滿電。向電路施加 12V dc 并使用電位器 P 2在 IC 1B的引腳 6 上設(shè)置 1V 的電壓。將時(shí)鐘設(shè)置為 12:00。一個(gè) AA 尺寸的 1.5V 電池通過繼電器開關(guān) S 3為時(shí)鐘供電。
當(dāng)我們按下瞬時(shí)按鈕開關(guān) S 1時(shí)，被測(cè)電池開始通過晶體管 Q 1和電阻器 R 1放電。使用電位計(jì) P 1設(shè)置放電電流。運(yùn)算放大器 IC 1A使電阻器 R 1兩端的電壓保持恒定，從而提供穩(wěn)定的電池放電電流。設(shè)置 DVM 以測(cè)量直流電壓并測(cè)量 R 1兩端的電壓。顯示屏以安培為單位顯示放電電流。例如，0.25V 對(duì)應(yīng)于 0.25A。由于初始電池電壓高于 1V，運(yùn)放 IC 1B的引腳 7為高電平，晶體管 Q 2亮，并且 DPST(雙刀單擲)繼電器線圈處于活動(dòng)狀態(tài)。繼電器觸點(diǎn)開關(guān) S 2關(guān)閉并繞過啟動(dòng)按鈕開關(guān) S 1，從而保持放電過程處于活動(dòng)狀態(tài)。閉合繼電器觸點(diǎn)開關(guān) S 3讓時(shí)鐘保持時(shí)間。
當(dāng)電池的電壓等于放電結(jié)束值 1V 時(shí)，IC 1B的輸出變低并停用繼電器線圈，停止放電過程。時(shí)鐘也停止了。要獲得電池的容量，請(qǐng)將設(shè)置的放電電流值乘以經(jīng)過的時(shí)間。如果放電電流值較小且電池放電所需的時(shí)間超過 12 小時(shí)，則必須在開始測(cè)試后每 12 小時(shí)檢查一次該值，并記住 1 到 12 小時(shí)的圈數(shù)。
該電路還可以讓我們估計(jì)我們使用的電池或電池的自放電率。將電池充電至其容量的 100%，并根據(jù)此程序測(cè)量電池容量。再次為我們的電池充電，存放一個(gè)月，然后再次測(cè)量電池容量。這兩個(gè)值之間的差異是每月的自放電率。
如果我們將電池堆疊在一起，我們應(yīng)該提供一個(gè)高于電池放電終止電壓的參考電壓。如果電池電壓高于 12V，請(qǐng)使用更高的電壓值給電路供電。此外，參考電壓值應(yīng)高于電池的放電終止值。包括晶體管Q 1和電阻器R 1的放電路徑的規(guī)格應(yīng)符合更高的放電電流要求。
該電路適用于任何化學(xué)成分的電池或電池，包括鎳鎘、鎳氫、鉛酸和鋰離子。我們還可以使用該電路來測(cè)量不可充電電池的實(shí)際容量，例如 AA 堿性電池。在這種情況下，放電電池的電壓應(yīng)等于設(shè)備的最低電源電壓。已通過測(cè)試的電池不適合繼續(xù)使用，但我們可以使用其容量信息來估算相同類型和制造商的電池的容量。
例如，如果制造商對(duì)電池的容量進(jìn)行評(píng)級(jí)，并且我們以等于容量 0.1 倍的恒定電流對(duì)電池進(jìn)行放電，則電池從充滿到耗盡大約需要 10 個(gè)小時(shí)。NiCd(鎳鎘)或 NiMH(鎳金屬氫化物)電池的制造商將放電結(jié)束電壓定為 1V。此時(shí)，電池正在使用 0% 的容量，處于平坦?fàn)顟B(tài)，需要充電才能進(jìn)一步運(yùn)行。如果此過程花費(fèi)的時(shí)間少于 10 小時(shí)，則電池的容量低于電池制造商的額定值。
在測(cè)試電池之前，請(qǐng)使用充電器將其充滿電。向電路施加 12V dc 并使用電位器 P 2在 IC 1B的引腳 6 上設(shè)置 1V 的電壓。將時(shí)鐘設(shè)置為 12:00。一個(gè) AA 尺寸的 1.5V 電池通過繼電器開關(guān) S 3為時(shí)鐘供電。
當(dāng)我們按下瞬時(shí)按鈕開關(guān) S 1時(shí)，被測(cè)電池開始通過晶體管 Q 1和電阻器 R 1放電。使用電位計(jì) P 1設(shè)置放電電流。運(yùn)算放大器 IC 1A使電阻器 R 1兩端的電壓保持恒定，從而提供穩(wěn)定的電池放電電流。設(shè)置 DVM 以測(cè)量直流電壓并測(cè)量 R 1兩端的電壓。顯示屏以安培為單位顯示放電電流。例如，0.25V 對(duì)應(yīng)于 0.25A。由于初始電池電壓高于 1V，運(yùn)放 IC 1B的引腳 7為高電平，晶體管 Q 2亮，并且 DPST(雙刀單擲)繼電器線圈處于活動(dòng)狀態(tài)。繼電器觸點(diǎn)開關(guān) S 2關(guān)閉并繞過啟動(dòng)按鈕開關(guān) S 1，從而保持放電過程處于活動(dòng)狀態(tài)。閉合繼電器觸點(diǎn)開關(guān) S 3讓時(shí)鐘保持時(shí)間。
當(dāng)電池的電壓等于放電結(jié)束值 1V 時(shí)，IC 1B的輸出變低并停用繼電器線圈，停止放電過程。時(shí)鐘也停止了。要獲得電池的容量，請(qǐng)將設(shè)置的放電電流值乘以經(jīng)過的時(shí)間。如果放電電流值較小且電池放電所需的時(shí)間超過 12 小時(shí)，則必須在開始測(cè)試后每 12 小時(shí)檢查一次該值，并記住 1 到 12 小時(shí)的圈數(shù)。
該電路還可以讓我們估計(jì)我們使用的電池或電池的自放電率。將電池充電至其容量的 100%，并根據(jù)此程序測(cè)量電池容量。再次為我們的電池充電，存放一個(gè)月，然后再次測(cè)量電池容量。這兩個(gè)值之間的差異是每月的自放電率。
如果我們將電池堆疊在一起，我們應(yīng)該提供一個(gè)高于電池放電終止電壓的參考電壓。如果電池電壓高于 12V，請(qǐng)使用更高的電壓值給電路供電。此外，參考電壓值應(yīng)高于電池的放電終止值。包括晶體管Q 1和電阻器R 1的放電路徑的規(guī)格應(yīng)符合更高的放電電流要求。
該電路適用于任何化學(xué)成分的電池或電池，包括鎳鎘、鎳氫、鉛酸和鋰離子。我們還可以使用該電路來測(cè)量不可充電電池的實(shí)際容量，例如 AA 堿性電池。在這種情況下，放電電池的電壓應(yīng)等于設(shè)備的最低電源電壓。已通過測(cè)試的電池不適合繼續(xù)使用，但我們可以使用其容量信息來估算相同類型和制造商的電池的容量。
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