Как рассчитать максимальный ток, который батарея АА может выдавать за короткий период времени?

Я хочу измерить максимальный ток, который батарея АА (полностью заряженная) может выдавать за короткий промежуток времени (скажем, одну секунду)

Я имею в виду сделать это с помощью мультиметра:

• настройте мультиметр для измерения ампер на максимальном значении. Мой текущий мультиметр имеет вход с номиналом 10А (максимум 30 секунд)
• подключите отрицательный датчик к отрицательной стороне батареи
• подключите положительный датчик к положительной стороне батареи (на одну или две секунды)
• прочитать значение на устройстве

Обычно, когда вам нужно измерить ток для данной нагрузки, мультиметр подключается последовательно в цепи. Поскольку здесь практически (почти) нет нагрузки, я решил (насколько мне известно) подключить мультиметр напрямую к батарее.

Это создаст короткое замыкание. Теоретически, ток должен быть невероятно высоким (поскольку сопротивление почти равно нулю), но, поскольку батарея АА имеет внутреннее сопротивление (ИК), она будет ограничена (к счастью).

Это хорошая идея? Или это убьет устройство или не даст желаемый эффект для измерения?

Примечание. Я имею в виду, что делать это только с использованием батареи типа АА, например, при работе с сетевым переменным током (я полагаю), было бы очень опасно (короткое замыкание на 220 В переменного тока) и немедленно разрушить устройство.

под током батарея может выдавать, я имею в виду ампер, а не ампер-час (Ач), что является другой единицей.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ. Если вы «пробуете это дома», помните, что существует небольшая вероятность возникновения значительной опасности - см. Ниже.

То, что вы предлагаете, является жизнеспособным, полезным и потенциально опасным методом.
Я считаю крайне маловероятным, что вы будете вредить себе, делая это, но нужно отметить, что такая возможность существует.

Я бы не стал делать это с другими щелочными или никель-металлогидридными элементами. Я был бы чрезвычайно осторожен с клетками размером больше АА. Я бы не стал пытаться делать это с LiIon или LiPo ячеек LiFePO4, которые имеют более высокое напряжение на клеммах, высокие потенциальные скорости разряда и известную тенденцию (за исключением LiFePO4) к "вентиляции пламенем".

Я использовал метод тестирования частично использованных щелочных батарей в течение многих лет с хорошим успехом. У меня никогда не было проблем с этим, НО это не значит, что всем остальным повезет. Комментарии в конце, что может пойти не так.

Чтобы определить «степень совершенства» щелочной батареи AA 1,5 В, я делаю две вещи.

• Измерьте потенциал разомкнутой цепи ячейки. Это очень безопасный и не повреждающий метод. Неиспользованная щелочная батарея, которая не использовала большую часть своего срока годности, будет иметь потенциал более 1,6 В - обычно 1,65 В. Это выше, чем в более дешевых элементах Carbon-Zinc / Le Clanche / Heavy Duty, и является надежным способом определения того, что ячейка действительно является щелочной, и что она принципиально новая. Элемент, который выдает более 1,6 В, не нуждается в "проверке" током разряда, как описано ниже (но может быть при желании).

• Измерьте ток короткого замыкания ячейки в течение примерно одной секунды, используя диапазон 10 А на мультиметре. Внутреннее сопротивление измерителя, сопротивление выводов, сопротивление штекерного соединения и сопротивление контакта с аккумулятором - потенциально значимые сопротивления в этом тесте, поэтому результаты будут несколько различаться в зависимости от счетчиков и в зависимости от того, насколько хорошо датчики соприкасаются и насколько хорошо свинцовые вилки установить контакт в гнездах счетчика. Несмотря на эти потенциальные различия (отмечен каламбур), тест полезен и достаточно повторяем.

Только для информации. Моя самая обычная причина для проведения этого теста - определить, какие ячейки в серии ячеек не используются, а какие из использованных подходят для использования со вспышкой с высокой выходной мощностью. Соответствующие вспышки представляют собой тяжелую нагрузку. Емкость, вероятно, составляет около 100 вспышек - в зависимости от потребляемой энергии, которая варьируется в зависимости от фото среды - вспышка в темной большой комнате заряжается полностью, тогда как при фотографировании объекта светлого цвета с близкого расстояния используется лишь небольшая доля накопленной энергии. При повторном использовании до полного истощения батареи слишком горячие, чтобы их можно было снимать при извлечении из вспышки - вероятно, 70 градусов Цельсия! Средняя мощность, обеспечиваемая батареями при полной нагрузке, составляет, вероятно, от 50 до 100 Вт. Батареи должны быть в хорошем состоянии, чтобы обеспечить это.

Тест на короткое замыкание обычно дает результат от 5 до 10 ампер для новых элементов хорошего качества, при этом ток слегка падает в течение приблизительно одного секунды.

Результаты для использованных клеток значительно различаются. Все, что находится в диапазоне от 3 до 5 ампер, означает, что ячейка может пригодиться для использования со вспышкой. Результат нескольких ампер означает, что батарея все еще полезна для оборудования с низким энергопотреблением, такого как часы или электронные весы. Меньше, чем эта ячейка, вероятно, лучше отказаться.

В то время как вышеупомянутый тест используется для щелочных клеток AA, он также применим для клеток NimH AA - с большим риском. Ячейка NimH МОЖЕТ быть способной к более высокой скорости разряда при полной зарядке, хотя сопротивления, присутствующие в этом испытании, обычно ограничивают ток примерно до тех же значений. Я только что попробовал это с полностью заряженной батареей Eneloop AA емкостью 2000 мАч (версия Panasonic, сделанная в Китае). Это достигло максимума около 7 ампер. Ячейки Eneloop имеют меньшую емкость, чем ячейки NimH AA с лидирующим на рынке качеством, но имеют гораздо более длительный срок хранения и более высокое напряжение на клеммах при заданном уровне разряда. Я ожидал бы, что они дадут аналогичные результаты для "нормальных" ячеек AA NimH большей емкости.

В некоторых случаях я был достаточно глуп, чтобы нести в кармане брюк несколько заряженных ячеек АА, и в 3 таких случаях мне также не повезло, чтобы они образовывали устойчивую цепь с различными монетами, ключами и т. Д. В моем кармане. Карманные температуры почти мгновенно поднялись выше уровня боли, и ожоги были вполне вероятны. Карманное содержимое каждый раз должно было проливаться с неприличным хастом. Хотя ни одна клетка никогда не давала никаких признаков механического повреждения, если бы кто-то «взорвался» каким-то образом при таком злоупотреблении, я был бы ужасом, но не удивлен.

Измеритель, установленный на 10А, вряд ли будет поврежден из-за короткого замыкания одной ячейки AA NimH. Более чем одна ячейка в серии или больше, чем АА, может привести к расчленению ячейки или пожару или расчленению внутренних частей счетчика. Некоторые измерители слиты в диапазоне 10А, но многие нет (а самые дешевые, которые я видел, нет). Использование сверхтока в диапазоне 10 А может привести к разрушению шунта 10 А и, возможно, самого измерителя через несколько миллисекунд.

Жесткие замыкания на батарейках МОГУТ вызвать непропорциональное снижение емкости по сравнению с фактической потребляемой энергией и МОГУТ вызвать долговременное постоянное разрушение вторичных элементов. Я не заметил, что это так, но YMMV.

После короткого замыкания ячейки Eneloop, упомянутой выше, в общей сложности около 5 секунд при 7А, потребовалось около 40 мАч заряда, чтобы восстановить его до полной емкости. Выход энергии ~ = 1 В, скажем, x 7A x5 секунд = 35 Джоулей. Энергия восстановления ~ ~ = 1,4 В x 40 мАч ~ = 200 Дж. Этот тестовый образец (1 предмет) слишком мал и неконтролируем, чтобы дать какое-либо хорошее заключение, но он интересен.

В худшем случае кажется вероятным, что при полном коротком замыкании элемент может рассеивать около 10 Ватт внутри, а обычно и меньше. Мое неофициальное непреднамеренное карманное тестирование клеток NimH под высоким разрядом в течение, вероятно, 10-20 секунд показывает, что они будут терпеть это без самостоятельного демонтажа (по крайней мере, для небольшого образца, который я испытал), и моего использования, если вспышка во многих случаях AA щелочной Ячейки так, что они становятся слишком горячими, чтобы обращаться с ними, предполагает, что они слишком хорошо переносят тяжелые разряды и высокие температуры

Таким образом, я не ожидал бы, что тестирование на короткое замыкание любой щелочной или NimH-ячейки AA, как описано выше, будет физически опасным. Но если бы это случилось, я не был бы полностью удивлен.

Если ток слишком велик, он перегорит предохранитель на мультиметре или зарядит батарею.

Википедия сообщает, что батарея Energiser AA имеет внутреннее сопротивление около 0,15R при комнатной температуре. Это дает около 10А тока. Однако теперь внутреннее сопротивление мультиметра может оказывать влияние, уменьшая ток.

Вместо этого купите очень маленький резистор, например, 0,01R, с высокой номинальной мощностью и поместите его через аккумулятор. Затем измерьте напряжение на резисторе и используйте закон Ома для расчета тока. Таким образом, вы защищаете свой мультиметр, и сопротивление шунта мультиметра не оказывает влияния.

Заметка

Приведенный выше ответ предполагает использование щелочной батареи типа АА. Как говорит Спехро, другие типы могут быть опасными.

Это, конечно, не убьет мультиметр, но напряжение упадет так быстро (и ток с ним), что вы не сможете измерить много. Одна секунда для такой настройки не очень короткая. Одной из возможных настроек может быть проверка с помощью трипота или потенциометра, включенного последовательно, регистрация напряжения с течением времени, а затем анализ результатов. Но это было бы много работы. Вы должны начать с максимального значения банка (скажем, 500R) и записать кривую разряда. Затем постепенно уменьшайте и повторяйте каждый раз с новой батареей, пока не достигнете значения, которое разряжает батарею быстрее, чем 1 с. Обратите внимание, что в этом случае вы будете использовать мультиметр для измерения напряжения, а не тока, так как

Но обычно производитель батареи уже сделал такую ​​работу для вас. Если вы можете найти таблицу данных для конкретной батареи, которую вы хотите использовать, она, вероятно, содержит эту информацию.

Это действительно может быть опасно, особенно если это тип ячейки с высокой емкостью тока (например, NiCd). По моему опыту, это не опасно, если делать это в течение короткого времени с щелочными и цинк-углеродными элементами, но все же предусмотрительность предполагает, безусловно, носить защитные очки и содержать элемент в чем-то невоспламеняющемся. Известно, что никель-кадмиевые элементы (даже доброкачественные 9-вольтовые батареи) сильно взрываются, когда короткозамкнутые и незащищенные литиевые элементы загораются, а никель-металлогидридные элементы могут выделять горячий газообразный водород и электролит при некоторых условиях. Ток короткого замыкания от никель-кадмиевых элементов может значительно превышать номинал 10 А вашего измерителя, поэтому возможно повреждение измерителя или измерительных проводов.

Это на самом деле не скажет вам много полезного для нормальной работы - вы можете посмотреть напряжение на вашем приборе при считывании 10 А (может быть, 100 мВ) и получить некоторую оценку внутреннего сопротивления, но есть электрохимические эффекты («поляризация») ), что приведет к быстрому падению тока короткого замыкания от пика. Когда элемент разряжается, внутреннее сопротивление возрастает, поэтому он не даст вам хорошего представления о том, что происходит в течение срока службы элемента, если вы потребляете ток короткими импульсами.

Если ваша цель - получить представление о максимальном токе повреждения (например, об отключающем токе схемы защиты), это может быть полезным упражнением.

Способ 1. Для безопасного и точного измерения тока ближнего короткого замыкания от батареи необходимо настроить импульсную нагрузку. Такая нагрузка может состоять из генератора с малым рабочим циклом, скажем, 10 мс импульса в секунду, управляющего базой силового транзистора NPN, такого как 2N3055. Подключите резистор 1 Ом 1 Вт от аккумулятора + ve к транзисторному коллектору; излучатель и аккумулятор -ve соединены вместе с землей генератора. Используйте осциллограф для измерения импульса напряжения на резисторе: импульс 10 В означает, что батарея выдает импульсы тока 10 А. Обратите внимание, что этот метод измеряет использование близкого короткого замыкания; трудно приблизиться к истинному короткому замыканию.

Способ 2. Этот метод измеряет внутреннее сопротивление батареи без потребления тока. Подключите конденсатор 1000 мкФ (электролитического типа, обратите внимание на полярность!), Батарею, резистор 50 Ом и генератор последовательно, где генератор может быть лабораторным прибором, способным выдавать среднеквадратичную синусоиду с частотой 100 Гц и напряжением 1 В в 50 Ом. Используйте осциллограф для измерения пиковых напряжений на батарее и на 50 Ом. Их отношение дает внутреннее сопротивление батареи , которые можно ожидать , чтобы быть единственным ограничением на начальном токе , если батарея должна быть короткое замыкание.

Тестовые зонды будут представлять собой значительный источник сопротивления, и вы не получите точного измерения выходной мощности, если в вашей окончательной конструкции также не используется ручное давление тестовых зондов на контакты ячейки.

Подумайте о создании тестового держателя батареи с банановыми штекерами, которые можно подключить к мультиметру. Ищите держатель батареи с хорошим механическим контактом. Это даст вам больше энергии от батареи за счет уменьшения контактного сопротивления - и в таких приложениях с большим током это будет значительным источником потери мощности.

Но даже держатели батарей (по крайней мере, обычные) не рассчитаны на ток более 1 А. С такими проблемами сталкиваются такие группы, как производители фонариков и энтузиасты моделей радиоуправления. Из нескольких замечаний, которые я видел, лучше всего использовать медную оплетку для контакта с пружинными контактами, а затем припаять более толстый провод к медной оплетке. , Это обеспечивает высокий ток, низкое сопротивление контакта с аккумулятором и позволяет получить максимальный ток от аккумулятора, который вы можете.