Как рассчитать емкость аккумулятора 18650

Как проверить емкость аккумулятора 18650 без приборов

Измерение емкости литий-ионного аккумулятора 18650 без специальных измерительных приборов.

Делюсь мыслью, как проще всего измерить емкость аккумулятора, не покупая дорогостоящих измерительных приборов. В качестве подопытного взят литий-ионный аккумулятор 18650, но мой способ измерения емкости подойдет и других элементов питания.
В первой части статьи описывается бюджетный вариант измерения емкости с помощью дешевого USB-тестера.
Во второй — измерение емкости литий-ионного аккумулятора без использования измерительных приборов (без мультиметра и USB-тестера).
В завершении статьи приведен небольшой обзор и несколько фотографий USB-тестера присланного из Китая.

Аккумуляторы Li-Ion.

В современных электронных устройствах массово используются литий-ионные (Li-Ion) и идентичные им литий-полимерные (LiPo или Li-Pol) аккумуляторы различных форм и размеров.
Независимо от типоразмера все они имеют схожие характеристики и по большому счету отличаются лишь емкостью.
Как правило, встречаются аккумуляторы с номинальным напряжением 3,7 Вольт (хотя бывают и на 3,8 Вольт).
Li-Ion аккумуляторы на 3,7 В нельзя заряжать выше напряжения 4,23 В и нельзя разряжать ниже 2,5 В, в противном случае возникнет необратимый процесс и элемент останется только выбросить. Разряжать и заряжать аккумулятор можно до любого значения (он не обладает эффектом памяти), лишь бы напряжение находилось в диапазоне от 2,5 до 4,23 В. Однако, полностью разряженный аккумулятор следует как можно скорее зарядить, чтобы он преждевременно не утратил свою емкость.
Также литий-ионные аккумуляторы отличаются друг от друга наличием защиты. Аккумулятор может быть без электронной защиты (просто гальванический элемент), а может иметь встроенную схему, которая защищает элемент от чрезмерного разряда, перезаряда и перегрева.
Но как-бы вы ни оберегали и ни следили за состоянием аккумулятора, емкость его со временем будет неуклонно падать. Чем выше температура эксплуатации и больше циклов заряда-разряда производится, тем быстрее аккумулятор стареет.

Литий-ионный аккумулятор 18650.

18650 — это обозначение наиболее часто встречающегося Li-Ion аккумулятора, размеры которого немного больше обычной пальчиковой батарейки (18×65 мм). Все что относится к аккумулятору 18650, применимо и к другим литий-ионным аккумуляторам!
Типоразмер аккумуляторов 18650 часто используется в мощных фонариках, лазерах, различной электронике. Из элементов 18650 собраны аккумуляторные батареи ноутбуков, некоторых шуруповёртов и даже электромобилей.
Если вы покупаете фирменный аккумулятор, то он скорее всего имеет встроенную электронную защиту. Дешевые же китайские аккумуляторы, заказанные например на Aliexpress, не имеют защиты. Кроме того их ёмкость обычно в несколько раз ниже заявленной.

Измерение емкости аккумулятора 18650.

Емкость литий-ионных аккумуляторов обычно обозначается в миллиампер-часах (mAh). Если на вашем элементе 18650 есть надпись вида «1800» или «2200», это и есть его заявленная емкость. Более корректно измерять емкость в Ватт-часах (Wh), но при маркировке элементов в большинстве случаев указывают миллиампер-часы.
Для измерения емкости АКБ, зарядки и прочих изысканий существует множество специальных устройств в широком ценовом диапазоне. Наиболее известное из них, IMAX, стоит порядка 2000 рублей. Такая покупка оправдает себя, только если вы ежедневно занимаетесь зарядкой аккумуляторов разных типов или пользуетесь аккумуляторными батареями, состоящих из нескольких элементов питания, например от квадрокоптеров.

Бюджетный вариант измерения ёмкости литий-ионного аккумулятора.

Ради чего все затевалось? Аккумулятор моего ноутбука стал очень быстро разряжаться. Как правило, аккумуляторная батарея состоит из 6 элементов 18650. Если даже один элемент выйдет из строя, это сказывается на работоспособности батареи в целом. Поэтому я решил выяснить, емкость какого из элементов уменьшилась, чтобы заменить его на новый. Элементы батареи ноутбука, а также большинство бюджетных аккумуляторов типоразмера 18650 не имеют индивидуальной защиты, поэтому при работе с ними нельзя допускать сильного разряда или перезаряда.

Порядок работы

1. Перед замером емкости исследуемый элемент 18650 следует отсоединить от других элементов схемы и полностью зарядить (до 4,23 В). Посмотрел у китайцев недорогие зарядные устройства и по отзывам понял, что по причине их низкого качества многие люди уже испортили свои аккумуляторы. Для своих же целей я купил самый дешевый PowerBank. Это коробка с электронным преобразователем на 1 или несколько аккумуляторов 18650, которая кроме прямого назначения позволяет заряжать аккумулятор до напряжения 4,23 В и разряжать до 2,5 В.
   Для зарядки достаточно поставить внутрь Powerbank аккумулятор и подключить его к обычной зарядке от мобильного телефона.
2. Когда аккумулятор полностью зарядился, отключаем Powerbank от телефонной зарядки.
   Аккумулятор готов для замера емкости. Что нам теперь нужно, так это купленные на том же Aliexpress USB-тестер (220 рублей) и нагрузочный резистор (50 рублей).
   Просто подключаем USB-тестер одним концом к Powerbank, а другим — к нагрузочному резистору. Будьте внимательны при покупке, USB-тестеры бывают разные. Некоторые USB-тестеры показывают только ток и напряжение, но нам нужен тот, который в добавок к ним еще измеряет и емкость!

Несколько фотографий и небольшой обзор USB-тестера в конце статьи

Измерение емкости аккумулятора без измерительных приборов.

Намеревался узнать емкость аккумулятора вышеописанным способом, но пришедший через 2 месяца из Китая USB-тестер оказался неисправным, поэтому решил измерить емкость без измерительных приборов.
К счастью Powerbank у меня уже был. Устройство его таково, что с одной стороны он не дает разрядить аккумулятор ниже допустимого напряжения, а с другой, поддерживает постоянные 5 Вольт на своем выходе. Если подключить к выходу 5 Вольт резистор величиной 5 Ом, то получим ток разряда 1 ампер. И эта величина теоретически должна поддерживаться на протяжении всего времени разряда. Ток (1 А) и напряжение (5 В) известны, осталось засечь время. Чтобы не сидеть час с таймером в руке, к выходу Powerbank параллельно пятиомному резистору следует присоединить обычный бытовой электромеханический будильник (часы). Но часам требуется 1,5 вольта (напряжение пальчиковой батарейки), а у нас целых 5. Поэтому подключаем часы через делитель напряжения, состоящий из двух резисторов — 470 и 1070 Ом. Если у вас есть мультиметр, можно вместо этих резисторов использовать переменный резистор на 470 Ом — 1,5 кОм, выставив на входе питания часов 1,5-1,8 Вольт.
Итак, ставлю стрелки на 12:00 и подключаю балласт с часами к Powerbank. Через некоторое время аккумулятор разрядится до 2,5 Вольт. Powerbank при этом отключается, часы останавливаются и стрелки запечатлевают время. В моем случае время разряда составило 50 минут (50 мин/60= 0,83 часа).

Теперь вычисляем емкость аккумулятора.
Если бы мы хотели рассчитать емкость Powerbank, как самостоятельного устройства, просто перемножили бы ток и время: 1А*0,83ч=0,83 Ач или 830 миллиампер-часа.
Но нам нужно знать емкость аккумулятора 18650, поэтому следует умножить результат на соотношение напряжения Powerbank (U.pwb) к номинальному напряжению элемента 18650 (U.акб). Вдобавок, для более точного результата всё разделим на коэффициент полезного действия преобразователя Powerbank, равный примерно 0,95.
С учетом вышесказанного окончательная формула вычисления емкости аккумулятора примет вид:

I * t * U.pwb / U.акб / КПД = 1А * 0,83ч * 5В / 3,7В / 0,95 = 1.18 Ач (1180 миллиампер-час)

Наблюдения и поправки.

В ходе эксперимента обнаружилось возникновение пульсаций, мешающих работе часов. Поэтому параллельно их входу (на место батарейки) пришлось припаять конденсатор. Емкость, при которой схема работает стабильно — 100 микрофарад (можно запаять больше), напряжение конденсатора любое, но не меньше 5 вольт.
Во время разряда балластный резистор величиной 5 Ом раскаляется выше 100 градусов, поэтому не хватайтесь за него. Паяйте схему так, чтобы этот резистор не касался корпуса Powerbank’a или конденсатора, иначе они расплавятся.
Если хотите, чтобы разряд шел быстрее, используйте 2 резистора по 5 Ом спаянных параллельно, ток в этом случае удвоится а время разряда вдвое сократится. На видео в ускоренном режиме продемонстрирована работа часов с шаговым двигателем, которые тоже оказались китайскими и в лежачем положении периодически заклинивались. Для дальнейших для опытов уже подключал советские кварцевые часы с маятниковым механизмом, которые в отличии от китайских работают стабильно.
Для удобства можно рассчитать цену деления циферблата в соответствии со своим резистором и разметить шкалу в Амер-часах и/или в Ватт-часах. В этом случае на часах всегда будет готовый результат и дополнительные расчеты никогда не понадобятся.

Небольшой обзор USB-тестера

Итак, краткий обзор USB-тестера купленного в Китае через сайт Aliexpress — всё что удалось заснять до его выхода из строя.

После получения и распаковки решил проверить работоспособность тестера. Для этого подключил его между зарядным устройством и смартфоном. Можно увидеть, что при этом устройство показывает напряжение, ток, текущую потребляемую мощность, время работы и израсходованную энергию (Ватт-час). Для замера емкости аккумулятора достаточно включить USB-тестер между аккумулятором и нагрузочным резистором, после полного разряда аккумулятора USB-тестер отключится и измеренная емкость сохранится в его памяти. Однако дальше теории дело не пошло, т.к. тестер оказался бракованным. При подключении нагрузки в 5 Ом, что соответствует 1 амперу, устройство перестало отображать ток и прочие подлежащие замеру параметры, хотя заявленный допустимый ток нагрузки — 3 Ампера. В конце видеоролика демонстрируется работа мышки, подключенной к ноутбуку через USB-тестер. Здесь тестер уже в неисправном состоянии. Ранее замеренный им же ток мышки составлял от 10 до 30 миллиампер для состояния покоя и активности соответственно, теперь ток не отображается.

USB-тестер в разобранном виде:

Как измерить емкость аккумулятора 18650?

Бывают случаи, когда производитель указал мощность аккумулятора по номиналу в одном размере, а по факту оказывается, что величина завышена. Если вы хотите определить, емкость аккумулятора 18650 по маркировке совпадает или не совпадает с реальной, воспользуйтесь одним из способов в этой статье.

Также проверка ёмкости может пригодиться, если литиевый аккумулятор был произведен уже давно и мог значительно потерять свои характеристики со временем. Знание точного количества мАч помогут ясно понимать, на какие возможности батареи вы можете рассчитывать.

Среди вариантов, как проверить емкость аккумулятора 18650, есть способы с применением специальных приборов измерения и более доступные каждому, с самодельными простейшими приспособлениями. В некоторых из этих методик можно обойтись всего лишь часами, калькулятором и устройством, потребляющим энергию.

Инструкция, как проверить емкость АКБ

Выберите один из методов измерения, предложенный в нашей статье. Они дают разную точность, но каждый найдет подходящий способ исходя из того, какие приспособления нужно использовать и какие устройства есть у вас в распоряжении.

Зарядка известным током

Первая методика даёт довольно приблизительные результаты, но она доступна и проста в исполнении. Чтобы примерно определить фактическую емкость, можно просто зарядить Li-ion батарею током известной величины и засечь время. Как правило, ток заряда указан среди других характеристик устройства для зарядки.

К примеру, если взять ток 100 мА и зарядить им аккумулятор с нуля до 100%, при этом затратив 34 часа, то ёмкость вы получите путём простого перемножения этих показателей. В нашем примере она будет равняться 3400 mAh.

Обратите внимание: этот способ не даёт скрупулезной точности измерений, так как процесс зависит от алгоритма работы зарядки. Если для вас удобнее эта проверка емкости аккумулятора 18650 своими руками, схема заряда аккумулятора покажет, что ближе к полному заряду величина тока постепенно уменьшается.

Интеллектуальное зарядное устройство

Второй способ — более точный в полученных значениях, но он требует материальных трат. Он состоит в том, чтобы измерить емкость 18650 мультиметром или использовать интеллектуальное устройство для зарядки. Они не только показывают настоящую емкость и напряжение, но и пригодятся в дальнейшем обслуживании АКБ.

Измерение емкости АКБ часами, амперметром и фонариком

Третий способ сработает тем точнее, чем ниже у устройства ток заряда. Фонарик можно заменить другим устройством, для которого вы хотели использовать свою батарейку 18650. Она должна быть полностью заряжена.

Прибор для проверки емкости аккумулятора 18650 может не понадобиться. Без амперметра можно обойтись, если у вас на руках есть спецификация от фонарика с данными по потребляемому току в зависимости от его режимов яркости.

Замерьте амперметром, сколько тока потребляет фонарь в режиме минимальной яркости. Допустим, он использовал ток 100 мА и проработал 20 часов до полного разряда аккумулятора. Получаем ёмкость, перемножив Амперы на часы: 100х20=2000 (мА*ч).

Как проверить емкость аккумулятора ноутбука

Литий-ионные аккумуляторные батареи 18650 могут использоваться в разных устройствах, одно из частых применений — портативная техника, смартфоны, ноутбуки. Если батарея ноута такого типа начала слишком быстро разряжаться — возможно, часть её элементов потеряла свою емкость. Этот способ проверки поможет выявить, какие именно блоки батареи снизили эффективность, чтобы заменить или отремонтировать их.

1. Отсоедините исследуемый элемент питания от схемы и полностью зарядите его. Можно использовать, например, powerbank.

2. Когда заряд достиг 100%, отключите аккумулятор от зарядки и измерьте его емкость при помощи USB-тестера и нагрузочного резистора.

Пределы возможностей АКБ 18650

Точные величины емкостей на своих аккумуляторах указывают только большие компании-производители: LG, Panasonic, Samsung и Sanyo. Реальные данные могут отличаться от маркировки на 50 mAh. Если разница на новом аккумуляторе превышает эту погрешность, скорее всего, вам попался производственный брак или подделка.

При существующих современных технологиях производства батареи типоразмера 18650 имеют предел 3600 mAh. Сделать АКБ с ёмкостью выше, увы, невозможно — более вместительные аккумуляторы имеют другую химию внутри. Однако вам будет интересно, как увеличить ёмкость Li-ion аккумулятора в 1,5 раза.

Не стоит соблазняться заниженной ценой и выбирать аккумуляторные батареи от брендов-ноунеймов в непроверенных магазинах. Это может обернуться не только потерей денег, но и принести риск пожароопасности. Некачественные элементы питания с плохой сборкой и комплектующими способны взорваться или загореться.

Где купить АКБ с надежными гарантиями

Чтобы не заморачиваться, не проводить тесты и быть точно уверенным, что все рабочие характеристики, указанные в маркировке, соответствуют действительности, покупайте аккумуляторы 18650 у проверенных поставщиков. Компания Virtustec является не только магазином, но и мастерской по сборке, обслуживанию и ремонту аккумуляторов для любой электрической техники. Покупая АКБ у нас, вы получаете гарантии качества и не нуждаетесь в проверке рабочих показателей устройства. Кроме того, мы обеспечим вас русскоязычными инструкциями и проконсультируем по вопросам эксплуатации и ухода.

Конвертер величин

Этот калькулятор определяет теоретические емкость, заряд, энергию и длительность работы одной или нескольких одинаковых аккумуляторных батарей, соединенных последовательно или параллельно в блок батарей. Его можно применять как для аккумуляторов, так и для гальванических элементов или батарей.

Пример: рассчитать номинальную энергию и заряд в используемой в источнике бесперебойного питания (ИБП) батарее номинальным напряжением 12 В и номинальной емкостью 8 А·ч.

Для расчета введите значения номинального напряжения, номинальной емкости, относительной скорости разряда батареи (С-rate), количество соединенных последовательно и параллельно батарей (элементов) в блоке батарей (опционально), выберите единицы измерения и нажмите на кнопку Рассчитать. Результаты будут показаны для одиночной батареи (элемента) и для нескольких батарей (элементов) в блоке.

Прежде, чем описывать калькулятор, мы рассмотрим терминологию, относящуюся к химическим источникам тока. Это связано с тем, непоследовательностью и противоречивостью терминологии в этой области.

Терминология

Одиночный элемент питания — электрохимический источник тока, состоящий из корпуса с электродами и активной массой. Элементы питания применяются для питания портативных устройств, например, электрических фонариков. Обычно элементы питания имеют напряжение 1–3 В, в зависимости от типа химической реакции в них. Примерами являются элементы питания (разговорное — батарейки) типов AAA, AA, C, D.

Батарея — группа соединенных последовательно или параллельно и расположенных в едином корпусе одиночных гальванических элементов, аккумуляторных элементов и иных электрохимических источников питания, предназначенных для питания различных устройств. Например, автомобильная аккумуляторная батарея напряжением 12 В и емкостью 45 А·ч, состоящая из шести аккумуляторных элементов напряжением 2 В и емкостью 45 А·ч.
Батарейка — разговорное название одиночных гальванических или аккумуляторных элементов, обычно небольшого размера, а также батарей из них, например, 9-вольтовая батарейка «Крона» (шесть последовательно соединенных гальванических элементов), пальчиковая батарейка (один гальванический элемент).

Блок (также группа или банк) батарей или элементов — несколько соединенных последовательно или параллельно электрохимических источников питания в виде батарей или отдельных элементов, не имеющих общего корпуса и используемых для аварийного электропитания различного оборудования. Примером блока батарей является блок из двух аккумуляторных батарей напряжением 12 В и емкостью 8 А·ч в блоке бесперебойного питания. Подробнее о параллельном и последовательном соединении элементов питания и батарей — в конце этой статьи.

Формулы и определения

Одиночная батарея (элемент)

Указанные ниже формулы определяют взаимоотношения между током, который батарея отдает в нагрузку, ее емкостью и относительной скоростью разряда:

I_bat — ток в амперах, отдаваемый в нагрузку одной батареей,

C_bat — номинальная емкость батареи в ампер-часах (означает произведение амперов на часы), которая обычно маркируется на батарее, и

C_rate — относительная скорость разряда батареи, определяемая как разрядный ток, деленный на теоретический ток, которые батарея может отдавать в течение одного часа и при этом будет полностью израсходована ее емкость.

Время работы t и относительная скорость разряда батареи (C-rate) связаны обратной пропорциональной зависимостью:

Отметим, что это теоретическое время работы. В связи с разнообразными внешними факторами, реальное время работы будет примерно на 30% меньше рассчитанного по этой формуле. Следует также учесть, что допустимая глубина разряда батареи еще больше ограничивает время ее работы.

Номинальная запасаемая в батарее энергия в ватт-часах рассчитывается по формуле

E_bat — номинальная запасаемая в батарее энергия в ватт-часах,

V_bat — номинальное напряжение батареи в вольтах

C_bat — номинальная емкость батареи в ампер-часах (А·ч)

Энергия в джоулях (ватт-секундах, Вт-с) рассчитывается по формуле

Известно, что при силе тока в один ампер через поперечное сечение проводника в одну секунду проходит заряд в один кулон. Следовательно, заряд батареи определяется из выражения Q = I · t с учетом известной емкости батареи в ампер-часах, которая определяет ток, отдаваемый батареей в нагрузку в течение 3600 секунд:

Q_bat — заряд батареи в кулонах (К) и

C_bat — номинальная емкость батареи в ампер-часах.

Блок батарей

Номинальное напряжение блока батарей в вольтах определяется по формуле

V_bat — номинальное напряжение батареи в вольтах,

V_bank — номинальное напряжение блока батарей в вольтах

N_s — количество батарей в одной из нескольких групп последовательно соединенных батарей

Емкость блока батарей в ампер-часах, C_bank определяется по формуле

Номинальная энергия в ватт-часах E_bank, хранящаяся в блоке батарей, определяется по формуле

E_bat — номинальная энергия одной батареи,

N_s — количество батарей в группе последовательно соединенных батарей и

N_p — количество групп соединенных последовательно батарей, соединенных параллельно

Энергия в джоулях рассчитывается по формуле:

Здесь E_{bank, Wh} — номинальная энергия блока батарей в ватт-часах.

Заряд в кулонах блока батарей Q_bank определяется как сумма зарядов всех батарей в блоке:

Ток разряда блока батарей I_bank рассчитывается по формуле:

Время работы блока батарей t_bank определяется по формуле:

Характеристики батарей

При выборе батареи учитываются следующие характеристики:

• Тип батареи (элемента)
• Тип химической реакции батареи (элемента)
• Напряжение
• Емкость
• Относительная скорость разряда
• Допустимая глубина разряда
• Зависимость емкости от относительной скорости разряда
• Удельная энергоемкость (на единицу веса)
• Энергоемкость (на единицу объема)
• Удельная мощность (на единицу веса)
• Диапазон рабочих температур
• Допустимая глубина разряда
• Размер и вес
• Цена

Ниже рассматриваются некоторые из этих характеристик.

Тип батареи

Существуют две основные категории элементов питания и батарей: первичные (одноразовые) и вторичные (аккумуляторы с возможностью перезарядки).

Первичные источники тока

Это химические источники тока без надежной возможности их перезарядки. После использования такие источники утилизируют. Примером первичных источников тока являются марганцево-цинковые с угольным стержнем (солевые) и щелочные элементы.

Вторичные источники тока

Вторичные источники тока (элементы или батареи) — аккумуляторы, которые рассчитаны на большое количество перезарядок (до 1000 раз). В них энергия электрического тока превращается в химическую энергию, которая накапливается и в дальнейшем может быть снова преобразована в электрический ток. Самый известный и старый тип аккумуляторов — свинцовый или кислотный. Другими распространенными аккумуляторами являются никель-кадмиевые (NiCd), никель-металлгидридные (NiMH), литий-ионные (Li-Ion) и литий-полимерные (LiPo) аккумуляторы.

Удельная энергоемкость (на единицу веса) и плотность энергии на единицу объема

Удельная энергоемкость на единицу веса батареи измеряется в единицах энергии на единицу массы. В СИ она измеряется в джоулях на килограмм (Дж/кг). Для аккумуляторов обычно используются ватты на кг (Вт/кг). Плотность энергии на единицу объема — это количество энергии, запасенной в батарее на единицу ее объема. Измеряется в ватт-часах на литр (Вт-ч/л).

К сожалению, удельная энергоемкость батарей относительно невелика, если сравнивать ее с энергоемкостью бензина. В то же время, удельная энергоемкость недавно разработанных литий-ионных аккумуляторов в четыре раза выше свинцовых. Электромобили с такими аккумуляторами уже достаточно удобны для ежедневного использования. Литий-полимерные батареи имеют самую высокую удельную энергоемкость и поэтому широко используются на летательных аппаратах с дистанционным управлением (дронах).

Тип химической реакции батареи

Щелочные батареи

Несмотря на то, что щелочные элементы питания появились более 100 лет назад, это наиболее распространенный тип одноразовых портативных источников питания. Номинальное напряжение щелочного элемента составляет 1,5 В, а емкость щелочного элемента типа АА достигает 1800–2600 мА·ч. Если объединить несколько таких элементов в один корпус, можно получить батарею на 4,5 В (из трех элементов), 6 В (из четырех элементов) и 9 В (из шести элементов). Батареи на 9 В (типа «Крона» — по названию выпускаемых в СССР угольно-цинковых батарей), разработанные для первых транзисторных радиоприемников, теперь используются для переносных радиостанций, детекторов дыма и пультов дистанционного управления моделями. Их емкость очень мала, всего около 500 мА·ч. Удельная энергоемкость щелочных элементов 110–160 Вт-ч/кг.

Марганцево-цинковые батареи

Марганцево-цинковые (также угольно-цинковые или солевые) первичные элементы питания были изобретены в 1886 г. и все еще используются сегодня. Номинальное напряжение такого элемента — 1,5 В, емкость элемента типа АА — 400–1700 мА·ч. Марганцево-цинковые элементы и батареи выпускаются тех же типоразмеров, что и щелочные. Их удельная энергоемкость составляет 33–42 Вт-ч/кг, то есть примерно втрое ниже энергоемкости щелочных элементов питания. Из-за невысокой энергоемкости их используют только там, где не требуется отдавать в нагрузку большой ток или если устройства используются не часто, например, в пультах управления или часах.

Кислотные аккумуляторные батареи

Кислотные (или свинцовые) аккумуляторные батареи недороги, доступны и широко используются в автомобилях, другой технике, в источниках бесперебойного питания и другой аппаратуре. Напряжение на кислотном элементе – 2 В. В батарее обычно бывает 3, 6 или 12 элементов, что позволяет получить 6,12 и 24 В соответственно. Свинцовые аккумуляторы удобны в тех случаях, если их большой вес не имеет значения. Удельная энергоемкость свинцовых аккумуляторов 33–42 Вт-ч/кг.

Никель-кадмиевые аккумуляторные батареи

Никель-кадмиевые (NiCd) аккумуляторные батареи (вторичные) изобрели более 100 лет назад и только в конце 90-х гг. прошлого века вместо них начали широко применяться никель-металлгидридные и литий-ионные аккумуляторы. Напряжение никель-кадмиевого элемента 1,2 В, удельная энергоемкость 40–60 Вт-ч/кг.

Никель-металлгидридные аккумуляторы

Никель-металлгидридные аккумуляторы (вторичные) были изобретены относительно недавно — в 1967 г. Их объемная энергоемкость намного выше намного выше, чем у никель-кадмиевых аккумуляторов, и приближается к энергоемкости литий-ионных аккумуляторов. Номинальное напряжение элемента — 1,2 В, удельная энергоемкость — 60–120 Вт-ч/кг. Удельная мощность NiMH аккумуляторов 250–1000 Вт/кг также намного выше, чем у никель-кадмиевых аккумуляторов (150 Вт/кг).

Литий-полимерные аккумуляторы

В литий-ионных полимерных (или литий-полимерных, LiPo) аккумуляторах используется желеобразный полимерный электролит. В связи с их высокой удельной энергоемкостью 100–265 Вт-ч/кг, они используются в тех случаях, когда малый вес является основным фактором. Сюда относятся мобильные телефоны, летательные аппараты с дистанционным управлением (дроны) и планшетные компьютеры. В связи с их высокой удельной энергоемкостью, LiPo аккумуляторы при перегреве и избыточном заряде подвержены тепловому разгону, который может привести к утечке электролита, взрыву и пожару. Также при эксплуатации необходимо учитывать, что эти батареи расширяются при хранении в полностью заряженном состоянии, что может привести к появлению трещин в корпусе устройства, в котором они установлены.

Литий-железо-фосфатные аккумуляторы

Литий-железо-фосфатные аккумуляторы (вторичные источники питания, LiFePO₄) — это литий-ионные аккумуляторы, в которых в качестве катода используется фосфат лития-железа LiFePO₄, а в качестве анода — графитовый электрод с металлической сеткой. Это относительно новая технология, разработанная в начале 2000-х гг., имеет ряд преимуществ и недостатков по сравнению с традиционными литий-ионными аккумуляторами. Напряжение на элементе составляет 3,2 В и, поскольку оно весьма высокое по сравнению с другими типами химических реакций литий-ионной технологии, для получения номинального напряжения 12,8 В нужно всего четыре элемента. В процессе разряда, напряжение на этих аккумуляторах весьма стабильно, что позволяет получать от батареи почти полную мощность в процессе ее разряда. Аккумуляторы LiFePO₄ имеют удельную энергоемкость 90–110 Вт-ч/кг. Литий-железо-фосфатные аккумуляторы используются в электрических велосипедах, электромобилях, фонарях на солнечных батареях, в электронных сигаретах и фонарях. Литий-железо-фосфатный аккумулятор типоразмера 14500 имеет те же геометрические размеры, что аккумулятор типа АА. Однако его напряжение 3,2 В.

Напряжение батареи

Напряжение батареи определяется типом химического процесса, используемого в элементах, а также количеством элементов, соединенных последовательно. Ниже в таблице показаны напряжения различных первичных и вторичных элементов.

NiCd, NiMH аккумуляторы	1,2 V
Щелочные гальванические элементы	1,5 V
Угольно-цинковые гальванические элементы	1,5 V
Кислотные аккумуляторы	2 V
Литиевые гальванические элементы, в зависимости от используемого химического процесса	1,5–3 V
Литий-ионные аккумуляторы, в зависимости от используемого химического процесса	3–3,6 V

Если батарея из гальванических элементов изготовлена из нескольких элементов, соединенных последовательно, ее напряжение может быть 4,5 В, 12 В, 24 В, 48 В и др.

Емкость батареи

Емкость батареи — это количество электричества (заряд), который батарея может использовать для создания электрического тока в нагрузке при номинальном напряжении на ней. Отметим, что емкость батареи и электрическая емкость — это разные физические величины. Емкость батарей можно измерить в единицах электрического заряда — кулонах (Кл), а емкость конденсатора в единицах электрической емкости — фарадах (1 Ф = 1 Кл/В). Однако на практике емкость батарей удобнее измерять в ампер-часах (А-ч или А·ч) или миллиампер-часах (мА-ч или мА·ч, 1 мА·ч = 1000 А·ч). Эта единица не учитывает напряжение на аккумуляторе или элементе питания, однако она удобна с учетом того, что элементы с одним типом химической реакции всегда имеют одно напряжение. Номинальная емкость батареи часто выражается в виде произведения 20 часов на величину тока, который свежезаряженная батарея способна отдавать в нагрузку в течение 20 часов при комнатной температуре. Реальная (не номинальная) емкость любой батареи зависит от нагрузки, то есть, от тока, который батарея отдает в нагрузку, или от относительной скорости ее разряда. Чем выше скорость разряда, тем ниже реальная емкость батареи.

Емкость батареи можно измерить также в единицах энергии — ватт-часах (Вт-ч или Вт·ч). Счетчик в вашей квартире измеряет израсходованную электроэнергию в киловатт-часах (кВт-ч), то есть почти в таких же единицах, только в тысячу раз больших. 1 кВт-ч = 1000 Вт-ч. Чтобы получить емкость батареи в единицах энергии нужно умножить емкость в ампер-часах на номинальное напряжение. Например, батарея 12 В 8 А·ч, которая часто используется в небольших источниках бесперебойного питания, может хранить 12 · 8 = 96 Вт-ч энергии.

В приведенной ниже таблице показана номинальная емкость гальванических элементов питания напряжением 1,5 В и аккумуляторов напряжением 1,2 В типа АА:

NiMH аккумуляторы	600–3600 mAh
NiCd аккумуляторы	600–1000 mAh
Щелочные элементы	1800–2600 mAh
Угольно-цинковые элементы	400–1700 mAh
Литиевые элементы	1500–3000 mAh

Относительная скорость разряда батареи

Относительная скорость разряда батареи (англ. С-rate, C-rating) определяется как ток разряда, деленный на теоретический ток, при котором в течение одного часа будет полностью израсходована номинальная емкость батареи. Это безразмерная величина, обозначаемая буквой C (от англ. charge — заряд). Например, батарея с номинальной емкостью C_bat = 8 А·ч, при разряде со скоростью 2C израсходует свою номинальную емкость для создания в нагрузке тока I_bat=16 A в течение 0,5 часа. Разряд 1С для той же батареи означает, что она израсходует свою номинальную емкость для создания в нагрузке тока I_bat = 8 A в течение одного часа. Отметим, что относительная скорость разряда является безразмерной величиной, несмотря на то, что C_bat выражается в ампер-часах, а I_bat — в амперах. Отметим также, что батарея отдаст в нагрузку меньше энергии при разряде с большей скоростью.

Глубина разряда батареи

Сохраняемая в батарее полная энергия часто не может быть использована полностью без повреждения батареи. Допустимая глубина разряда батареи (англ. DOD — depth of discharge) иногда указывается в ее технических характеристиках и определяет процент энергии, который может быть получен от батареи. Например, свинцовые кислотные аккумуляторы, предназначенные для запуска двигателя автомобиля, не рассчитаны на глубокий разряд большим стартерным током, который может легко их повредить. Тонкие пластины, установленные в таких аккумуляторах, позволяющие достичь высокой площади поверхности электродов, а, следовательно, максимального тока, могут быть легко повреждены при глубоком разряде, особенно если такой разряд большим стартерным током часто повторяется. Некоторые батареи по техническим условиям могут быть разряжены только на 30%. Это означает, что только 30% их емкости можно использовать для питания нагрузки.

В то же время, выпускаются свинцовые аккумуляторы с более толстыми пластинами, которые рассчитаны на регулярный заряд–разряд. Именно такие батареи используются в солнечных батареях и в электромобилях.

Последовательное и параллельное соединение элементов питания и батарей в блоки батарей

Блоки батарей используются, если необходимо соединить несколько батарей для одной цели. В результате соединения батарей в блок можно увеличить напряжение, отдаваемый в нагрузку ток или и то, и другое. Для соединения батарей в блок используют три метода соединения:

• Параллельное
• Последовательное
• Последовательное и параллельное

При объединении батарей в блок нужно учитывать несколько важных вещей. В блоке батарей нужно использовать не просто батареи одинаковой емкости и типа, но батареи, выпущенные одним изготовителем и взятые из одной партии. Конечно, нельзя соединять вместе батареи с разными типами химической реакции. Разные батареи, соединенные вместе, будут работать некоторое время, однако срок их службы резко сокращается. Если емкости батарей различны, одна батарея будет разряжаться быстрее, чем другая, что опять же приведет к сокращению срока их службы.

При последовательном соединении батарей в блок общее напряжение является суммой напряжений отдельных батарей, а емкость в ампер-часах остается равной емкости одной батареи. Например, можно последовательно соединить две батареи напряжением 12 В и емкостью 10 А·ч. При этом общая емкость будет равна тем же 10 А·ч, однако напряжение удвоится и станет равно 24 В. При последовательном соединении, коротким толстым проводом-перемычкой соединяют отрицательный вывод первой батареи с положительным выводом второй батареи, отрицательный вывод второй батареи с положительным выводом третьей батареи и так далее. Затем крайние выводы блока (один — положительный, другой — отрицательный) присоединяются к нагрузке.

При параллельном соединении батарей в блок, их напряжение остается равным напряжению одной батареи, а емкость и максимальный ток в нагрузке увеличиваются. Для подключения батарей параллельно, соедините толстыми проводами-перемычками все положительные выводы, а также все отрицательные выводы — положительный к положительному, отрицательный к отрицательному. Для выравнивания нагрузки, присоедините положительный вывод нагрузки к выводу блока батарей с одного конца, а отрицательный — к выводу блока батарей с другого конца. Например, можно таким образом параллельно соединить две 12-вольтовые батареи емкостью 10 А·ч. Полученный блок батарей будет иметь общую емкость 20 А·ч при напряжении 12 В.

Если нужно увеличить сразу и емкость, и напряжение, можно использовать параллельно-последовательное соединение. Например, если имеется шесть идентичных батарей емкостью 10 А·ч и напряжением 12 В, можно соединить две группы по три батареи последовательно, а затем эти две группы соединить параллельно. Новый блок батарей будет иметь емкость 20 А·ч при напряжении 36 В.

Замеры емкости 18650х аккумуляторов в домашних условиях

Добрый день.
В своей статье, я хочу рассказать о проведенных мной замерах емкости ряда 18650х аккумуляторов. Расскажу о применяемой мной методике и полученных результатах — которые обобщу в сводную таблицу. Мне удалось протестировать 7 различных разновидностей 18650х аккумуляторов, 3 из которых были у меня в количестве 2х штук, и 4 вида — в количестве 4х штук.
Методика тестирования:
1. Для усреднения результата, я применял 2 различных зарядных устройства — для заряда Xtar VC2, разряжал аккумуляторы при помощи Imax B6 mini — которая так же дала возможность построения графиков по напряжению, току, емкости и температуре в этом режиме.
2. Тестирование проводилось следующим образом: дозаряд аккумуляторов Xtar VC2, без замеров, далее разряд Imax B6 mini током в 1А, до 2,9 В

с замерами и графиками, и заряд в Xtar VC2, током 0,5А с замером емкости.

Результаты представляю «без купюр» как есть, надеюсь что данная информация поможет сделать кому-то правильный выбор.

Начну с парных аккумуляторов:
1. Кодовое имя — Ultrafire, маркированная емкость — 4200 мАч, актуальная цена $3.19 куплено на Aliexpress.

Вес:

Замеры:
1. 1. Разряд — 543 мАч, заряд — 535 мАч, емкость (средняя) — 539 мАч

Графики: Ток, Напряжение, Емкость, Температура

1. 2. Разряд — 508 мАч, заряд — 502 мАч, емкость (средняя) — 505 мАч

Графики: Ток, Напряжение, Емкость, Температура

Итог первого теста — средняя емкость 522 мАч, 12,5% от маркированной

2. Кодовое имя — ICR 18650, маркированная емкость — 5000 мАч, актуальная цена $2.80 куплено на GearBest

Вес:

Замеры:
2. 1. Разряд — 1112 мАч, заряд — 1069 мАч, емкость (средняя) — 1090 мАч

Графики: Ток, Напряжение, Емкость, Температура

2.2. Разряд — 1033 мАч, заряд — 1024 мАч, емкость (средняя) — 1028 мАч

Графики: Ток, Напряжение, Емкость, Температура

Итог второго теста — средняя емкость 1059 мАч, 21,2% от маркированной

3. Кодовое имя — Soshine, маркированная емкость — 3100 мАч, актуальная цена $17.36 куплено на Aliexpress

Вес

Замеры:
3.1. Разряд — 3063 мАч, заряд — 3024 мАч, емкость (средняя) — 3043 мАч

Графики: Ток, Напряжение, Емкость, Температура

3.2. Разряд — 3134 мАч, заряд — 3068 мАч, емкость (средняя) — 3099 мАч

Графики: Ток, Напряжение, Емкость, Температура

Итог третьего теста — средняя емкость 3071 мАч, 99% от маркированной

Переходим к замерам комплектов из 4х аккумуляторов

4. Кодовое имя — Panasonic NCR18650B, маркированная емкость — 3400 мАч, актуальная цена $15.37 куплено на GearBest

Вес:

Замеры:
4.1. Разряд — 3318 мАч, заряд — 3366 мАч, емкость (средняя) — 3342 мАч

Графики: Ток, Напряжение, Емкость, Температура

4.2. Разряд — 3391 мАч, заряд — 3349 мАч, емкость (средняя) — 3370 мАч

Графики: Ток, Напряжение, Емкость, Температура

4.3. Разряд — 3352 мАч, заряд — 3346 мАч, емкость (средняя) — 3349 мАч

Графики: Ток, Напряжение, Емкость, Температура

4.4. Разряд — 3443 мАч, заряд — 3388 мАч, емкость (средняя) — 3415 мАч

Графики: Ток, Напряжение, Емкость, Температура

Итог четвертого теста — средняя емкость 3369 мАч, 99% от маркированной

5. Кодовое имя — Samsung ICR18650 — 26FM, маркированная емкость — 2600 мАч, актуальная цена $13.36 куплено на GearBest

Вес:

Замеры:
5.1. Разряд — 2677 мАч, заряд — 2695 мАч, емкость (средняя) — 2686 мАч

Графики: Ток, Напряжение, Емкость, Температура

5.2. Разряд — 2699 мАч, заряд — 2687 мАч, емкость (средняя) — 2693 мАч

Графики: Ток, Напряжение, Емкость, Температура

5.3. Разряд — 2703 мАч, заряд — 2712 мАч, емкость (средняя) — 2707 мАч

Графики: Ток, Напряжение, Емкость, Температура

5.4. Разряд — 2649 мАч, заряд — 2672 мАч, емкость (средняя) — 2660 мАч

Графики: Ток, Напряжение, Емкость, Температура

Итог пятого теста — средняя емкость 2686 мАч, 103% от маркированной

6. Кодовое имя — Sanyo UR18650FM, маркированная емкость — 2600 мАч, актуальная цена $18.34 куплено на GearBest

Вес:

Замеры:
6.1. Разряд — 2580 мАч, заряд — 2556 мАч, емкость (средняя) — 2568 мАч

Графики: Ток, Напряжение, Емкость, Температура

6.2. Разряд — 2539 мАч, заряд — 2549 мАч, емкость (средняя) — 2544 мАч

Графики: Ток, Напряжение, Емкость, Температура

6.3. Разряд — 2556 мАч, заряд — 2550 мАч, емкость (средняя) — 2553 мАч

Графики: Ток, Напряжение, Емкость, Температура

6.4. Разряд — 2514 мАч, заряд — 2535 мАч, емкость (средняя) — 2524 мАч

Графики: Ток, Напряжение, Емкость, Температура

Итог шестого теста — средняя емкость 2547 мАч, 98% от маркированной

7. Кодовое имя — Sanyo UR18650ZY, маркированная емкость — 2600 мАч, актуальная цена $14.41 куплено на GearBest

Вес:

Замеры:
7.1. Разряд — 2606 мАч, заряд — 2605 мАч, емкость (средняя) — 2605 мАч

Графики: Ток, Напряжение, Емкость, Температура

7.2. Разряд — 2654 мАч, заряд — 2617 мАч, емкость (средняя) — 2635 мАч

Графики: Ток, Напряжение, Емкость, Температура

7.3. Разряд — 2629 мАч, заряд — 2594 мАч, емкость (средняя) — 2611 мАч

Графики: Ток, Напряжение, Емкость, Температура

7.4. Разряд — 2649 мАч, заряд — 2595 мАч, емкость (средняя) — 2622 мАч

Графики: Ток, Напряжение, Емкость, Температура

Итог седьмого теста — средняя емкость 2618 мАч, 101% от маркированной

Ultrafire, 4200 мАч, 3.19$ (2 шт) => 522 мАч (12,5 %). => 3,05 $/Ah
ICR 18650, 5000 мАч, 2.80$ (2 шт) => 1059 мАч (21,2 %). => 1.32 $/Ah
Soshine, 3100 мАч, 17,36$ (2 шт) => 3071 мАч (99 %) => 2,83 $/Ah
Panasonic NCR18650B, 3400 мАч, 15,37$ (4 шт) => 3369 мАч (99 %). => 1.14 $/Ah
Samsung ICR18650, 2600 мАч, 13,36$ (4 шт) => 2686 мАч (103 %). => 1.24 $/Ah
Sanyo UR18650FM, 2600 мАч, 18,34$ (4 шт) => 2547 мАч (98 %). => 1.80 $/Ah
Sanyo UR18650ZY, 2600 мАч, 14,41$ (4 шт) => 2618 мАч (101%). => 1.37 $/Ah

Расчет цены произведен на дату написания статьи, я выделил самые дешевые с точки зрения $/Ah