Cómo medir la capacidad de una batería de iones de litio

Compré una batería de iones de litio para una cámara (mucho más barata que la de reemplazo de la marca pero razonablemente barata en comparación con las baterías AAA de iones de litio con carga similar). Sin embargo, tengo dudas de que tenga la capacidad que dice en el paquete (en mAH). ¿Existe una forma sencilla de verificar aproximadamente el reclamo en el paquete que sea más preciso y requiera menos tiempo que ejecutar algunos puntos de referencia con la cámara y una batería de comparación? Es decir, ¿hay algún dispositivo/método que, dada una batería de iones de litio que supuestamente está completamente cargada, determine:

  • ¿Está realmente completamente cargado?
  • ¿Cuál es su carga actual en mAH?
Las baterías de iones de litio cuando se venden deben mostrar un 60 % de carga si se han almacenado correctamente. Cuando almacene baterías de iones de litio usted mismo, debe descargarlas al 60 % y guardarlas en un congelador. Esto es para almacenamiento a largo plazo (léase: meses), no para un par de días entre usos.

Respuestas (4)

Evaluar la carga completa es la parte fácil.

  • Método (a) Una batería de celda única de iones de litio completamente cargada tendrá un voltaje de circuito abierto de aproximadamente 4,2 voltios*. (4.1 a 4.2 OK. 4.0 no del todo. 4.3 - un poco alto.) Algunas cámaras usan dos celdas - el doble de los voltajes esperados. Las computadoras portátiles y otros dispositivos más grandes usan 3 o más celdas. El voltaje debe ser un múltiplo del voltaje anterior. [*Hay variantes que permiten voltajes más altos. A menos que esté SEGURO de que esto incluye el suyo, asuma que no es así. Hacerlo mal puede ser "molesto".
    (es decir, N x (4,1 a 4,2 V))

  • Método (b) Utilice un cargador de buena calidad (p. ej., uno suministrado por el fabricante de la cámara o uno de calidad conocida) que tenga una "luz de carga".

    Coloque la "batería cargada en el cargador". Según el tiempo transcurrido desde la última vez que se cargó, la luz de carga debería parpadear o tal vez permanecer encendida durante uno o dos minutos y luego apagarse.

    Retire la batería del cargador. Espere 10 segundos. Vuelva a colocar la batería en el cargador. La luz de carga debe parpadear muy brevemente y apagarse.

Evaluar la capacidad es más difícil, pero no difícil.

(a) puede obtener alguna indicación, para baterías nominalmente iguales, a partir del peso. Una parte significativa del peso en una batería de LiIon son componentes involucrados activamente, ya sea eléctrica o mecánicamente (separadores, conductores, electrolito y (por supuesto) metal de litio. Dos baterías de la misma capacidad nominal deberían tener pesos similares. Supongo que un La diferencia del 10% puede deberse a la casualidad y la construcción, pero más allá de eso, sospecharía. En baterías más grandes y pesadas, esta prueba funcionará mejor que para baterías muy pequeñas.

Por interés, para las células AA NimH, este es un excelente indicador. Los AA modernos de alta capacidad que reclaman una capacidad de 2500 mAh + deben estar en el rango alto de veinte gramos, digamos 26 gramos más con algunos poco más de 30 gramos. Cualquier cosa por debajo de 20 gramos es un completo fracaso y cualquier cosa de 25 gramos o menos es sospechosa.

(b) Para cualquier tipo de precisión, debe descargar la batería hasta un "punto final" y medir la capacidad. Ningún otro método razonablemente disponible para usted está disponible. Existen otros métodos, como medir el cambio de voltaje durante un tiempo determinado bajo una carga determinada y tratar de evaluar dónde se encuentra en la curva de descarga. Esto es difícil de hacer bien y requiere experiencia y un grado de suerte. Medir el tiempo de descarga es "más fácil".

Lo mejor es una carga de corriente constante, que se puede hacer muy fácilmente con, por ejemplo, un LM317 y una resistencia, pero supondré por ahora que no quieres hacer eso. Preguntar si está interesado.

Se debe utilizar una resistencia de descarga que tarde al menos una hora en descargarse. Podría usar un motor, una lámpara, una cámara o ... pero una resistencia tiene algunas ventajas.

R mínimo ~= (Células_en_batería x 4000) / mAh

por ejemplo, si tiene una batería de 1 celda (Voc = ~ 4.2V) de 1500 mAh de capacidad, entonces

  • R = celdas x 4000 / mAh = 1 x 4000/1500 = 2,666 ohm ~= 3 ohm o 3,3 ohm (valor estándar)

Utilice la siguiente resistencia más grande que el valor calculado.
Hasta Varias veces más grande está bien PERO tomará proporcionalmente más tiempo.

Potencia nominal de la resistencia: Potencia de la resistencia = V^2/R = (4 x número de celdas)/R

por ejemplo, para la resistencia de una sola celda y 3 ohmios anterior, la potencia nominal mínima es

  • 4 x 1/3 = 1.333 Vatios.

Utilice una resistencia de 2 vatios o más.

Método:

Describiré esto brevemente ya que no conozco su nivel de experiencia. Esto puede ser fácil de seguir o difícil. Si es difícil, haga más preguntas.

  • Conecte cables temporales a los terminales de la batería. Dos clips para papel doblados en el extremo que descansan sobre la terminal son planos y accesibles y se sujetan con peso o cinta adhesiva. No se puede acceder abiertamente a los cables insertados en el conector. Algunas baterías no proporcionarán energía hasta que les des un apretón de manos secreto. pero la mayoría lo hará.

Batería con terminales accesibles.

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Abajo: Terminales de más difícil acceso. Aquí pueden funcionar dos alfileres o dos alambres, ¡PERO NO LOS CORTE JUNTOS! SI NO ESTÁS CÓMODO HACIENDO ESTO NO LO HAGAS.

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  • Controle el voltaje de la batería en todo momento. Multímetro conectado a los cables de la batería y configurado en el rango apropiado.

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  • Conecte la resistencia a los cables de la batería. Iniciar un temporizador. Supervise el voltaje. Deténgase en 3,2 V por celda. NO DESCARGUE POR DEBAJO DE 3 VOLTIOS POR CELDA. PARAR EN 3.2V ES UNA "BUENA IDEA". Una batería de iones de litio puede dañarse gravemente si se descarga muy profundamente. Pon un temporizador. NO deje esto funcionando y aléjese.

Abajo: Curva típica de descarga de 'batería' de 1 celda de iones de litio.

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El mejor método es hacer esto con baterías genuinas y clonadas y comparar los tiempos.

  • Método (c) Más fácil :-).

Usa una cámara. Establezca en video o fotos cronometradas. Tenga en cuenta los tiempos de fotogramas de inicio y finalización. Comparar.

Las principales ventajas son

  • "establecer y olvidar

  • no jugar con las conexiones de la batería

  • temporización automática.

ACTUALIZACIÓN - 1 de enero de 2013 - Feliz Año Nuevo.

Alguien me acaba de preguntar fuera de la lista sobre el circuito LM317 que mencioné para la descarga de corriente constante. Aquí hay un ejemplo. Copié esto de la página web muy útil y relevante sobre la conducción de LED: aquí y ellos, a su vez, lo copiaron de una hoja de datos LM317.

ingrese la descripción de la imagen aquí

La consulta fuera de la lista decía

  • Usted mencionó una forma usando LM317 para determinar la capacidad de la batería. Necesito revisar una batería de iones de litio con una capacidad de aproximadamente 1700 mAh.
    ¿Qué me recomiendan para medir este tipo de capacidad de batería en un tiempo razonable como 3-4 horas?

Una batería de 1700 mAh se descargaría en 3 horas por 1700/3 =~ 570 mA y en 4 horas por 1700/4 ~= 425 mA. Entonces, usar alrededor de 500 mA y ver cuánto tiempo toma le dará una medida de la capacidad de la batería.
La corriente de la carga the3 en el circuito de arriba es
Iout = Vref/R1 entonces

R1 = Vref/Iout
Para un LM317 Vref = 1,25 V, por lo que para 500 mA
R1 = V/I = 1,25 V / 0,5 A = 2,5 ohmios.
Potencia en R1 = I^2 R = 0,5^2 x 2,5 o alrededor de 0,7 vatios.
Una resistencia de 1 vatio probablemente sobreviviría a esto; una de 2 o 5 vatios sería mejor.
El LM317 disipará V_LM317 x I = (Vbatería - Vref) x I = (4,2-1,25) x 0,5 =~ 1,5 vatios. Entonces, un disipador de calor o una pieza de aluminio u otro material térmicamente conductor en el LM317 será "una buena idea". Yo uso 4,2 V para el voltaje de la batería. Caerá a medida que la batería se descargue.

Tenga en cuenta que, en muchos casos, una batería de iones de litio de 1700 mAh se puede descargar de forma segura a una velocidad de hasta 1C - = 1700 mA en este caso. Más seguro es C/2 = 850 mA. El fabricante debe establecer la tasa máxima permitida real. Use Imax = C/2 si no hay datos disponibles. Por lo general, esto será seguro, pero "advertencia emptor" / "YMMV" ... . Si usa una tasa más alta, la disipación de potencia en la resistencia y LM317 será mayor y se necesitarán cambios. Algunos LM317 manejarán 1A máx. Algunos manejarán 1.5A. (Algunos paquetes más pequeños < 1A) . Ver hoja de datos. El LM350 es una versión de hermano mayor del LM317 que funciona con varios amperios.

El voltaje del punto final de la batería debe ser el voltaje del punto final que utilizará en su sistema. Según mis comentarios anteriores, esto NO DEBE SER inferior a 3,0 V para evitar daños en la batería, y más alto es más seguro. Debe vigilar de cerca esto si detiene la descarga manualmente O configura un sistema de corte automático. La forma en que lo hace y la forma en que cronometra el período de alta depende de usted.

Gran respuesta detallada. Lo intentaré. Con respecto a 1b, lo intenté pero los resultados son extraños. Tanto el cargador externo que usé como el cargador interno de la cámara que usé afirman estar completamente cargados al final de la carga y están de acuerdo entre sí. Cuando se inserta en la cámara y se enciende (modo sin carga), la cámara afirma que la batería tiene solo 1/3 de carga. Probaré a verificar el voltaje...
¿Qué marca y modelo de cámara y batería? Algunas baterías tienen componentes electrónicos internos que hablan con la cámara e informan sobre la capacidad. La declaración de capacidad puede ser precisa O la batería puede estar completamente cargada PERO la batería clonada puede no haber emulado el protocolo original con suficiente precisión. // Una carga a menudo razonablemente continua en la batería de una cámara es ponerla en modo USB. Tengo varias cámaras que no se apagan si no hay actividad en este modo, sino que simplemente agotan la batería. Esto tiene la ventaja de no sobrecargar la batería. Todavía necesita cronometrarlo manualmente.
la cámara es una Sony HX9V y la batería es de una marca sin nombre de e-bay. Sin embargo, no es el último de la lista, cuesta $ 20 (lo que suena razonable para una batería de 1400 mAh), viene en un paquete bien hecho con un inglés gramaticalmente correcto, cuenta con doble protección de circuito IC, conoce el apretón de manos secreto de Sony y afirma que las celdas están hechas en Japón. La punta USB es genial. El modo de cámara normal es muy impredecible en cuanto a la descarga de la batería, ya que estas elegantes cámaras gastan mucha energía en el procesamiento para encontrar rostros, ajustar la exposición, asegurarse de que todos sonrían, hacer GPS, ... lo cual es difícil de controlar.
El modo de falla de una batería barata es más probable que sea un ciclo de vida bajo que una capacidad baja. Es una compensación de diseño y un estafador probablemente optaría por hacer que la batería se pruebe bien en unos pocos ciclos y falle después de un mes en lugar de un año. Para entonces habrán cambiado su ID de vendedor en eBay.
Mi amplia experiencia profesional es con NimH y no con LiIon. Tengo una buena experiencia en LiIon como fotógrafo entusiasta con numerosas baterías de sistema Sony/Minolta. EN MI EXPERIENCIA: Los clones tienen una capacidad ligeramente menor que los originales. Algunos clones fallan a una capacidad extremadamente baja mucho antes de lo que deberían. Los clones que tienen una buena capacidad tienden a tener una vida útil más pobre que las baterías originales. En general, los clones son inferiores en una variedad de formas, siendo las baterías originales las que mejor funcionan. Pero, los clones de valor por dinero son lo suficientemente buenos en promedio como para valer su precio.
No hay litio metálico en las celdas de iones de litio , por ejemplo, consulte el artículo de Wikipedia Batería de iones de litio . Este es un concepto erróneo generalizado, por lo que valdría la pena el esfuerzo de corregirlo aquí, para ayudar a aliviarlo.
@BillDubuque No estoy seguro de a qué parte de la respuesta te refieres. Lo más cercano que puedo ver a lo que dices es "Una parte significativa del peso en una batería LiIon es metal de litio". Esta es una afirmación correcta tal como está y es la forma en que se hace referencia al contenido de litio de la batería en, por ejemplo, la IATA y las normas de carga aérea similares. No pretendía abordar la forma en que está presente el metal de litio. | Evitar el litio metálico como "metal desnudo" es un objetivo importante de los arreglos de fin de carga. Los voltajes de terminal superiores a 4,2 V tienden a producir Li metálico, una MUY mala idea.
Sí, esa afirmación es incorrecta. No hay metal de litio en las baterías de iones de litio (excepto pequeñas cantidades en raras condiciones excepcionales cuando se agota debido a una carga excesiva o demasiado rápida). Esta confusión (generalizada) causa muchos problemas, por ejemplo, las técnicas de extinción de incendios difieren para las celdas que contienen litio metálico ( celdas primarias de litio ) frente a aquellas que no contienen litio metálico ( celdas secundarias de iones de litio ). Lea el artículo de Wikipedia vinculado para obtener más información sobre las baterías de iones de litio.
Algunas correcciones adicionales: (1) 4,2 V no es necesariamente el 100 % del estado de carga, por ejemplo, muchas celdas modernas se cargan a 4,35 V, no a 4,2 V. (2) Muchos cargadores encienden su indicador de "carga completa" cuando comienza la fase CV, que puede estar entre el 80 y el 90 % del estado de carga.
(3) Es crucial usar la corriente y el voltaje de terminación correctos cuando se intenta duplicar las afirmaciones de capacidad del fabricante. Normalmente, las celdas de iones de litio tienen una clasificación de descarga C/5, terminadas entre 2,5 y 2,75 V, pero es posible que las celdas destinadas a dispositivos de bajo consumo (por ejemplo, teléfonos móviles) se coticen con tasas de drenaje más bajas. Consulte la hoja de datos para estar seguro).
Además, su afirmación (falsa) de que "una parte significativa del peso en una batería de iones de litio es metal de litio" es inconsistente con su respuesta aquí. Un 18650 típico pesa alrededor de 45 g, pero allí afirmas que tiene alrededor de 0,75 g de contenido de litio, apenas una parte significativa de su peso. Incluso si se refiere al nebuloso "contenido de litio equivalente", cualquiera que sea su definición, seguramente no pretende ser más que un orden de magnitud diferente del contenido real de metal de litio.

Sí, necesita una carga ficticia y una forma de medir el voltaje (es decir, un multímetro)

Puede ser tan simple como una resistencia, pero la corriente caerá junto con el voltaje, por lo que mAh es un poco "difícil" de calcular. Probablemente sea preferible una carga ficticia de corriente constante. Esto se puede comprar como un IC, o se puede hacer fácilmente con un opamp, o un par de transistores (puede usar uno pero no tan preciso, una cosa llamada cascode es mejor)

De cualquier manera, supongamos que su batería comienza a 4 V completamente cargada (generalmente alrededor de 4.1 a 4.2 V en realidad), y coloca una resistencia de 40 ohmios a través de ella. Esto hará que fluyan 100 mA de corriente. Si mide el voltaje regularmente, puede calcular la corriente que fluye. Cuando la batería está descargada, puede integrar las lecturas recopiladas para obtener la capacidad de la batería en mAh. Entonces, si fuera a leer cada hora y obtiene 10 lecturas de 100 mA antes de que la batería se considere agotada (alrededor de 3 V por lo general, sería bueno que las pruebas del fabricante fueran las que hiciera, pero el voltaje caerá bastante al final de la capacidad), tiene 1000 mAh batería (en realidad, la corriente caerá a menos que use una carga de corriente constante)

Tenga en cuenta que las baterías generalmente tendrán menos capacidad con corrientes más altas, por lo que si extrae 1A, el total de mAh será menor. Seleccionaría un valor que sea lo suficientemente bajo para que la batería funcione razonablemente (cualquiera que sea el fabricante probado, si hay una hoja de datos disponible, probablemente bastante bajo)

Debería terminar con algo como esto cuando grafica sus resultados (tenga en cuenta que el eje x está en amperios por hora:

Gráfico de capacidad de iones de litio a varios índices de descarga

C es la tasa de descarga necesaria para descargar en 1 hora, por lo que para una batería de 1000 mAh, 0,1 C es 100 mA, 1 C es 1 A, 18 C es 18 A. Puede ver cómo la capacidad cae a tasas de descarga más altas. NOTA : (como mencionó Russell) no intente descargar a corrientes grandes (por ejemplo, muy por encima de> 1C) a menos que esté absolutamente seguro de que la batería puede manejar esto (por ejemplo, algunas baterías de cámara y baterías RC pueden descargarse a gran velocidad) La imagen de arriba es solo pretende ser un ejemplo de curvas de descarga.

También asegúrese de que la resistencia (si usa una) sea precisa (1% o menos si puede) y esté clasificada para cualquier potencia que necesite manejar. Para el ejemplo anterior a 0,1 A y 4 V, tiene 0,4 W, por lo que necesita al menos una resistencia de 0,5 W y 40 ohmios.

No descargue las baterías estándar de iones de litio a una velocidad superior a 1C, por ejemplo, no más de 1500 mA para una batería de 1500 mAh. Algunas baterías estándar permitirán una descarga de 2C y algunas baterías especiales mucho más, PERO intentar descargar una batería estándar a, digamos, 10C puede ser la última descarga que haga. "Ventilación con llama" es el eufemismo estándar.
Sí, buen punto, agregaré esto. La foto era solo un ejemplo de cómo deberían verse las curvas, no una recomendación para descargar a 18C :-)

Para información: he estado midiendo celdas de iones de litio con corriente constante de 100 mA y voltaje de apagado mínimo de 3.5. Encontré las 14500 celdas generales y económicas estampadas con 4000 mAhr que muestran una capacidad de aproximadamente 150 a 325 MaH. El 16850 más grande también estampado 4000 mAh muestra una capacidad de aproximadamente 1000 a 1600 mAh. Recientemente desmantelé baterías viejas de computadoras portátiles y descubrí que no tenían la marca 16850 pero todas tenían capacidades de 1760 mAh. Ejecutar tasas de descarga más altas reduce drásticamente la capacidad como se menciona en este artículo. Lo mejor es cuantificar los requisitos de capacidad de la batería según el diseño de su circuito para determinar el tiempo real de uso. La dificultad es encontrar baterías para comprar ese estado de calificaciones "honestas".

No sé si alguien alguna vez va a leer esta respuesta, ya que han pasado años desde la última, pero este es mi enfoque, después de haber tenido la misma pregunta: ¿cuál es la capacidad de mi batería LiIon?

Bueno, pensé que lo que realmente me interesaba era: cuánta carga se entrega entre un estado de carga completa y el apagado de la batería. Apagar, en mi caso, significaba que el equipo comenzaba a sonar, indicando que quería recargarse.

Para cargar la batería utilizo un cable usb simple, pero con un dispositivo que mide voltaje, corriente, tiempo y miliamperios-hora totales. Estos aparatos se pueden encontrar en Internet y son baratos.

Entonces, para determinar la capacidad de la batería Li-Ion en cuestión, simplemente déjela apagarse y recárguela. La cantidad de mAh que se muestra en el dongle de recarga es la capacidad efectiva.

Entiendo que las baterías de iones de litio no se calientan ni nada, y cualquier mAh que ingrese durante la carga también está disponible para descargarse en funcionamiento. Entonces, el número que encuentre cargándolo por completo debería darle la respuesta.

En realidad, no, si mide la energía que ingresa, parte se desperdiciará en forma de calor y no se recuperará cuando extraiga energía de la batería. La forma de determinar cuánta carga tienes se suele hacer a partir de la curva característica de las baterías.
"La eficiencia de carga es de alrededor del 99 por ciento y la celda permanece fría durante la carga". Esto lo leí en la página " batteryuniversity.com/learn/article/… ". Cualquier calor desperdiciado se desperdicia fuera de la batería, es decir, la diferencia de voltaje entre el cargador y la batería multiplica la corriente de carga.
Recientemente compré uno de estos probadores USB y debes comprender lo que sucede debajo del capó para interpretar los resultados correctamente. La carga se hace con 5V (como dijiste usas USB), pero el voltaje interno de la batería está entre 3.7V y 4.2V. Por lo tanto, debe corregir la conversión de voltaje: la misma cantidad de energía cargada (expresada en Wh) produce un valor de mAh más pequeño que muestra el dispositivo de prueba USB equivalente a un valor de mAh aproximadamente un 25% más alto recibido por la batería. Lo mismo para la descarga: un circuito de refuerzo aumenta la salida de voltaje de un banco de energía.
Buen punto: saber lo que está pasando debajo del capó. En los dispositivos más pequeños, la "conversión de voltaje" de 5 a 3.x Volts se realiza mediante un diodo y una resistencia en serie, con un detector de nivel que dice "basta ya" por medio de un led. En ese caso, los mAh registrados en la salida USB son la carga real. Aprecio completamente que esa no es la mejor manera de cargar una batería de iones de litio, pero era la situación con la que estaba lidiando cuando escribí mi respuesta original. Gracias por el comentario.
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