¿Cómo calcular la corriente máxima que puede entregar una batería AA durante un corto período de tiempo?

ADVERTENCIA: Si "intenta esto en casa", tenga en cuenta que existe una pequeña posibilidad de que ocurra un peligro significativo; consulte a continuación.

Lo que propones es un método viable y útil y potencialmente peligroso.
Considero que es extremadamente improbable que te hagas daño al hacer esto, pero debo tener en cuenta que existe la posibilidad.

No haría esto con otras pilas alcalinas o NiMh que no sean individuales. Tendría mucho cuidado con las celdas de tamaño superior a AA. No consideraría probar esto con LiIon o LiPo de las celdas LiFePO4, que tienen voltajes terminales más altos, altas tasas de descarga potencial y una tendencia conocida (excepto LiFePO4) a "ventilarse con llamas".

He usado el método para probar pilas alcalinas parcialmente usadas durante muchos años con buenos resultados. Nunca he tenido ningún problema con él PERO esto no significa que todos los demás tendrán tanta suerte. Comentarios al final sobre lo que podría salir mal.

Para determinar el "grado de bondad" de una batería alcalina AA 1.5V hago dos cosas.

• Mida el potencial de circuito abierto de la celda. Este es un método muy seguro y no dañino. Una batería alcalina sin usar que no haya utilizado gran parte de su vida útil tendrá un potencial de más de 1,6 V, normalmente 1,65 V. Esto es más alto que las celdas de carbono-zinc / Le Clanche / Heavy Duty más baratas y es una forma confiable de determinar que una celda realmente ES alcalina y que es esencialmente nueva. Una celda que da más de 1.6V no necesita ser "probada" por descarga de corriente como se describe a continuación (pero puede serlo si lo desea).

• Mida la corriente de cortocircuito de la celda durante aproximadamente un segundo usando el rango de 10 amperios en un multímetro. La resistencia interna del medidor, las resistencias de los cables, las resistencias de conexión del enchufe y la resistencia de contacto con la batería son resistencias potencialmente significativas en esta prueba, por lo que los resultados variarán un poco entre los medidores y dependiendo de qué tan bien hagan contacto las sondas y qué tan bien se conecten los cables. hacer contacto en los enchufes del medidor. A pesar de estas posibles diferencias (juego de palabras) la prueba es útil y razonablemente repetible.

Solo información: Mi razón más habitual para hacer esta prueba es determinar qué celdas en un lote de celdas no se usan y cuáles de las usadas son adecuadas para usar en un flash de cámara de alto rendimiento. Los flashes en cuestión presentan una carga pesada. La capacidad es probablemente de alrededor de 100 flashes, dependiendo de la energía tomada que varía con el entorno de la foto: un flash en una habitación grande y oscura se carga por completo, mientras que cuando se fotografía un sujeto de color claro a corta distancia, solo se utiliza una pequeña fracción de la energía almacenada. Cuando se usan repetidamente hasta el agotamiento, las baterías están demasiado calientes para manipularlas cuando se retiran del flash, ¡probablemente a 70 grados C! La potencia media suministrada por las baterías a plena carga es probablemente de 50 a 100 vatios. Las baterías deben estar en buenas condiciones para suministrar esto.

La prueba de cortocircuito generalmente arroja un resultado de 5 a 10 amperios para celdas nuevas de buena calidad, y la corriente cae levemente durante el período de prueba de aproximadamente un segundo.

Los resultados para las celdas usadas varían considerablemente. Cualquier cosa en el rango de 3 a 5 amperios significa que la celda puede ser útil para el uso de flash. Un resultado de unos pocos amperios significa que la batería sigue siendo útil para equipos de bajo consumo, como un reloj o una balanza electrónica. Menos que eso, probablemente sea mejor desechar la celda.

Si bien la prueba anterior se usa para las pilas alcalinas AA, también se puede usar para las pilas AA NimH, con más riesgo. Una celda de NimH PUEDE ser capaz de tasas de descarga más altas cuando está completamente cargada, aunque las resistencias presentes en esta prueba generalmente limitarán la corriente a aproximadamente los mismos valores. Acabo de probar esto con una celda Eneloop AA de 2000 mAh completamente cargada (versión fabricada en China por Panasonic). Esto alcanzó su punto máximo en alrededor de 7 amperios. Las celdas Eneloop tienen una capacidad menor que las celdas AA NimH de calidad líder en el mercado, pero tienen una vida útil mucho más larga y un voltaje terminal más alto en el nivel de descarga dado. Esperaría que dieran resultados similares a las células AA NimH "normales" de mayor capacidad.

En algunas ocasiones he sido lo suficientemente tonto como para llevar celdas en el bolsillo de mi pantalón varias celdas AA cargadas y en 3 de esas ocasiones también tuve la mala suerte de tenerlas formando un circuito estable con varias monedas, llaves, etc. en mi bolsillo. La temperatura de la bolsa se elevó muy por encima del nivel de dolor casi al instante y las quemaduras eran una posibilidad definitiva. El contenido de los bolsillos tenía que arrojarse con prisas indecentes en cada ocasión. Si bien ninguna celda dio alguna indicación de daño mecánico, si una hubiera 'explotado' de alguna manera bajo tal abuso, me habría arrepentido pero no sorprendido.

Es poco probable que un medidor configurado en 10A se dañe al cortocircuitar una sola celda AA NimH por períodos cortos. Más de una celda en serie o más grande que AA puede causar el desmembramiento de la celda o la conflagración o el desmembramiento de las partes internas del medidor. Algunos medidores están fusionados en su rango de 10A, pero muchos no lo están (y la mayoría de los baratos que he visto no lo están). El uso de sobrecorriente de rango extendido de 10A puede destruir la derivación de 10A y posiblemente el medidor mismo unos milisegundos más tarde.

Los cortocircuitos fuertes en las baterías PUEDEN causar disminuciones desproporcionadas en la capacidad en comparación con la energía real consumida y PUEDEN causar una degradación permanente a largo plazo en las celdas secundarias. No me he dado cuenta de que este es el caso, pero YMMV.

Después de acortar la celda Eneloop mencionada anteriormente por un total de aproximadamente 5 segundos a 7A, se necesitaron aproximadamente 40 mAh de carga para restaurarla a su capacidad máxima. Salida de energía ~= 1V, digamos x 7A x5 segundos = 35 julios. Energía de restauración ~~= 1.4V x 40 mAh ~= 200 Joules. Esta muestra de prueba (1 ítem) es demasiado pequeña y no controlada para permitir una buena conclusión, pero es interesante.

En el peor de los casos, parece probable que, en caso de cortocircuito total, una celda pueda disipar alrededor de 10 vatios internamente y, por lo general, menos que eso. Mi prueba de bolsillo informal e inadvertida de celdas de NimH bajo alta descarga durante probablemente 10-20 segundos indica que tolerarán esto sin autodesmantelarse (al menos para la pequeña muestra que he experimentado), y mi uso si un flash en muchas ocasiones de AA alcalino las celdas de modo que se calienten demasiado para manipularlas sugiere que también toleran descargas intensas y altas temperaturas "bastante bien".

Por lo tanto, no esperaría que la prueba de cortocircuito de cualquier celda AA alcalina o NimH como se describe anteriormente sea físicamente peligrosa. Pero si alguna vez lo fuera, no me sorprendería del todo.

Si la corriente es demasiado alta, quemará el fusible del multímetro o quemará la batería.

Wikipedia dice que la batería Energiser AA tiene una resistencia interna de alrededor de 0.15R a temperatura ambiente. Esto da alrededor de 10A de corriente. Sin embargo, la resistencia interna del multímetro ahora puede tener un efecto, reduciendo la corriente.

En su lugar, compre una resistencia muy pequeña, por ejemplo, 0.01R, con una potencia nominal alta y colóquela en la batería. Luego mida el voltaje a través de la resistencia y use la ley de Ohms para calcular la corriente. De esta manera protege su multímetro y la resistencia de derivación del multímetro no tiene ningún efecto.

Nota

La respuesta anterior asume una batería alcalina AA. Como dice Spehro, otros tipos pueden ser peligrosos.

Ciertamente no matará al multímetro, pero el voltaje caerá tan rápido (y la corriente con él) que no podrá medir mucho. Un segundo para tal configuración no es, en realidad, poco tiempo. Una posible configuración sería probar con un trimpot o potenciómetro en serie, registrando el voltaje a lo largo del tiempo y luego analizando los resultados. Pero eso sería mucho trabajo. Debería comenzar con la olla en un valor máximo (digamos 500R) y registrar la curva de descarga. Luego reduzca gradualmente y repita, cada vez con una batería nueva, hasta que alcance un valor que descargue la batería en menos de 1 s. Tenga en cuenta que en este caso usará el multímetro para medir el voltaje, no la corriente, ya que es

Pero, por lo general, el fabricante de la batería ya hizo ese trabajo por usted. Si puede encontrar la hoja de datos de la batería específica que desea usar, probablemente tenga esta información.

De hecho, esto puede ser peligroso, especialmente si es el tipo de celda que tiene una alta capacidad de corriente (por ejemplo, NiCd). No es peligroso, en mi experiencia, si se hace por un corto tiempo con pilas alcalinas y de zinc-carbono, pero aun así, la prudencia sugeriría ciertamente usar gafas de seguridad y contener la célula en algo no inflamable. Se sabe que las celdas de NiCd (incluso las baterías de 9V de apariencia benigna) explotan violentamente cuando las celdas de litio cortocircuitadas y no protegidas se incendian, y las celdas de NiMH pueden ventilar gas de hidrógeno caliente y electrolito bajo algunas condiciones. La corriente de cortocircuito de las celdas de NiCd puede exceder en gran medida la clasificación de 10 A de su medidor, por lo que es posible que el medidor o los cables de prueba se dañen.

Realmente no le dirá mucho útil para el funcionamiento normal: puede buscar el voltaje en su medidor al leer 10A (tal vez 100mV) y obtener algún tipo de estimación de la resistencia interna, pero hay efectos electroquímicos ("polarización" ) que hará que la corriente de cortocircuito caiga rápidamente desde el pico. A medida que la celda se descarga, la resistencia interna aumenta, por lo que no le dará una buena idea de lo que sucede durante la vida útil de la celda si consume corriente en pulsos cortos.

Si su propósito es tener una idea de la corriente de falla máxima (por ejemplo, para la corriente de ruptura del circuito de protección), podría ser un ejercicio útil.

Método 1. Para medir de manera segura y precisa la corriente cercana al cortocircuito de una batería, debe configurar una carga pulsada. Tal carga puede consistir en un oscilador con un ciclo de trabajo bajo, digamos un pulso de 10 ms por segundo, que impulsa la base de un transistor de potencia NPN como 2N3055. Conecte una resistencia de 1 ohmio y 1 W del +ve de la batería al colector del transistor; El emisor y la batería están conectados juntos a la tierra del oscilador. Use el osciloscopio para medir el pulso de voltaje a través de la resistencia: un pulso de 10 V significa que la batería está entregando pulsos de corriente de 10 A. Tenga en cuenta que este método mide usando un cortocircuito cercano ; es difícil acercarse mucho más a un verdadero cortocircuito.

Método 2. Este método mide la resistencia interna de la batería sin consumir corriente. Conecte un capacitor de 1000uF (tipo electrolítico, tenga en cuenta la polaridad), la batería, una resistencia de 50 ohmios y un oscilador en serie, donde el oscilador puede ser un instrumento de laboratorio capaz de entregar, digamos, 100 Hz 1V rms de onda sinusoidal en 50 ohmios. Utilice el osciloscopio para medir los voltajes de pico a pico en la batería y en los 50 ohmios. Su relación le da a la batería una resistencia interna que se puede esperar que sea el único límite en la corriente inicial si la batería se cortocircuita.

Las sondas de prueba presentarán una fuente importante de resistencia y no obtendrá una medición precisa de la potencia de salida a menos que su diseño final también utilice la presión manual de las sondas de prueba en los contactos de la celda.

Considere construir un soporte de batería de prueba que tenga conectores tipo banana que pueda conectar a su multímetro. Busque un portapilas que tenga un buen contacto mecánico. Esto le dará más energía de la batería al disminuir la resistencia de contacto, y en aplicaciones de alta corriente como esta será una fuente importante de pérdida de energía.

Pero incluso los soportes de batería (al menos los comunes) no están diseñados para más de 1A de corriente. Grupos como los constructores de linternas y los entusiastas de los modelos de control de radio se encuentran con este problema y, de las varias sugerencias que he visto, parece que lo mejor es usar una trenza de cobre para hacer frente a los contactos de resorte, luego soldar un cable de mayor calibre a la trenza de cobre. . Esto presenta un contacto de alta corriente y baja resistencia con la batería, y le permite obtener la mayor cantidad posible de corriente de la batería.