De capaciteit van een batterij of accu wordt ofwel gemeten met een gecalibreerde weerstand, ofwel door middel van een constante stroom.
Batterijfabrikanten geven de capaciteit van de alkaline batterijen niet weer, omdat die afhangt van de belasting (lagere beschikbare capaciteit bij een hogere stroom). Toch bestaat er een protocol dat door alle fabrikanten aangenomen wordt (ontlading door een gecalibreerde weerstand van 10Ω.
De batterijfabrikanten hebben er alle voordeel bij deze test te gebruiken in plaats van de test met constante stroom want als de batterij leeg geraakt, dan zakt de spanning, en dus ook de stroom, en niet-oplaadbare batterijen hebben meer moeite een bepaalde stroom te leveren als de batterij leeg geraakt. De beschikbare capaciteit van een niet-oplaadbare batterij zakt enorm als er een hogere stroom gevraagd wordt.
De capaciteit van een accu wordt bepaald door een constante stroom (meestal is dat een stroom van 0.1C, dus 1/10 van de nominale capaciteit). De capaciteit van een accu blijft ongeveer constant, ongeacht de stroomsterkte, wat niet het geval is met zink-koolstof batterijen (saline of alkaline).
Een eenvoudige schakeling om een constante belasting te leveren staat wat verder. De tester bestaat uit een op amp (LM10) en een 2N6660 (MOSFET transistor). De op amp beschikt over een interne spanningsbron van 200mV die gebruikt wordt om de 100mV voor de comparator te maken.
De spanning over de meetweerstand van 1Ω is een maat van de stroom die door de schakeling loopt. De spanning wordt vergeleken met de referentie en stuurt de MOSFET min of meer in geleiding.
Het is mogelijk twee batterijen in serie te testen: het ontwikkeld vermogen bedraagt dan 300mW, duidelijk minder dan de maximale dissipatie van 700mW. Als de transistor een koelster heeft, dan is het zelfs mogelijk drie batterijen simultaan in serie te meten. Bij mijn testprotocol wordt de spanning over iedere batterij individueel gemeten.
De minimale spanning om een stroom van 100mA te bekomen is 250mV. Een batterij kan dus ontladen worden tot deze spanning (hoewel dat niet echt aan te raden is). De schakeling heeft geen automatische uitschakeling.
Ik heb snel een programmeerbare belasting ontworpen (1 tot 999mA) , gebaseerd op vorig ontwerp. Om een hoger vermogen te kunnen dissiperen gebruik ik 4 2N6660 in parallel (maar ieder met zijn eigen meetweerstand). De schakeling wordt hieronder opgenomen. Het is mogelijk 4 batterijen tegelijk te testen met een maximale stroom van 250mA, ofwel één enkele batterij met een stroom van 999mA. Belast met een dergelijke stroom gaat een alkaline batterij minder dan een half uur mee, terwijl een accu dezelfde stroom gedurende twee uur kan leveren.
De tester kan ook gebruikt worden om lithium accus te testen (maximaal 420mA). De tester heeft echter geen afschakelcircuit, waardoor enkel lithium batterijen van het "protected" type getest mogen worden.
De voeding is niet kritisch en kan geleverd worden door een 9V blok (oplaadbaar zoals het hoort). Het verbruik is minder dan 1mA, zodat de 9V batterij het meerdere dagen volhoudt, zeker lang genoeg voor een complete test. Om de belasting te onderbreken verwijder ik gewoon de voeding. De 2N6660 krijgt geen gatespanning meer en gaat uit geleiding (stroom < 10µA).
Mijn voltmeter meet spanningen tot op een tiende van een millivolt: dus geen 1.4V, maar 1.41094V (de laatste cijfer is niet significant). Ook de stroom wordt met een zeer hoge nauwkeurigheid gemeten.
Met de meter kan je zien dat de ontlading van de individuele alkaline batterijen van een blister identiek gebeurt bij de eerste ontlading. Bij de volgende ontladingen worden de verschillen veel groter en uiteindelijk is er één cel waarvan de capaciteit zo laag geworden is, dat die niet meer bruikbaar is. Als je meerdere batterijen gebruikt in je toepassing, dan is die batterij de zwakste schakel van de keten.
Testapparaat voor accus en batterijen
Gemeten met de weerstand-protocol bekomt met een capaciteit die ongeveer 10% hoger ligt dan een meting met een constante stroom.
- Er zijn nauwelijks verschillen tussen "oplaadbare" alkaline batterijen en gewone, klassieke alkaline batterijen. De verschillen zijn niet significant.
- Er zijn meer verschillen tussen opeenvolgende produktieruns van eenzelfde batterijmerk dan tussen batterijen van verschillende merken. Het is alsof alle batterijen in dezelfde fabriek gemaakt werden.
- De manier van ontladen bepaalt in grote mate de uiteindelijke batterijcapaciteit van alkaline batterijen (maar dit zou geen reden zijn om geen capaciteit te vermelden, aangezien er gestandardiseerde tests zijn).
- Oplaadbare NiMH batterijen (en lithium batterijen) bezitten eenzelfde bruikbare capaciteit ongeacht de ontlaadstroom.
De eerste foto is met het fototoestel van een Samsung Galaxy tab S2 genomen, terwijl de tweede foto met een Canon 5D Mk III met Sigma 24-105 is genomen.
Als er veel licht is, levert het fototoestel van een smartphone goede beelden, maar het is een groothoeklens. De scherptediepte is zodanig groot dat je gemakkelijk kleine componenten volledig scherp kan krijgen.
Tester ZB2L3
De testen werden opnieuw uitgevoerd met een coulombmeter ZB2L3, je kan die gemakkelijk op ebay vinden. Eenmaal gecalibreerd (met een spanning van 10V en een stroom van 2A zijn de metingen zeer nauwkeurig).
De tester heeft een externe belastingsweerstand nodig (je kan ook de ontlader met constante stroom gebruiken) en kan alle soorten batterijen testen: individuele cellen en packs, oplaadbare en niet oplaadbare batterijen,... De spanning mag gaan van 1 tot 15V. De stroom wordt door de belastingsweerstand bepaald en mag de 3A niet overschrijden.
De ZB2L3 tester onderbreekt de ontlading bij het bereiken van de minimale spanning (instelbaar). De tester heeft ingebouwde waarden, afhankelijk van de beginspanning, bijvoorbeeld 10.5V voor een 12V batterij, maar deze niveaus kunnen manueel gewijzigd worden voor de belasting aangelegd wordt.
De voeding gebeurt door een USB aansluiting (enkel voeding, geen communicatie met een computer). Het weergeven van de ontladingscurve op de computer, dat zal waarschijnlijk voor versio 2.0 zijn!