คู่มือสำหรับเครื่องวัดความจุแบตเตอรี่

เนื่องจากเป็นอุปกรณ์เสริมที่ขาดไม่ได้ในชีวิตสมัยใหม่ แบตเตอรี่ต่างๆ เช่น แบตเตอรี่รถจักรยานไฟฟ้าและแบตเตอรี่มอเตอร์ไซค์จึงถูกนำมาใช้กับแบตเตอรี่ลิเธียม ความจุของแบตเตอรี่ส่งผลโดยตรงต่ออายุการใช้งานและประสิทธิภาพของแบตเตอรี่

อย่างไรก็ตาม ในชีวิตประจำวัน เป็นการยากที่จะตัดสินโดยสัญชาตญาณว่าความจุของแบตเตอรี่นั้นแม่นยำหรือไม่ และยังมีแบตเตอรี่ปลอมและคุณภาพต่ำในท้องตลาด ซึ่งนำอันตรายด้านความปลอดภัยอย่างมากมาสู่ผู้ใช้ ดังนั้นจึงเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งที่จะต้องทดสอบความจุแบตเตอรี่อย่างถูกต้อง เครื่องมือที่ต้องหารใช้ก็คือเครื่องวัดความจุแบตเตอรี่

บทความนี้จะแนะนำเครื่องวัดความจุแบตเตอรี่ ประโยชน์ของการใช้เครื่องวัดความจุแบตเตอรี่ โซลูชันการตรวจสอบความจุของแบตเตอรี่ 3 ประเภท และวิธีการวัดความจุของแบตเตอรี่

เครื่องวัดความจุแบตเตอรี่คืออะไร

เครื่องวัดความจุแบตเตอรี่เป็นผลิตภัณฑ์ไฮเทคอัจฉริยะที่มีคุณสมบัติครบถ้วน ใช้เทคโนโลยีไมโครโปรเซสเซอร์แบบฝังขั้นสูงและใช้จอแสดงผลคริสตัลเหลว LCD การตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ กระแสคายประจุ เวลาคายประจุ ความสามารถในการคายประจุ และพารามิเตอร์อื่น ๆ แบบเรียลไทม์ในระหว่างกระบวนการคายประจุ

เหมาะสำหรับการเปิดใช้งานการคายประจุของแบตเตอรี่ต่างๆ การคายประจุเริ่มต้นของแบตเตอรี่ และการคายประจุการบำรุงรักษาของแบตเตอรี่ ขณะเดียวกัน ยังสามารถทดสอบประสิทธิภาพการจัดเก็บและความสามารถในการรับน้ำหนักของแบตเตอรี่ได้อีกด้วย มันมีข้อดีของการใช้งานง่ายและการจำหน่ายอย่างปลอดภัย

ประโยชน์ของการใช้เครื่องวัดความจุแบตเตอรี่

• ทำความเข้าใจสถานะของเซลล์แบตเตอรี่แต่ละเซลล์เพื่อลดต้นทุนการบำรุงรักษาอุปกรณ์ ในระบบไฟฟ้าสำรอง แบตเตอรี่มักจะทำงานแบบอนุกรม และสถานะของเซลล์แบตเตอรี่ที่แย่ที่สุดจะเป็นตัวกำหนดสถานะของระบบ โดยปกติเมื่อระบบไฟฟ้าสำรองไม่สามารถตอบสนองความต้องการได้ แบตเตอรี่จะถูกเปลี่ยนใหม่ทั้งหมด ทำให้เกิดการสูญเสียโดยไม่จำเป็น ดังนั้นการตรวจจับสถานะของเซลล์แบตเตอรี่อย่างแม่นยำและการบำรุงรักษาและการเปลี่ยนตามเป้าหมายไม่เพียงแต่ทำให้ระบบไฟฟ้าสำรองทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือ แต่ยังช่วยประหยัดค่าบำรุงรักษาอุปกรณ์ได้อย่างมากอีกด้วย
• การใช้เครื่องวัดความจุแบตเตอรี่สามารถทดสอบแบตเตอรี่ที่มีจำหน่ายในตลาดได้อย่างง่ายดายซึ่งสะดวกต่อการตัดสินใจซื้อ มีผู้จัดจำหน่ายและผู้ผลิตแบตเตอรี่จำนวนมากในตลาด ราคาและคุณภาพของผลิตภัณฑ์แตกต่างกันไป เป็นการยากที่จะระบุได้หากไม่มีเครื่องทดสอบความจุของแบตเตอรี่ที่มีประสิทธิภาพดีเยี่ยม ดังนั้นการใช้เครื่องวัดความจุแบตเตอรี่จึงสามารถช่วยในการระบุคุณภาพของแบตเตอรี่ต่างๆ ได้

โซลูชัน 3 ประเภทของการตรวจสอบความจุแบตเตอรี่

ผลิตภัณฑ์ IOT เช่น กำไลอัจฉริยะ แปรงสีฟันไฟฟ้า ระบบล็อคประตูอัจฉริยะ ฯลฯ อุปกรณ์อเนกประสงค์เหล่านี้ต้องใช้แบตเตอรี่เพื่อให้มีกำลังไฟมากขึ้นและมีอายุการใช้งานยาวนานขึ้น

นักออกแบบระบบอิเล็กทรอนิกส์มักจะมุ่งเน้นไปที่การปรับปรุงประสิทธิภาพการแปลงพลังงาน การกำหนดค่าโหมดสลีปของชิป และการเพิ่มความจุของแบตเตอรี่ อย่างไรก็ตาม ปัญหาการตรวจจับเกี่ยวกับความแม่นยำของการตรวจจับพลังงานแบตเตอรี่นั้นถูกมองข้ามไปได้ง่าย ต่อไปนี้เป็นโซลูชันการตรวจสอบความจุของแบตเตอรี่ 3 รายการ:

การวัดคูลอมบ์มิเตอร์

หลักการพื้นฐานของการนับคูลอมบ์คือการรวมกระแสที่ไหลเข้าและออกจากแบตเตอรี่ ในการใช้งานจริง โดยปกติแล้ว IC เฉพาะจะใช้สำหรับการตรวจจับและสถิติ สำหรับแบตเตอรี่แบบชาร์จได้วิธีนี้ได้ผลดีมาก แต่สำหรับแบตเตอรี่แบบชาร์จไม่ได้ เช่น แบตเตอรี่แบบกระดุมในเซ็นเซอร์ประตูและหน้าต่างอัจฉริยะ ผู้ออกแบบไม่มีทางรู้ได้เลยว่าผู้ใช้ใช้แบตเตอรี่ยี่ห้อใดจึงไม่มีใครแม่นยำ แบตเตอรี่ สำหรับข้อมูลความจุเริ่มต้น ไม่มีสิ่งที่เรียกว่ากระแสไฟชาร์จ เนื่องจากแบตเตอรี่แบบใช้แล้วทิ้งจะถูกทิ้งเมื่อใช้จนหมด

ตัวนับคูลอมบ์สามารถอัปเดตความจุของแบตเตอรี่ได้โดยการคายประจุจนเต็มทันทีหลังจากชาร์จเต็มแล้วเท่านั้น ข้อเสียเปรียบนี้ชัดเจนมากในผลิตภัณฑ์ IOT แบบพกพา

นอกจากนี้ การใช้พลังงานของตัวนับคูลอมบ์นั้นไม่สามารถละเลยได้เมื่อทำงาน ยกตัวอย่างชิปตัวนับคูลอมบ์ BQ76920 ของ TI เมื่อเปิดโหมดการรับ ADC การใช้พลังงานสามารถเข้าถึง 130uA สำหรับผลิตภัณฑ์ IOT แบบพกพา การใช้พลังงานนี้อาจจะเกินการใช้พลังงานของตัวเองไปมาก

การตรวจจับแรงดันแบตเตอรี่

ตรวจจับแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ และกำหนดระดับพลังงานที่เท่ากันผ่านข้อมูลแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ การออกแบบนี้มักจะใช้ตัวติดตามแรงดันไฟฟ้าสำหรับการจับคู่อิมพีแดนซ์ และผู้ออกแบบสามารถปรับตัวต้านทานการรับรู้ไปที่ระดับ M เพื่อลดการสูญเสียพลังงานของแบตเตอรี่

การออกแบบนี้ค่อนข้างใช้งานง่าย แต่เนื่องจากความต้านทานภายในของแบตเตอรี่ แรงดันไฟฟ้าที่ตรวจพบจึงมีความสัมพันธ์อย่างมากกับพลังงานแบตเตอรี่เฉพาะเมื่อแบตเตอรี่ไม่ได้ถูกสูบด้วยกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่เท่านั้น เมื่อแบตเตอรี่มีอายุมากขึ้นและสภาพแวดล้อมการทำงานอยู่ในสถานะอุณหภูมิต่ำ ข้อผิดพลาดด้านพลังงานที่ตรวจพบจะยิ่งมากขึ้นไปอีก

มาตรวิทยาติดตามความต้านทาน

แบบจำลองวงจรสถานะคงตัวของแบตเตอรี่สามารถทำให้ง่ายขึ้นในฐานะแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าและความต้านทาน แหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าเทียบเท่ากับแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดของแบตเตอรี่ และความต้านทานเทียบเท่ากับความต้านทานภายในของแบตเตอรี่ ในกรณีของการปั๊มกระแสสูง ความต้านทานภายในจะแบ่งแรงดันตกคร่อมบางส่วน ตัวอย่างเช่น แบตเตอรี่แห้งที่ใช้งานเป็นเวลาหนึ่งปีอาจมีความต้านทานภายใน 0.5Ωที่อุณหภูมิต่ำ 0°C

สมมติว่าค่าแรงดันไฟฟ้าที่ได้รับจากการใช้รูปแบบ “การตรวจจับแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่” ก่อนหน้านี้คือ 1.2V แรงดันไฟฟ้าก็เพียงพอที่จะขับเคลื่อนมอเตอร์ที่ใช้พลังงาน 1V จากมุมมองแรงดันไฟฟ้าล้วนๆ แต่ในความเป็นจริงแล้วหากกระแสสตาร์ทของมอเตอร์ ตอนนี้เป็น 1A แล้วตอนสตาร์ทถ้ากระแสไหลผ่านความต้านทานภายในจะทำให้เกิดแรงดันตกคร่อม 0.5V

ดังนั้นแรงดันเอาต์พุตของแบตเตอรี่คือ 1.2-0.5=0.7V และแรงดันไฟฟ้า 0.7V ไม่สามารถขับเคลื่อนมอเตอร์ได้นั่นคือแม้ว่าแรงดันแบตเตอรี่จะเป็น 1.2V แต่ก็ยังไม่สามารถขับเคลื่อนมอเตอร์ภายใต้ลักษณะของภายใน ความต้านทาน 0.5Ω มอเตอร์ 1V

ในความเป็นจริงเมื่อแบตเตอรี่หมดด้วยกระแสคงที่จะเห็นได้ว่าเส้นโค้งการคายประจุของแบตเตอรี่จะค่อนข้างแบนในกระบวนการกลางและอัตราการลดลงของพลังงานไฟฟ้าจะถูกเร่งอย่างมากเมื่อปิดแบตเตอรี่ ให้เต็มกำลังและกำลังต่ำซึ่งสัมพันธ์กับลักษณะของปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้า ในทำนองเดียวกัน ความต้านทานภายในของแบตเตอรี่ไม่คงที่ และค่านี้สามารถป้อนกลับประสิทธิภาพการคายประจุแบบไดนามิกของแบตเตอรี่

สำหรับการทดสอบความต้านทานนั้น มีการแนะนำวิธีการ: ขั้นแรก แรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ Ua จะถูกตรวจพบเมื่อแบตเตอรี่อยู่ในเอาต์พุตกระแสต่ำ จากนั้นแบตเตอรี่จะถูกปั๊มด้วยกระแส I ขนาดใหญ่ (ในกระบวนการใช้งานจริง เพื่อหลีกเลี่ยงที่ไม่จำเป็น แนะนำให้รวมผลิตภัณฑ์โดยสิ้นเปลืองพลังงาน โดยตรวจพบการกระทำกระแสสูง) และในขณะที่การดึงกระแสสูงสิ้นสุดลง ตรวจพบแรงดันไฟฟ้า Ub ของแบตเตอรี่ และความต้านทานภายในของแบตเตอรี่คือ r=( Ua – Ub )/I

วัดแรงดันแบตเตอรี่และความต้านทานภายใน พิจารณาสภาวะคงที่และไดนามิก จากนั้นเพิ่มพารามิเตอร์ เช่น ความเร็วการคายประจุ อุณหภูมิในการทำงาน ระดับการเสื่อมสภาพ คุณลักษณะการคายประจุเอง ฯลฯ จากนั้นจึงเป็นแบบจำลองที่มีความสัมพันธ์เชิงฟังก์ชันระหว่างการคำนวณของแบตเตอรี่ กำลังไฟฟ้าและพารามิเตอร์เหล่านี้สามารถสร้างขึ้นได้ ซึ่งก็คือ: มาตรวิทยาติดตามความต้านทาน

วิธีวัดความจุของแบตเตอรี่

วิธีการมัลติมิเตอร์

มัลติมิเตอร์เป็นเครื่องมือทดสอบอิเล็กทรอนิกส์ทั่วไปที่สามารถวัดค่าแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ได้โดยการเชื่อมต่อขั้วไฟฟ้าเข้ากับขั้วของแบตเตอรี่ โดยทั่วไป แรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ลิเธียมคือ 3.7V ในขณะที่แรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ NiMH คือ 1.2V ดังนั้นก่อนการทดสอบสามารถวางแบตเตอรี่ไว้ที่อุณหภูมิห้องเป็นเวลา 10 นาที หากผลการทดสอบใกล้เคียงกับแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดแสดงว่าความจุของแบตเตอรี่เป็นปกติ

วิธีทดสอบโหลดแบตเตอรี่

วิธีการทดสอบนี้ต้องใช้เครื่องมือพิเศษที่เรียกว่าตัวโหลดแบตเตอรี่โดยการเชื่อมต่อขั้วของแบตเตอรี่เข้ากับตัวโหลดทำให้สามารถจำลองสภาพโหลดของแบตเตอรี่ในการใช้งานจริงได้ เมื่อทำการทดสอบ ให้ชาร์จแบตเตอรี่ให้เต็มและทำงานภายใต้โหลดจริงจนกว่าแบตเตอรี่จะหมด และบันทึกเวลาการใช้งาน ความจุที่แท้จริงของแบตเตอรี่สามารถคำนวณได้จากอัตราส่วนของเวลาต่อความจุที่ระบุ

วิธีการวัดความต้านทานภายในแบตเตอรี่

ความต้านทานภายในของแบตเตอรี่สะท้อนถึงความสามารถในการถ่ายโอนกระแสระหว่างแบตเตอรี่และวงจรภายนอก ดังนั้นจึงเป็นวิธีการกำหนดความจุของแบตเตอรี่ด้วย โดยทั่วไป แบตเตอรี่ที่มีความต้านทานภายในน้อยกว่าจะมีแรงดันเอาต์พุตที่เสถียรและมีความจุมากกว่า เมื่อทำการทดสอบ จำเป็นต้องเลือกมิเตอร์วัดความต้านทานภายในที่สอดคล้องกับประเภทของแบตเตอรี่ เชื่อมต่อขั้วแบตเตอรี่เข้ากับเครื่องมือวัด และทำการทดสอบในสถานะที่มั่นคง

ไม่ว่าจะใช้วิธีใดในการทดสอบความจุของแบตเตอรี่ จำเป็นต้องสังเกตประเด็นต่อไปนี้:

• ประการแรก จำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าเครื่องมือและอุปกรณ์ที่ใช้ในการทดสอบมีประสิทธิภาพที่แม่นยำและเชื่อถือได้
• แบตเตอรี่ที่ชาร์จเต็มแล้วจะต้องยืนที่อุณหภูมิห้องเป็นเวลา 10 นาทีก่อนการทดสอบเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุด
• เพื่อลดข้อผิดพลาดในการทดสอบระหว่างการทดสอบ จำเป็นต้องทำการทดสอบหลายครั้งเพื่อให้ได้ค่าเฉลี่ย เพื่อให้สามารถประเมินความจุของแบตเตอรี่ได้แม่นยำยิ่งขึ้น

ในชีวิตสมัยใหม่มีอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หลายประเภทและแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนก็ใช้กันอย่างแพร่หลายในชีวิต เพื่อให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพที่มั่นคงและอายุการใช้งานปกติของแบตเตอรี่จึงจำเป็นต้องทดสอบความจุของแบตเตอรี่

วิธีทดสอบหลักสามวิธีระบุไว้ข้างต้น แต่ในการใช้งานจริง ควรเลือกวิธีทดสอบและเครื่องวัดความจุแบตเตอรี่ที่เหมาะสมที่สุดตามสถานการณ์ที่แตกต่างกัน และควรมั่นใจในความแม่นยำและความเสถียรของผลการทดสอบ นอกจากการใช้เครื่องทดสอบความจุของแบตเตอรี่แล้ว คุณยังสามารถใช้เครื่องทดสอบแบตเตอรี่เพื่อตรวจสอบข้อมูลแบตเตอรี่ด้วยวิธีนี้เท่านั้นที่เราจะสามารถใช้ประโยชน์และปกป้องทรัพยากรแบตเตอรี่ได้อย่างเต็มที่ และปล่อยให้แบตเตอรี่มีบทบาทสำคัญมากขึ้นในชีวิตของเรา