Есть задача сделать экспресс тестер аккумуляторов для проверки серийной партии аккумуляторов на предмет оценки их емкости . Время проверки не должно превышать 1 мин, точность порядка 20-30% устроит. Какие есть идеи на каком принципе можно реализовать такой тестер?
Медленно снять разрядную характеристику одного аккумулятора из партии имеется.

Спасибо.

Скорее всего, нагрузить приличным током (1С) и замерять точно напряжения при старте и через 1 мин.
Динамика падения напряжения многое расскажет.

Неправильно. Нет там такой динамики за это время.
Я занимался этим вопросом и делал зарядно-разрядное устройство, для этих целей. И измерял емкость с точностью до 2%. Для различных производителей и различных типов Li-xx. За такое короткое время невозможно дать заключение, по причине технологии их пр-ва и хим процессов в этих аккум-ах.

А какой выход?

Как и положено, получать, делать зарядку-разрядку по ту. Можно ограничиться тремя циклами, усреднить затем. Реальную ёмкость измерять оч желательно. Распараллелить процесс для требуемого кол-ва. Если 1000mA/h (1C) то 5...6 часов дадут результат.

мне не нужна большая точность, нужна быстрая оценка.

Вот и мы озадачились раньше эти вопросом. Реально никак, или делайте показометр - плюс потолок, минус пол. Акумы приходят от 30 до 60 % заряжённые, также есть разряженные (те у которых схема защиты). Зарядить полюбому нужно. Но на горизонтпальном участке характеристики, разброс от 10 до 90%. То есть, получите точность не более ~ 80% при измерении. Это только все те в партии, которые заряжены более чем 30%.
Если это устроит то вперёд.

А при чем тут заряжен- не заряжен? Человеку не степень заряженности, ему емкость нужно определить.
Разрядная кривая от первоначального заряда не зависит, это некая константа для данной электрохимической системы. На ней всегда есть характерный участок для заданных стартовых условий.

Я предполагал делать так. Взять один аккум из партии, зарядить его и разряжать импульсно током 1С по минуте с перерывами минуту- две-три для отдыха аккума.
Ну и, соответственно, смотреть как падает напряжение при каждом импульсе разряда. И как бы создать типа паспорта разряда из котрого будет понятно напряжение на аккуме на всей кривой разряда и падение напряжения за минуту разряда

Соответственно при тесте других аккумуляторов сначала смотрим насколько они заряжены (по напряжению) и смотрим падение напряжения за 1 мин разряда, сравнивая с паспортом. Ну и надеемся, что это падение пропорционально емкости.

Может емкость еще как-то связана с внутренним сопротивлением аккума.

Большой разброс по этим кривым получается, даже из одной партии. Еще пишут для постоянного разряда и импульсного разряда емкость, для импульсного конечно она больше. Но реальная емкость должна быть измерена на постоянном разряде.
Вот тут у тексаса кое-что интересное есть: http://www.ti.com/product/bq27421-g1

Не, что-то непонятно тут.
Ссылка дает реализацию устройства на микросхеме и обеспечивает она It can be interrogated by a system processor to
provide cell information, such as state-of-charge (SOC). Состояние заряда, степень заряженности.
А нам нужно емкость батареи измерять. При практически любом заряде. Это принципиально другая задача.
Почему нельзя использовать теоретическую разрядную кривую - непонятно. Могут быть разговоры о достижимой точности, погрешностях, но не о принципе же?

А не лучше ли найти поставщика качественных аккумуляторов и ограничиться выборочным контролем?
Задача в том виде, как ее сформулировали, решения не имеет.

Почему-то сто лет назад имела решение, а тут вдруг оно потерялось.
Разрядная кривая жестко и точно связана с электрохимической системой. Мне кажется, данные ее анализа вполне применимы для быстрой оценки емкости.

Я конечно не специалист по аккумуляторам. Но большую ёмкость можно измерять методом описаным в статье.
"Double Layer Capacitors: Automotive Applications and Modeling (55675881.pdf) David Allen New".
Я проверял эту методику на элекондовских ионисторах на ПЭВМ+БП+осцил+нагрузочный резистор. Всё нормально. Можно сказать: очень хорошо видно основные проблеммы ионистора и его характеристики.

К сожалению, аккумулятор к конденсатору в модели приравнять нельзя.
Метод же измерения - автоколебания - достаточно интересен. Боюсь только, что с аккумулятором такое не пройдет. Нелинейность и очень большая емкость. Компаратор должен иметь специфический порог, точнее, какой-то адаптируемый порог. Ведь аккумулятор нельзя начать заряжать с нуля или какого-то определенного значения. Нужно с "какое есть" и ловить от него приращения? Причем первый цикл автоколебаний нужно пропустить ?
Интересно, нужно ли его подзаряжать или просто дать "отдохнуть"?
Короче, идея показалась мне интересной, но ее нужно в деталях проработать. С конденсатором - да, очевидно, хороший метод.

Анер прав, нет тут никаких экспресс методов. Во всяком случае мой опыт говорит об этом, ни внутреннее сопротивление, ни кривая разряда неноминальным током ничего не даст. Отбраковку можно, не более

у LI-xx аккумов кривая разряда очень слабо зависит от емкости.
ИМХО за 1 минуту оценить емкость даже в плюс-минус два слона нереально. Можно только проверить на дохлость.

Ну еще многое зависит от емкости. Я использую и 20мА-ч и 10А-ч аккумуляторы. Для маленьких что-то подобное экспресс-анализу-показометру можно использовать. Мы их так и отбраковываем за пару минут. Для больших - используем несколько часов. Имеет ли все это смысл? Надо смотреть в каждом случае отдельно.

"слабо", "очень слабо" "слабее некуда" - не технический параметр.
Зависит достаточно линейно, за исключением двух изломов - в начале и в конце. Тремя прямыми аппроксимировать можно.
За минуту милливольт 10 на линейном участке при токе в 1С упадет, наверное. Это уже можно измерить.
Может я и ошибаюсь, но нужна какая-то количественная оценка.

Не ошибаетесь.
Для аккумуляторов ~1000mA-ч падение ~10-20мВ при нагрузке ~100mA за час. Махим выпускает ИС (Fuel Gauge) с компараторами внутри с разрешением 7.5-15мВ для измерения крутизны кривой в ее плоской части для аккумуляторов 100мА-ч - 2000 мА-ч.

Ну так это нагрузка в 0.1С.
При нагрузке в 1С напряжение формально за 60 минут упадет с 3.7 до 2.7 вольта. Т.е. на 1000мВ грубо.
В минуту это должно быть 16-17мВ. Такое напряжение относительно легко измерить и далее по наклону прямой судить о емкости.
Никто не запрещает в течение минуты и током 2С разряжать.
А зарядные кривые малым током так и вовсе не кривые. Ровнехонькая линия с наклоном, пропорциональным емкости.
Что тут неверно? Наверное, с точностью в 20% кратковременным разрядом можно емкость оценить.

Ну конечно, у нас так и делаем.

"наверное" - настолько же не технический ;-)
я согласен, что акк небольшой емкости таким способом испытать получится, но сделать универсальный показометр для любого аккума за 1 минуту -- "не верю".

Ну если все так просто - попробуйте реализовать.
Теоретикам всегда все кажется элементарным.
При разряде током, достаточным для быстрого анализа емкости, происходит разогрев аккумулятора (зависит от внутреннего сопротивления) и медленное изменение поляризации электродов.
Температурный коэффициент аккумулятора - до 10 мВ/градус.
Температуру оболочки измерять бесполезно - за одну минуту аккумулятор разогреется только внутри.
Но скорее всего, основную ошибку будет давать изменение поляризации.
Общая погрешность будет намного больше той величины, которую нужно измерить.

В основном экспериментировал с литий ионными, но, думаю не суть. Так вот большую часть своей емкости они отдают на пологом плато в районе 3.8 вольт. Там возможно и есть смысл в оценке. Нв заряженном до 4'2 эта кривая мало о чем говорит. Проще уж тогда провести полный разряд током 1—2 С (мои допускают до 50 С, но тут уже проблема с утилизацией выходящего килватта тепла =). И вопрос точности в 20% на самом деле важен, эта разница у меня как разница между хорошим и помоечным.

Да бывает что теоретики и чрезмерно усложняют. При чем тут 10 мВ/градус? Или степень заряженности ?
Измерять абсолютные напряжения не нужно, нужно получить приращение напряжения за определенное время.
Разогрев же будет у всех аккумуляторов данного типа одинаков и его влияние можно опустить.

Ну не конденсаторы, а ионисторы. Там величины ёмкости на порядок больше.
А почему модели разные? Модель одна, только параметры другие (ёмкости аккумулятора ИНОГДА чуток больше по сравнению с ионистором). Если сравнить тенденции изменения напряжения, то они повторяют друг друга на начальном этапе циклов заряда/разряда.


В компьютере начальный порог очень просто отловить.

Я делал алгоритм работы комплекса такой:
1. Ионистор заряжен до какого то напряжения. На вольтметре измерить этот порог и приравнять его к начальному значению.
2. Зарядить (или разрядить) ионстор определённым зарядом Q (зная время, и ток). На современных блоках питания это делается элементарно при переводе блок питания в режим источника тока и управляя им через ПЭВМ.
3. Далее по броску напряжения измерить контактное сопротивление. Очень важный параметр для ионистора.
4. "Быструю" ёмкость измерить на плавном спаде.
5. А "долгую" ёмкость по приращению напряжения от величины заряда. (Если такое возможно). Если не возможно, то увеличить цикл заряда и измерения до 10минут.
6. А далее закон Ома.
И ещё при измерении нужно нагружать испытуемого, чтоб измерять не ЭДС, а напряжение на выводах.
Вольтметры сегодня есть даже в блоках питания, т.е. возможно будет достаточно сделать комплекс из нагрузки и блока питания. Осцил, я использовал для измерения "быстрой" ёмкости ионистора. Думаю в этой задаче он необязателен.

Всё равно будет выигрыш или несколько часов или несколько десятков минут.

На элеконде сегодня измеряют ионистор в 10ф по классической схеме за 10...20 часов.

Не подходит, разные они как по физике так и по применению. Одно другим никак не заменить к тому же.

Ну как же. Вот например про области применения:
www.maxwell.com/ultracapacitors/

Хотя как хотите. Конечно разные: и электрохимия разная и электролит тоже разный, и области применения разные.
Я предложил идею. Возможно она и сработает. А моделей аккумуляторов, конденсаторов, ионисторов кучи. И самое сложное их параметрически синтезировать.

Дело в том, что конденсатор мы можем заряжать-разряжать от нуля. до предельного напряжения. И на всем интервале он ведет себя достаточно линейно или предсказуемо, монотонно. Аккумулятор - очень нелинейный компонент. Уподобить его просто большому конденсатору можно только в частных режимах и с большими допущениями.
Модели батареек вроде есть, достаточно корректные. А вот хорошую схему замещения аккумулятора я что-то не нашел. В аналитическом виде встречал, довольно громоздкая функция, истолковать ее схемно я сам не смог. В симуляторе приходится пользоваться то конденсатором, то конденсатором и источником напряжения, но это очень грубое замещение.

Что до Ваших рассуждений об алгоритме - да, можно принять как отправную точку. Явных противоречй я не вижу.
Мне тут понравилась идея включить аккумулятор в автоколебательный контур заряд-разряд и оценивать емкость по частоте колебаний (периоду). Если ток заряда и разряда стабилизирован, то должно вроде получиться достаточно точно.

А не подскажете как именно делаете.
Мне тоже нужно подобное устройство, и я делал по этому же принципу, но у меня ни чего не получилось.
Мной был обнаружен такой эффект, что если аккумулятор заряжен полностью, то скорость разряда у него одна, а если этот же аккумулятор был заряжен до напряжения, например 3,8В , то скорость разряда у него совсем другая. Т.е. без предварительной зарядки аккумулятора до 4,2 В у меня ничего вразумительного не получилось.