Změřili jste nový článek 18650 na modelářské nabíječce a vyšlo vám o několik set mAh méně, než udává výrobce? Většinou za to nemůže článek, ale podmínky měření. Kapacita v datasheetu (technickém listu výrobce) platí jen pro přesně popsaný postup a běžná modelářská nabíječka ho v základním nastavení nedodrží. Vysvětlíme, kde rozdíl vzniká a jak měřit tak, aby se výsledek dal s datasheetem porovnat.
Kapacita platí jen za podmínek, které určil výrobce
Výrobce neudává kapacitu „obecně“. V datasheetu vždy popisuje, jak článek nabil, jakým proudem ho vybíjel, při jakém napětí vybíjení ukončil a při jaké teplotě. Samsung například u typu INR18650-25R garantuje nejméně 2500mAh, ale jen tehdy, když článek nabijete metodou CC/CV a do hodiny ho vybijete proudem 0,5A až na 2,5V při pokojové teplotě. CC/CV znamená, že se nejdřív nabíjí konstantním proudem a po dosažení 4,20V konstantním napětím, dokud proud neklesne na předepsanou hodnotu.
Proud se často uvádí jako násobek kapacity C: 0,2C u článku 2500mAh znamená 500mA. Změňte jedinou podmínku a vyjde jiné číslo. Výrobce navíc uvádí minimální (garantovanou) a někdy i typickou kapacitu. Článek je v pořádku, když minima dosáhne.
| Článek | Nabíjení CC/CV na 4,20V | Konec nabíjení při | Vybíjecí proud | Koncové napětí | Min. kapacita |
|---|---|---|---|---|---|
| Samsung INR18650-25R | 1,25A | 125mA | 0,5A | 2,5V | 2500mAh |
| Samsung INR18650-35E | 1,7A | 68mA | 0,68A | 2,65V | 3350mAh |
| LG INR18650-MJ1 | 0,5C (asi 1,7A) | 50mA | 0,2C (asi 0,68A) | 2,5V | 3350–3400mAh (podle revize) |
| DMEGC INR18650-26E | 0,5C (asi 1,3A) | 0,05C (asi 130mA) | 0,2C (asi 0,52A) | 2,75V | 2500mAh |
| EVE INR18650/30P | 1,5A | 100mA | 0,6A | 2,50V | 2900mAh |
| EVE INR21700/50E | 1A | 100mA | 1A | 2,50V | 4900mAh |
Hodnoty pocházejí z datasheetů výrobců a platí pro pokojovou teplotu 23–25 °C. Všimněte si koncového napětí: nejčastěji je to 2,5V, ale Samsung 35E se měří do 2,65V a DMEGC 26E do 2,75V. Měřte vždy do hodnoty, kterou výrobce uvádí pro konkrétní typ, jinak výsledky nejde porovnat. Jak se v technickém listu vyznat, popisujeme v článku Jak číst datasheet Li-ion článku.
Proč modelářská nabíječka ukáže méně
Modelářské nabíječky typu iMAX B6 jsou určené hlavně pro akumulátory modelů. Kapacitu změřit umějí, ale jen v pevně daných napěťových hranicích. Čísla níže jsou z návodu výrobce SkyRC k verzím B6 V2 a B6AC V2, levné kopie se mohou lišit.
Profil „LiIon“ nabíjí jen do 4,10V
Názvy profilů LiPo, LiIon a LiFe zní jako druhy chemie, prakticky ale nastavují hlavně napěťové hranice. Profil LiIon nabíjí do 4,10V na článek, profil LiPo do 4,20V. Články INR18650 a INR21700 z tabulky výše mají v datasheetu nabíjecí napětí 4,20V. Když je nabijete v profilu LiIon, zůstanou nedobité a nabíječka pak změří jen tu část kapacity, kterou do nich dostala. Kolik to je, závisí na typu článku. Orientační tabulka Battery University (Cadex Electronics) uvádí při nabití na 4,13V asi 90 % a na 4,06V asi 81 % kapacity oproti nabití na 4,20V. Při 4,10V tedy chybí zhruba 10–15 %.
Novější verze B6 V2 a B6AC V2 dovolují v profilu LiIon zvýšit koncové napětí funkcí TVC až na 4,20V. Výrobce ji ale označuje jako nastavení pro zkušené uživatele. Jednodušší je použít profil LiPo, který končí právě na 4,20V. Profil LiHV (4,35V) na běžné Li-ion články nikdy nepoužívejte, článek by se přebil.
Vybíjení skončí už kolem 3V
Koncové napětí vybíjení jde nastavit jen v rozsahu 2,9–3,2V na článek v profilu LiIon a 3,0–3,3V v profilu LiPo. Níž než na 2,9V, resp. 3,0V tedy nabíječka článek nevybije. Datasheet přitom počítá kapacitu až do 2,5V, případně do 2,65V nebo 2,75V. Co článek vydá pod hranicí nabíječky, se do výsledku nezapočítá. Při malém proudu je to menší část, protože napětí na konci vybíjení padá strmě. Při velkém proudu napětí pod zátěží klesne k hranici dřív a nezapočtená část roste.
Přechodový odpor kabelů a kontaktů
Mezi elektronikou nabíječky a článkem jsou kabely, krokosvorky, pružiny držáku a jejich kontakty. Každý spoj má nějaký odpor a při průchodu proudu na něm vzniká úbytek napětí. Při přechodovém odporu 40mΩ a proudu 1,5A je to 0,06V (U = R × I). Při nabíjení proto nabíječka „vidí“ vyšší napětí, než článek skutečně má, přepne do fáze konstantního napětí dřív a nabíjení ukončí předčasně. Při vybíjení je to naopak: na svorkách naměří nižší napětí a skončí, i když v článku ještě energie zbývá. I SkyRC v návodu upozorňuje, že nabíječka odpor kabelů a konektorů nerozliší, a proto musí mít přívody dostatečný průřez a kvalitní konektory.
Omezený vybíjecí výkon a hobby přesnost
Vybíjecí proud jde u verze V2 nastavit v rozsahu 0,1–2,0A (původní iMAX B6 0,1–1,0A), výkon vybíjení je ale omezen na 5W. U jednoho článku to odpovídá proudu nejvýš zhruba 1,2–1,4A. Pro měření proudem 0,2C to obvykle stačí. Údaj v mAh si nabíječka počítá sama z proudu a času s hobby přesností. EVE přitom pro zkoušky svých článků předepisuje ampérmetr a voltmetr s přesností 0,5mA a 0,5mV.
| Parametr | Datasheet článku | Modelářská nabíječka, profil LiIon | Vliv na naměřenou kapacitu |
|---|---|---|---|
| Nabíjecí napětí | 4,20V | 4,10V (profil LiPo 4,20V) | orientačně o 10–15 % méně |
| Koncové napětí vybíjení | 2,5V (35E 2,65V, 26E 2,75V) | nejníže 2,9V (profil LiPo 3,0V) | zbytek pod hranicí se nezapočte |
| Místo měření napětí | póly článku | výstupní svorky nabíječky | dřívější konec nabíjení i vybíjení |
| Teplota | 23–25 °C | podle místnosti | v chladu méně |
| Přesnost měřidel | 0,5mA a 0,5mV (EVE) | hobby přístroj | větší rozptyl výsledků |
Odchylky se sčítají. Když modelářská nabíječka ukáže o víc než desetinu méně, než slibuje výrobce, nejde proto ještě o důkaz vady.
Proud a teplota mění výsledek také
Čím větším proudem článek vybíjíte, tím méně kapacity vydá. Samsung u typu 35E garantuje 3350mAh při 0,2C, ale při 1C (3,4A) už jen 3250mAh. EVE u typu 50E uvádí, že při vybíjení proudem 3C (15A) dodá aspoň 90 % kapacity naměřené při 0,2C. Kapacitu proto měřte proudem, který předepisuje datasheet, nejčastěji 0,2C. Takové vybíjení trvá zhruba 5 hodin.
Ještě víc ovlivní výsledek teplota. Samsung 25R při vybíjení proudem 10A dodá při 0 °C asi 80 % a při −20 °C asi 60 % kapacity, kterou má při 25 °C. U Samsungu 35E je to při −10 °C a proudu 1C jen 40 %. Měření v nevytápěné dílně nebo v garáži proto vyjde hůř. Výrobci při zkouškách nechávají článek po změně teploty několik hodin vytemperovat (Samsung 3 hodiny, EVE 3 až 4 hodiny).
Jak kapacitu změřit správně: postup krok za krokem
- Zjistěte podmínky z datasheetu. Potřebujete nabíjecí napětí a proud, ukončovací proud, vybíjecí proud a koncové napětí konkrétního typu.
- Zkontrolujte článek. Obal nesmí být poškozený. Změřte napětí. Pokud je nižší než koncové napětí z datasheetu, článek nenabíjejte a ozvěte se nám. Proč je to riskantní, vysvětlujeme v článku Hluboce vybitý Li-ion článek.
- Nechte článek vytemperovat. Několik hodin v místnosti s teplotou kolem 23–25 °C.
- Nabijte metodou CC/CV na 4,20V. Proudem podle datasheetu (obvykle 0,5C) a s ukončením při předepsaném proudu, u článků z tabulky 50–130mA. Pozor na výjimky: u EVE 50E platí 4,20V jen pro standardní nabíjení proudem 1A, při rychlejším nabíjení výrobce předepisuje nižší napětí (4,15V při 2,5A, 4,10V při 5A).
- Dejte článku krátký odpočinek. Samsung i LG měří kapacitu do jedné hodiny po nabití.
- Vybijte článek konstantním proudem do koncového napětí z datasheetu. K tomu potřebujete elektronickou zátěž (přístroj, který odebírá nastavený konstantní proud) nebo analyzátor článků, u kterého jde nastavit vybíjecí proud i koncové napětí, například 2,50V. Níž, než dovoluje výrobce, článek nikdy nevybíjejte.
- Odečtěte kapacitu z vybíjení, ne z nabíjení. Nový článek se dodává částečně nabitý (Samsung 25R asi na 50 %, Samsung 35E asi na 30 %), takže mAh z prvního nabíjení o kapacitě nic neříkají.
- Měřte víc kusů. Chyba postupu se projeví u všech stejně měřených článků, odchylka jednoho kusu jen u něj. Výsledky porovnávejte s minimální kapacitou z datasheetu, ne s typickou hodnotou.
Připojení článku: držák a čtyřvodičové měření
Nejpřesnější je čtyřvodičové, takzvané Kelvinovo zapojení. Proud teče jedním párem vodičů a napětí se měří druhým párem, připojeným přímo na póly článku. Měřicími vodiči teče jen nepatrný proud, takže na nich nevzniká úbytek a přístroj vidí skutečné napětí článku.
Když váš přístroj čtyřvodičové měření nemá, pomůže:
- pevný držák s masivními kontakty místo tenkých pružin a drátků,
- krátké kabely s dostatečným průřezem,
- čisté, neoxidované kontakty článku i držáku,
- menší proud, protože menší proud znamená i menší úbytek na kontaktech.
Na článek nic nepájejte. Samsung, LG i EVE pájení přímo na článek ve svých specifikacích zakazují, protože teplo může poškodit separátor a izolaci uvnitř článku.
Vnitřní odpor jako doplňková kontrola
Mnoho modelářských nabíječek umí změřit i vnitřní odpor. Hodnotu ale nesrovnávejte přímo s datasheetem. Výrobci uvádějí střídavou impedanci měřenou při 1kHz (Samsung 25R nejvýš 18mΩ, LG MJ1 nejvýš 40mΩ), kdežto nabíječka měří jinou metodou a započítá i kontakty a kabely. Že každá metoda dává jiné číslo, ukazuje třeba specifikace LG INR21700-M50LT: střídavá impedance 15 ± 6mΩ, stejnosměrná 23 ± 6mΩ.
Užitečné je srovnání kusů změřených stejným způsobem. Rovnoměrné hodnoty u všech článků jsou dobré znamení, kus, který se výrazně liší, si zaslouží pozornost. Víc najdete v článku Vnitřní odpor Li-ion článku.
Kapacita nesedí: co dělat
Než začnete podezírat článek, projděte si měření:
- Jaký přístroj a profil jste použili? Profil LiIon na nabíječce typu iMAX B6 končí na 4,10V.
- Jaké napětí má článek po nabití, změřené multimetrem přímo na pólech? Mělo by být blízko 4,20V.
- Na jakém napětí vybíjení skončilo a jakým proudem probíhalo?
- Při jaké teplotě jste měřili a jak byl článek připojený?
Na plášti článku LG INR18650MJ1 je vytištěno 3,40Ah, což odpovídá minimální kapacitě podle specifikace výrobce. S ní, ne s typickými 3500mAh, výsledek porovnávejte.
Pokud článek ani při měření podle datasheetu nedosáhne minimální kapacity, napište nám na obchod@baterie-roznov.cz nebo zavolejte na +420 735 346 075. Uveďte číslo objednávky, typ článku, přístroj a jeho nastavení (nabíjecí napětí a proud, ukončovací proud, vybíjecí proud a koncové napětí), teplotu, způsob připojení a výsledky všech kusů, ideálně s fotkou displeje. Projdeme s vámi postup měření i výsledky a domluvíme se na dalším kroku.
Shrnutí
- Kapacita z datasheetu platí jen pro předepsaný postup: CC/CV na 4,20V, vybíjení obvykle 0,2C do koncového napětí výrobce, 23–25 °C.
- Modelářská nabíječka v profilu LiIon nabije jen na 4,10V a vybije nejníže na 2,9V, proto ukáže méně.
- Přechodový odpor kontaktů zkracuje nabíjení i vybíjení. Pomůže čtyřvodičové zapojení nebo kvalitní držák.
- Vyšší vybíjecí proud a nižší teplota naměřenou kapacitu snižují.
- Výsledek porovnávejte s minimální kapacitou a měřte víc kusů.
Články z tohoto textu najdete v kategoriích Li-ion baterie 18650 a Li-ion baterie 21700. S výběrem i s vyhodnocením měření poradíme na obchod@baterie-roznov.cz nebo na tel. +420 735 346 075.