¿Cómo se calcula la corriente máxima que una batería AA puede suministrar durante un corto período de tiempo?

Question

Quiero medir la corriente máxima que una batería AA (totalmente cargada) puede suministrar durante un corto período de tiempo (digamos un segundo)

Tengo en mente hacer esto con un multímetro:

• configurar el multímetro para medir los amperios, en el valor más alto. Mi multímetro actual tiene una entrada nominal de 10A (para un máximo de 30 segundos)
• Conectar la sonda negativa al lado negativo de la batería
• Conectar la sonda positiva al lado positivo de la batería (durante uno o dos segundos)
• valor de lectura en el dispositivo

Normalmente cuando se necesita medir la corriente para una carga dada, el multímetro se conecta en serie en el circuito. Dado que aquí, prácticamente (casi) no hay carga en absoluto he decidido (según mi conocimiento) conectar el multímetro directamente a la batería.

Esto creará un cortocircuito. En teoría, la corriente debería ser increíblemente alta (porque la resistencia es casi nula), pero como la batería AA tiene resistencia interna (IR), será limitada (afortunadamente).

¿Es una buena idea? ¿O matará el dispositivo o no dará el efecto deseado para la medición?

Nota: Tengo en mente hacer esto con una batería AA solamente, hacerlo con corriente alterna por ejemplo sería (supongo) muy peligroso (cortocircuito de 220V AC) y destruiría el dispositivo inmediatamente.

por la corriente que la batería puede suministrar Me refiero a amperios, no a amperios-hora (Ah), que es una unidad diferente.

Answer 1

ADVERTENCIA: Si "intenta esto en casa", tenga en cuenta que existe una pequeña posibilidad de que se produzca un peligro significativo - véase más abajo.

Lo que usted propone es una propuesta viable y útil y potencialmente método peligroso.
Considero que es muy poco probable que te hagas daño haciendo esto, pero hay que tener en cuenta que la posibilidad existe.

Yo no haría esto con otras pilas que no fueran alcalinas o de NiMh. Tendría mucho cuidado con las pilas de tamaño superior a AA. No consideraría intentar esto con celdas LiIon o LiPo o LiFePO4 - las cuales tienen voltajes terminales más altos, tasas de descarga de alto potencial, y una tendencia conocida (excepto para LiFePO4) a "ventilar con llamas".

He utilizado el método para probar pilas alcalinas parcialmente usadas durante muchos años con buen éxito. Nunca he tenido problemas con él PERO esto no significa que todos los demás tengan tanta suerte. Comentarios al final sobre lo que puede salir mal.

Para determinar el "grado de bondad" de una pila alcalina AA de 1,5 V hago dos cosas.

• Mida el potencial de circuito abierto de la célula. Este es un método muy seguro y no dañino. Una pila alcalina sin usar que no haya agotado gran parte de su vida útil tendrá más de 1,6V de potencial, normalmente 1,65V. Este valor es superior al de las pilas más baratas de Carbono-Zinc / Le Clanche / Heavy duty y es una forma fiable de determinar tanto que una pila es realmente alcalina como que es esencialmente nueva. Una célula que da más de 1,6V no necesita ser "probada" por descarga de corriente como se describe a continuación (pero puede serlo si se desea).

• Mida la corriente de cortocircuito de la célula durante aproximadamente un segundo utilizando el rango de 10 amperios en un multímetro. La resistencia interna del medidor, las resistencias de los cables, las resistencias de la 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 lo bien que las sondas hagan contacto y de lo bien que los enchufes hagan contacto en las tomas del medidor. A pesar de estas diferencias potenciales (juego de palabras) la prueba es útil y razonablemente repetible.

Sólo información: La razón más habitual para hacer esta prueba es determinar qué pilas de un lote de pilas no se utilizan, y cuáles de las utilizadas son adecuadas para su uso en un flash de cámara de alta potencia. Los flashes en cuestión presentan una gran carga. La capacidad es probablemente de unos 100 flashes - dependiendo de la energía tomada que varía con el entorno fotográfico - un flash en una habitación grande y oscura toma una carga completa mientras que al fotografiar un sujeto de color claro a corta distancia sólo se utiliza una pequeña fracción de la energía almacenada. Cuando se utilizan repetidamente hasta el agotamiento, las baterías se calientan demasiado cuando se retiran del flash - ¡probablemente 70 grados C! La potencia media suministrada por las baterías a plena carga es probablemente de 50 a 100 vatios. Las baterías tienen que estar en buenas condiciones para suministrar esto.

La prueba de cortocircuito suele arrojar un resultado de 5 a 10 amperios para las pilas nuevas de buena calidad, con una corriente que desciende ligeramente durante el periodo de prueba de aproximadamente un segundo.

Los resultados de las células usadas varían considerablemente. Cualquier resultado en el rango de 3 a 5 amperios significa que la célula puede ser útil para un uso flash. Un resultado de unos pocos amperios significa que la pila sigue siendo útil para equipos de bajo consumo, como un reloj o una balanza electrónica. Si el resultado es inferior, es mejor descartar la pila.

Aunque la prueba anterior se utiliza para las pilas alcalinas AA, también se puede utilizar para las pilas AA NimH, con más riesgo. Una pila NimH PUEDE ser capaz de alcanzar tasas de descarga más altas cuando está completamente cargada, aunque las resistencias presentes en esta prueba normalmente limitarán la corriente a los mismos valores. Acabo de probar esto con una celda Eneloop AA de 2000 mAh completamente cargada (versión Panasonic de fabricación china). Esta alcanzó un pico de unos 7 amperios. Las pilas Eneloop son de menor capacidad que las pilas AA NimH de calidad líder en el mercado, pero tienen una vida útil mucho más larga y un mayor voltaje en los terminales a un nivel de descarga determinado. Yo esperaría que dieran resultados similares a los de las pilas AA NimH "normales" de mayor capacidad.

En algunas ocasiones he sido lo suficientemente tonto como para llevar en el bolsillo del pantalón varias pilas AA cargadas y en 3 de esas ocasiones también tuve la mala suerte de que formaran un circuito estable con varias monedas, llaves, etc. en mi bolsillo. La temperatura del bolsillo se elevó casi instantáneamente por encima del nivel de dolor y las quemaduras eran una posibilidad real. El contenido de los bolsillos tuvo que ser derramado con indecente prisa en cada ocasión. Aunque ninguna célula dio nunca ninguna indicación de daño mecánico, si una hubiera "explotado" de alguna manera bajo tal abuso, lo habría lamentado pero no me habría sorprendido.

Es poco probable que un medidor ajustado a 10A se dañe por el cortocircuito de una sola célula AA NimH durante períodos cortos. Más de una célula en serie o más grande que AA puede causar el desmembramiento de la célula o la conflagración o el desmembramiento de los internos del medidor. Algunos medidores tienen un fusible en su rango de 10A pero muchos no lo tienen (y la mayoría de los baratos que he visto no lo tienen). El uso de la sobrecorriente en el rango de 10A puede destruir el shunt de 10A y posiblemente el propio medidor unos milisegundos después.

Los cortocircuitos fuertes en las baterías PUEDEN causar disminuciones desproporcionadas de la capacidad en comparación con la energía real tomada y PUEDEN causar una degradación permanente a largo plazo en las celdas secundarias. No he notado que este sea el caso pero YMMV.

Después de poner en cortocircuito la célula Eneloop mencionada anteriormente durante un total de unos 5 segundos a 7A, se necesitaron unos 40 mAh de carga para restaurar su capacidad total. Energía de salida ~= 1V digamos x 7A x5 segundos = 35 Joules. Energía de restauración ~~= 1.4V x 40 mAh ~= 200 Joules. Esta muestra de prueba (1 elemento) es demasiado pequeña y no está controlada para permitir una buena conclusión, pero es interesante.

En el peor de los casos, parece probable que bajo un cortocircuito completo una célula pueda disipar alrededor de 10 vatios internamente, y normalmente menos que eso. Mis pruebas informales de bolsillo de las pilas NimH bajo una alta descarga durante probablemente 10-20s indican que toleran esto sin autodesmantelarse (al menos para la pequeña muestra que he experimentado), y mi uso si un flash en muchas ocasiones de las pilas alcalinas AA para que se calienten demasiado para manejar sugiere que eso también tolera la descarga pesada y las altas temperaturas "bastante bien".

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

Answer 2

Si la corriente es demasiado alta, fundirá el fusible del multímetro o hará explotar la batería.

Wikipedia dice que la pila AA de Energiser tiene una resistencia interna de aproximadamente 0,15R a temperatura ambiente. Esto da una corriente de unos 10A. Sin embargo, la resistencia interna del multímetro puede tener ahora un efecto, reduciendo la corriente.

En su lugar, compra una resistencia muy pequeña, por ejemplo 0,01R, de alta potencia y colócala en la batería. A continuación, mide la tensión a través de la resistencia y utiliza la ley de Ohms para calcular la corriente. De esta manera proteges tu multímetro y la resistencia de derivación del multímetro no tiene efecto.

Nota

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

Answer 3

Ciertamente no matará el multímetro, pero el voltaje caerá tan rápidamente (y la corriente con él) que no podrás medir mucho. Un segundo para tal configuración no es, realmente, un tiempo corto. Una posible configuración sería probar con un trimpot o potenciómetro en serie, registrando la tensión en el tiempo, y luego analizar los resultados. Pero eso sería mucho trabajo. Tendrías que empezar con el potenciómetro a un valor máximo (digamos 500R) y registrar la curva de descarga. Luego reduce gradualmente y repite, cada vez con una nueva batería, hasta que alcances un valor que descargue la batería más rápido que 1s. Ten en cuenta que en este caso usarás el multímetro para medir el voltaje, no la corriente, ya que ésta será fácilmente calculable y lo más importante es saber cuándo el voltaje baja del valor mínimo aceptado para tu circuito.

Pero, por lo general, el fabricante de la batería ya ha hecho este trabajo por usted. Si puedes encontrar la hoja de datos de la batería específica que quieres usar, probablemente tenga esta información.

Answer 4

En efecto, esto puede ser peligroso, sobre todo si se trata de un tipo de célula que tiene una gran capacidad de corriente (por ejemplo, NiCd). Según mi experiencia, no es peligroso si se hace durante un corto periodo de tiempo con pilas alcalinas y de zinc-carbono, pero aun así la prudencia aconsejaría llevar gafas de seguridad y contener la pila en algo no inflamable. Se sabe que las pilas de NiCd (incluso las pilas de 9V de aspecto benigno) explotan violentamente cuando se produce un cortocircuito y que las pilas de litio no protegidas se incendian, y las pilas de NiMH pueden expulsar gas hidrógeno caliente y electrolito en algunas condiciones. La corriente de cortocircuito de las pilas de NiCd puede exceder en gran medida la capacidad de 10 A de su medidor, por lo que es posible que el medidor o los cables de prueba resulten dañados.

En realidad, no le dirá nada útil para el funcionamiento normal; podría buscar la tensión a través de su medidor cuando lee 10A (tal vez 100mV) y obtener algún tipo de estimación de la resistencia interna, pero hay efectos electroquímicos ("polarización") que harán que la corriente de cortocircuito caiga rápidamente desde el pico. A medida que la célula se descarga, la resistencia interna aumenta, por lo que no te va a dar una buena idea de lo que ocurre durante la vida de la célula si estás sacando corriente en pulsos cortos.

Si su objetivo es hacerse una idea de la corriente de defecto máxima (por ejemplo, para la corriente de corte de los circuitos de protección) podría ser un ejercicio útil.

Answer 5

Método 1. Para medir con seguridad y precisión el cerca de corriente de cortocircuito de una batería es necesario establecer una carga pulsante. Dicha carga puede consistir en un oscilador con un ciclo de trabajo bajo, digamos un pulso de 10 ms cada segundo, que impulse la base de un transistor de potencia NPN como el 2N3055. Conecte una resistencia de 1 ohmio y 1W desde el +ve de la batería al colector del transistor; el emisor y el -ve de la batería se conectan juntos a la masa del oscilador. Utilice el osciloscopio para medir el pulso de voltaje a través de la resistencia: un pulso de 10V significa que la batería está entregando pulsos de corriente de 10A. Tenga en cuenta que este método mide utilizando un cerca de cortocircuito; es difícil acercarse mucho más a un verdadero cortocircuito.

Método 2. Este método mide la resistencia interna de la batería sin tomar corriente. Conecte un condensador de 1000uF (de 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, por ejemplo, una onda sinusoidal de 100 Hz y 1V r.m.s. a 50 ohmios. Utilice el osciloscopio para medir las tensiones pico a pico a través de la batería y a través de los 50 ohmios. Su relación da la resistencia interna de la batería que se puede esperar para ser el único límite de la corriente inicial si la batería se cortocircuita.