Batterij prestatie meten

Datum: oktober 2007

Inleiding:

Na de GoLink! van Vernier gekocht te hebben zocht ik naar een relatief makkelijk experiment om deze uit te testen.
Een makkelijk experiment dat ik al langer wilde uitvoeren was een vergelijkende test van verschillende batterijen doen.

Principe:

Een batterij blootstellen aan een constante belasting en vervolgens het spanningsverval meten gedurende langere tijd.

Materiaal:

  • Vernier Go!Link Interface
  • Vernier Voltmeter
  • AA batterijhouder
  • Weerstand (1 Ohm)
  • Kabels met klemmen
  • PC
  • AA batterijen, oplaadbaar en niet-oplaadbaar.

 

Uitvoering:


 

  • Bouw de schakeling op zoals hiernaast weergegeven. De + en de - pool van de batterijhouder verbinden met de weerstand.

  • De + en de - pool van de voltprobe op de + en de - kant van de weerstand plaatsen.

  • Stel de software in op een meting van 10 uur met 1200 metingen per uur.

  • Plaats de batterij in de batterijhouder en druk op Start om de data collectie te starten.

Resultaat:

  • De software biedt de mogelijkheid om alle metingen in een grafiek te plaatsen. Zo heb ik echter niet gewerkt. Ik heb van elke batterij een aparte meting gemaakt. Ik verwachtte dat er een export mogelijkheid zat ingebakken dat is echter niet zo. Men moet de cellen selecteren met de muis alvorens deze naar Excel te kunnen kopiëren.
  • In Excel heb ik eerst een verzamelgrafiek gemaakt.

De ontladingscurves zelf zeggen eigenlijk niet zoveel. Liever wilden we weten of de batterijen inderdaad de capaciteit leveren die ze beloven. Met Excel kunnen we dit makkelijk visualiseren door gebruik te maken van de Wet van Ohm. Voor elk meetpunt berekenen we het Amperage en vermenigvuldigen dat met de tijdseenheid t.o.v. het vorige meetpunt. In een andere kolom cumuleren we deze berekende waardes. Het resultaat is weergegeven in onderstaande grafiek.

De resultaten zijn opgeslagen in de file: dataanalyse.xls

Discussie en conclusie:

De capaciteit van een batterij m.b.t. energieopslag wordt vaak uitgedrukt in ampère-uur (1Ah = 3600 Coulomb) m.a.w. als een batterij gedurende 1 uur een stroom van 1 Ampère kan leveren heeft deze een capaciteit van 1 A.h. Dat lijkt logisch maar dat is niet de manier waarop fabrikanten ze classificeren. Een batterij die geclassificeerd is als 100 A.h zal niet 10 A leveren gedurende 10 uur aangezien de efficiency van een batterij bepaald wordt door de ontladingssnelheid. De classificering is daarom gebaseerd op testen die uitgevoerd worden gedurende 20 uur met een ontladingssnelheid van 1/20 (5%) van de verwachte batterij capaciteit.

Conclusies:

  • Van de geteste batterijen liet de niet-oplaadbare Ikea Alkaline batterij de slechtse prestatie zien.
  • In deze test is er weinig verschil in prestatie waarneembaar tussen een niet-oplaadbare Panasonic Alkaline batterij en oplaadbare GP batterijen.
  • Van de reeds verschillende malen gebruikte oplaadbare GP batterijen is de prestatie vergelijkbaar. Vreemd genoeg is er weinig verschil waarneembaar tussen de 1600 mAh en de 2000 mAh.
  • Er is weinig verschil waarneembaar in prestatie tussen een oplaadbare batterij die enige tijd gelegen heeft (dagen) en een die gebruikt wordt onmiddellijk nadat deze opgeladen is.
  • Alleen de GP1600 en de Panasonic leveren een prestatie die men op grond van de classificering kan verwachten.

Literatuur:

  • S. Castillo, N.K. Samala, K. Manwaring, B. Izadi, D. Radhakrishan; "Ëxperimental Analysis of Batteries unde Continuous and Intermittent Operation"; Proceedings of the International Conference on Embedded Systems and Applications; June 2004; p. 18-24.
  • Xavier LeRoux, Gerry A. Ottewill, C. Walsh; "The Comparitive Performance of Batteries"; Journal of Chemical Education; 73 8 1996; p. 811-817.
  • Michael J. Smith, Colin A. Vincent; "Structure and Content of Some Primary Batteries"; Journal of Chemical Education; 78 4 2001; p. 519-521.
  • Torsten Neumann, Pieter van Megen; "Nooit meer lege batterijen!"; Chip; December 2007; p. 56-59.
  • Michael J. Smith, Colin A. Vincent; "Why Do Some Batteries Last Longer Than Others?"; Journal of Chemical Education; 79 7 2002; p. 851-853.

Relevante websites:

Minder relevante websites:

Opmerkingen:

  • Uiteraard is het niet noodzakelijk om dit experiment uit te voeren met de Vernier Go!Link, men kan ook een multimeter al dan niet met PC interface kopen en zo het experiment uitvoeren. Dergelijke multimeters kan men mij bv Conrad kopen (www.conrad.nl).
  • De Go!Link kan men bij Vernier International bestellen. Het pakket inclusief thermometer en voltmeter en transportkosten kost ca. € 100. Jammer genoeg komen daarbovenop nog BTW en inklaringskosten van ca. € 30.
  • Een uitgebreide batterij test staat in het December 2007 nummer van Chip. In die test kwamen de Varta batterijen als beste uit de bus.

Achtergrondinformatie:

Elke batterij is in feite een elektrochemische cel. Deze hebben we al verschillende malen behandeld op deze site (zie de links hierboven).

De meest bekende AA type batterijen zijn:

  • Alkaline – Is de de meest voorkomende niet-oplaadbare AA batterij die verkrijgbaar is. Ze hebben een hoge interne weerstand. 
  • NiCD – Nickel Cadmium batterijen, zijn de meeste gebruikte en robuuste oplaadbare batterijen en kunnen ongeveer 1000 keer herladen worden. NiCD batterijen hebben veel last van het zogenaamde geheugeneffect en moeten volledig ontladen worden voordat ze opgeladen kunnen worden, meestal zelfs enkele malen. Als NiCD batterijen niet gebruikt worden, dan verliezen ze ongeveer 1% van hun lading.
  • NiMH – Nickel Metal Hybride batterijen leveren 40% meer energie dan de NiCD batterijen. Tegenwoordig kunnen de NiMH batterijen ook 500 keer herladen worden, maar een groot voordeel is dat de NiMH batterijen weinig last hebben van het geheugeneffect. Het is aan te raden om eens in de zoveel tijd, deze batterijen te ontladen voordat ze opgeladen worden. Door de hoge zelfontlading van 2%, kun je niet opladen en een maand laten liggen, ze zijn dan zo goed als leeg.
  • AccuCell – Alkaline Magnesium batterijen. De AccuCell heeft geen last van geheugeneffect en zelfontlading en beschikt over een voltage van 1.5V, dit in tegenstelling tot NiCD en NiMH. De batterijen kunnen meer dan 500 keer opgeladen worden, zelfs met zonne-energie, waarvoor een speciale lader beschikbaar is.

13/01/2008