Batterijprofilering controleert of capaciteitsclaims kloppen

Batterijprofilering is het verschil tussen ontwerpen op basis van een getal op een cel en weten wat die cel daadwerkelijk kan leveren in uw schakeling. In dit fragment uit Elektor Lab Talk laat Saad Imtiaz zien hoe hij een Qoitech Otii Ace gebruikt om batterijen te karakteriseren onder representatieve actieve en slaapbelastingen, en vergelijkt hij die aanpak met een Joulescope voor vermogensmeetingen. Het sluit aan op hetzelfde praktische probleem dat Elektor besprak in een eerder artikel over batterijgevoede embedded systemen: de nominale capaciteit alleen vertelt u niet hoe lang een echt apparaat het zal uithouden.

Batterijprofilering onder een realistische belasting

De huidige Qoitech Otii Ace Pro fungeert zowel als voedingsbron als meetinstrument, terwijl de optionele Battery Toolbox batterijprofilering, testen en emulatie toevoegt. Saad stelt een herhalende duty cycle in die een embedded project simuleert, met een korte actieve periode die een hoger stroomverbruik heeft en een veel langere slaapperiode met een veel lager verbruik. In zijn voorbeeld gebruikt hij een actieve periode van 10 s en een slaapperiode van 200 s. De profiler ontlaadt de cel vervolgens volgens dat patroon en legt vast hoe de spanning in de loop van de tijd verandert. Die curve is nuttiger dan één enkele capaciteitswaarde, omdat het apparaat mogelijk al stopt met correct functioneren voordat de cel volledig leeg is. In Saads voorbeeld wordt het systeem onbruikbaar bij ongeveer 3,2 V, omdat de voeding de elektronica dan niet meer naar behoren kan ondersteunen.

Wanneer 3.000 mAh 250 mAh blijkt te zijn

Het meest opvallende resultaat kwam van 18650-lithium-ioncellen die als 3.000 mAh verkocht of gelabeld waren. Saad had het stroomverbruik van zijn project al berekend, maar kon niet verklaren waarom de looptijd zo tegenviel. Batterijprofilering gaf hem het antwoord: sommige cellen maten slechts ongeveer 250 mAh. Het fragment maakt niet duidelijk of die cellen versleten, verkeerd gelabeld of simpelweg van slechte kwaliteit waren, maar het toont wel aan waarom het controleren van de capaciteit veel zinloos debuggen elders in een ontwerp kan voorkomen.

Saad gebruikt ook een Joulescope voor gedetailleerde vermogensmetingen. In zijn opstelling wordt het doelapparaat gevoed vanuit een externe batterij of voeding, terwijl de Joulescope meet wat het embedded systeem verbruikt. De Otii-opstelling kan het project in plaats daarvan rechtstreeks voeden en tegelijkertijd meten, wat handig is wanneer zowel vermogensprofilering van het apparaat als batterijkarakterisering nodig zijn.

Meet de duty cycle

Voor low-power embedded hardware is de vraag zelden alleen "Hoeveel milliampère-uur claimt deze batterij?" Een sensorknooppunt brengt mogelijk bijna al zijn tijd in slaapstand door, wordt kort actief om te meten of te zenden en keert vervolgens terug naar een zeer laag stroomverbruik. Het meten van die modi als een realistische cyclus biedt een veel betere basis voor het vergelijken van cellen, het schatten van de looptijd en het opsporen van stroomverslindend firmwaregedrag. Het maakt ook onderscheid tussen twee problemen die gemakkelijk verward worden: een project dat te veel stroom verbruikt, en een batterij die veel minder energie levert dan verwacht.