Ist die Kohle-Zink-Batterie, die ich charakterisiere, überlastet? Mit HPPC

Ich versuche, eine 9-V-Batterie mit einer gepulsten Lastmessung zu charakterisieren. Die Batterie ist eine 9-V-Zink-Kohle-Allround-Super-Heavy-Duty-Batterie. Die Last ist eine steuerbare Konstantstromquelle. Wenn ich es für längere Zeit entlade, beobachte ich merkwürdiges Verhalten.

Ausrüstung

Die Schaltung ist wie folgt:

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde ein 100k-Widerstand weggelassen, der den nicht invertierenden Eingang zum Operationsverstärker herunterzieht, wenn keine Steuerspannung vorhanden ist, und eine gewisse Entkopplung.

Der MCP6241 ist ein Rail-to-Rail-Operationsverstärker, sodass bei einer Steuerspannung von 0 VI eine ausreichend niedrige Stromaufnahme durch den Lastwiderstand erfolgt. Es wird von einer einzigen 5-V-Schiene versorgt. Die Steuerspannung definiert den Strom durch die Last als V=IR. Ich pulsiere einen Strom von 100 mA, sodass die Spannung 500 mV erreicht. Dies ist getestet und funktioniert ziemlich gut (es sind wirklich etwa 496 mV).

Der FET ist auf Logikpegel und scheint gut zu funktionieren, wenn er vom Operationsverstärker eingeschaltet wird. Es erwärmt sich zwar, aber es gibt einen kleinen Kühlkörper, und nach meinen Berechnungen sollte es nicht die Grenze des Betriebstemperaturbereichs erreichen.

Die Batteriespannung wird mit einem gepufferten DAC mit hoher Eingangsimpedanz gemessen, während die Steuerspannung von einem gepufferten ADC erzeugt wird. Beide sind Teil eines NI myDAQ, das mit 2 kHz abtastet und dann auf 500 Hz heruntergerechnet wird.

Ergebnisse

Der Test ist eine Hochleistungspulscharakterisierung (HPPC): Die Batterie wird mit einem Laststrom gepulst und kann sich dann wieder auf ihre Leerlaufspannung „aufladen“, wenn die Last entfernt wird. Die Messung wurde für wiederaufladbare Batterien (Blei-Säure, Li-Ion) entwickelt und wird hier detailliert beschrieben . Hinweis: Es ist nicht für die von mir verwendete Zink-Kohle-Batterie ausgelegt . Hier sind 6 aufeinanderfolgende Impulse überlagert, um den Unterschied im Verhalten zu demonstrieren:

Der Plot wird auf das relevante Zeitfenster gezoomt, das das Problem zeigt. Je niedriger die Kurve, desto später in der Messung sind sie, dh die obere Linie ist die erste Entladung. Ich erwarte die pseudolineare Entladungscharakteristik von den späteren Kurven, aber am Anfang scheint die Entladung die Spannung sehr niedrig und instabil zu senken.

Frage

Ist dies das erwartete Verhalten einer Batterie, wenn sie zu stark belastet wird? Ist das ein Temperaturproblem oder etwas mit der Batteriechemie zu tun?

Oder liegt es eher am Messgerät? Ich glaube nicht, dass es daran liegt, dass die Ausrüstung für die späteren Kurven gut funktioniert.

Hat jemand ein ähnliches Verhalten beobachtet?